（电磁场与微波技术专业论文）ieee80211e+wlan中qos机制的性能研究.pdf

上海人学硕士学位论文基于8 0 21 l ew l a n 中q o s 机制的性能研究 摘要 w l a n 作为一种无线接入网络，在许多场合下正扮演着越来越重要的角色。 在w l a n 中传输语音、视频等实时业务的需求也日益增加。i e e e 工作组在1 9 9 9 年便制定了8 0 2 1 1 标准，但是该标准在制定之初缺乏对多媒体实时业务的传输 支持。为此t g e 工作组制定了补充协议8 0 2 1 1 e ，该协议将能满足传输多媒体实 时业务的q o s ( q u a l i t yo f s e r v i c e ) 要求，预计该协议住2 0 0 5 年初可正式通过并 成为国际标准。 本文在前人研究的基础上，首先从理论上对e d c a ( e n h a n c e m e n td i s t r i b u t e d c h a n n e la c c e s s ) 机制的性能分析模型进行了修正，提出了一种e d c a 机制的改 进模型，通过模型的分析证明了e d c a 机制能够区分不同级别的业务，且在同 等条件下能为高优先级业务提供较大的接入概率和较小的碰撞概率。然后基于 e d c a 机制提出了一种改进技术一预约动态滑动窗( d t c w 承) 技术，采用该 技术可使终端动态地调接竞争窗n 的产生范围，降低了碰撞概率，增加了网络的 吞吐量。采用d t c w r 技术后的班) c a 机制柑对于8 0 2 1 l e 协议中的e d c a 机 制更能保证低优先级业务不至于长期处于“饥饿”状态，有利于电信运营。最后 利用o p n e t 网络仿真平台对采用d t c w - r 技术前后e d c a 机制的性能进行了仿 真，通过对比研究，一方面证明了e 【) c a 机制相对于d c f ( d i s t r i b u t e dc o o r d i n a t i o n f u n c t i o n ) 机制更能为高优先级业务提供高的q o s 支持，另方面证明了采用 d t c w - r 技术后可以使e d c a 机制的性能得到改善。 关键词：w l a n ，8 0 2 1 l e ，q o s ，酸) c a ，优先级，预约动态滑动窗 海人学顺i 学位论正基于8 0 2i i e w l a n 中q o s 机制的性能圳宄 a b s t r a c t n o w a d a y sw i r e l e s sl a n ，8 saw i r e l e s sa c c e s st e c h n o l o g y + i sp l a y i n gam o r ea n d m o r ei m p o r t a n tr o l ei nm a n yo c c a s i o n s t h er e q u i r e m e n tt ot r a n s m i tr e a l - t i m et r a f f i cs u c h a sv o i c e ，v i d e oi si n c r e a s i n gi nw l a n i n1 9 9 9 ，i e e eo r g a n i z a t i o np u b l i s h e di t sw i r e l e s s l o c a ln e t w o r ks t a n d a r d8 0 2 11 【1 】b u tt h i ss t a n d a r di sl a c ko fs u p p o r tf o rm u l t i m e d i ai ni t s f i r s te d i t i o nt h e r e f o r e ，t e a mg r o u peo fi e e es t a r t sp r e p a r i n gas u p p l e m e n ts t a n d a r d 8 0 2 1 1 e 【2 j 2t h a t i sb a s e do n m u c hr e s e a r c ha n d w i l ls u p p o r t m u l t i m e d i ab e t t e r i n q u a l i t y o f s e r v i c e ( q o s ) ，i ti sf o r e c a s t e dt h a t8 0 2 1 1 ew i l lb ea ni n t e r n a t i o n a ls t a n d a r di ne a r l y2 0 0 5 f i r s t l y , fp r o p o s ei nm yt h e s i sem o r ep r e c i s i o na n a l y t i c a lm o d e lb a s e do nt h em o d e l t h eo t h e rr e s e a r c h e r sp r o p o s e df o re n h a n c e m e n td i s t r i b u t e dc h a n n e la c c e s s ( e d c a ) a c c o r d i n gt ot h i sm o d e l ，i tc a nb ep r o v e dt h a td i f f e r e n c es e r v i c e sc a nb eo b t a i n e db y e d c at h a tc a ns u p p o r tm o r ea c c e s sp r o b a b i l i t ya n dl e s sc o l l i s i o np r o b a b i l i t yt h a nd c ff o r h i g h e rp r i o r i t yt r a f f i ci nt h es a m ec o n d i t i o n s s e c o n d l y , p r o p o s eo n ep o s s i b l em e t h o d d y n a m i ct u n i n go fc o n t e n t i o nw i n d o wb a s e d ：o nr e s e r v i n g ( d t c w r ) t oi m p r o v et h e p e r f o r m a n c eo fw l a n d t c w - rc a nm a k eq s t a ( q o ss t a t i o n ) d y n a m i c a l l yt u n ec wa n d a v o i dc o l l i s i o na sm u c ha sp o s s i b l e s ot h r o u g h p u tw o u l db ei n c r e a s e d o nt h eo t h e rh a n d d t c w - rt e c h n o l o g yc o u l dn o tm a k el o w e rp r i o r i t yt r a f f i c si n ”h u n g e r s t a t ef o rl o n gt i m e t h a tb e n e f i t st e l e c o m mo p e r a t o r s i nt h el a s t ，p e r f o r m a n c es i m u l a t i o no fe d c a a n de d c a w i t hd t c w ri sc o m p l e t e di no p n e ts o f t w a r e i ti sf u r t h e rp r o v e dt h a te d c ac a ns u p p o r t q o sb e r e rf o rh i g h e rp r i o r i t yt r a f f i cb yc o m p a r i n gw i t hd i s t r i b u t e dc o o r d i n a t i o nf u n c t i o n ( d c f ) ，a n de d c a w i t h d t c w r i sb e t t e r t h a n e d c a i n8 0 2 1 1 e k e y w o r d s ：w l a n ，i e e e 8 0 2 1 1 e ，q o s ，e d c a ，p d o d t y ，d t c w r 原创性声明 本人声明：所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究： 作。 除j 7 文中特另l l3 j n 以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已发表 或撰写过的研究成果。参与同一：亡作的其他同志对本研究所做的任何 贡献均已在论文中作了明确的晚明并表示了谢意。 签名：当i 尊刚日期墨丝：! l 本论文使用授权说明 本人完全了解上海人学有关保留、使州学位论文的规定，即：学校有权保留论文及送交 沦丈复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部或部分内容。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 日期：丝墅! - ! 海人学硕 。学位论文基于8 0 2 1 1e w l a n 中q o s 目i 制的性能研究 第1 章概论 1 1w l a n 的发展概况 w l a n 采用了无线局域接入技术，其标准有三种：一种是i e e e 的8 0 2 1 1 系 列，一种是e t s i 的h i p e r l a n ，另。一种是h o m e r f 工作组的h o m e r f 标准。目 前采用最多的是i e e e 工作组于1 9 9 9 年制定的8 0 21 l 标准。8 0 2 1 1 标准中包含 了物理( p h y s i c a l ，p h y ) 层和接入控制( m e d i a a c c e s sc o n t r o l ，m a c ) 层两种 规范。 1 9 9 9 年i e e e 工作组为8 0 2 1 1 物理层制定了两种补充规范8 0 2 1 1 b 和 8 0 2 1 l a ，其中8 0 2 1 1 b 工作于2 4 g h zi s m ( 即工业、科学和医用) 频段，采用 补偿码键控( c c i o ，传输速率最高为l1 m b p s ，而8 0 2 1 1 a 工作于5 8 g h z ，采用 o f d m 调制方式，其最高理论速率达到了5 4 m b p s 。 为了保证8 0 2 1 】b 和8 0 2 1 l a 两个标准间的兼容性，i e e e 工作组于2 0 0 3 年制 定了8 0 2 1 1 9 标准，该标准与8 0 2 1 1 b 一样工作于2 4 g h z ，但由于其采用了支持 8 0 2 1 l b 的c c k 和8 0 2 1 l a 的o f d m 的调制方式，使得其支持的最高速率达到了 5 4 m b p s 。同时该标准还支持分组二进制卷积码( p a e k e tb i n a r yc o n v o l u t i o n a l c o d i n g ，p b c c ) 技术。 在使用w l a n 的过程中遇到了安全、服务质量、兼容性、切换等方面的问 题，为此i e e e 标准委员会对8 0 2 1 1m a c 层协议进行了改进及补充，于2 0 0 4 年 制定了8 0 2 1 l i 标准，该标准增强了w l a n 中的网络安全性。从2 0 0 0 年开始着 手制定8 0 2 1 l e 协议，旨在提高w l a n 中的服务质量，预计该协议在2 0 0 5 年初 可正式通过并成为国际标准。随着终端用户及a p 供应商的增加，需要保证在不 同a p 间能够正常切换，为此i e e e 工作组开始制定8 0 2 1 1 f 补充协议。为了保证 与h i p e r l a n 标准之间的兼容性，制定了8 0 2 1 1 h 协议。另外正在制定的8 0 2 11 n 协议将使w l a n 的速率提高到l o o m b p s 以上。 1 2 国内外研究现状 随着有线宽带网络中语音和多媒体业务的发展，在w l a n 中开展高带宽、 时间敏感业务的需求与日俱增。许多国内外设备厂商和运营商都在考虑在w l a n 网络中开展语音( 如v o i c eo v e r w l a n ，v o w l a n ) 和多媒体业务。 语音和多媒体业务为实时性业务，对时延、抖动及吞吐量有较高的要求。但 是现有w l a n 网络采用载波侦听多址涝问碰撞避免( c a r r i e rs e n s em u l t i p l e a c c e s sw i t hc o l l i s i o n a v o i d a n c e ，c s m a c a ) 机制，它是种公平的竞争机制， 瓢 、学碗t 学位论殳 拱于8 0 21 1 e w l a n 中q o s 机制的性能研究 “尽力而为”的来传送各种数据。这种机制尽管为不同的数据业务提供了公平的 竞争平台，但是给实时业务的传输造成了很大困难，因此如何保证w l a n 网络 中传输实时业务时的q o s 要求就成了一个亟待解决的问题。 q o s ，即服务质量，其主要指标包括：时延、抖动、丢包率和吞吐量。当前 国内外的研究人员也就围绕这几部分展开了讨论和研究。 b i a n c h i 8 1 、z i o u v af 9 1 和c h a t z i m i s i o s 1 3 等人利用m a r k o v 过程对d c f 机制 的性能进行了理论分析，给出了其分析模型，计算得到了饱和条件下的吞吐量和 时延。但是上述模型中均没有区分优先级，还无法直接应用到e d c a 机制中。 在b i a n c h i 等人建立数学模型的基础上，y a n g x i a o 3 、h u a z h u u o 、j e f f r e y 1 1 和l i q i a n gz h a o 1 4 等人在e d c a 机制的模型方面进行了进一步的研究，建立了 一种区分业务优先级的数学模型。但是上述几篇文献在建模时都没有考虑t x o p ( t r a n s m i s s i o no p p o r t u n i t y ) 的时间限制问题。而d e n n i s 1 9 在他们的论文中仅 仅研究了不同的竞争窗口和t x o p 时间限制对e d c a 机制性能的影响。 另外还有些研究人员对竞争机制中的退避方案进行了改进，提出了动态退避 1 7 ) 18 】和慢退避f 】6 】等方案，从而为不同优先级的业务提供有差别的信道接入， 但是在他们的论文中都没有考虑网络中的不同优先级别业务终端数对退避窗口 的影响。d a q i n gg u 2 0 , p a t t a r a - a t i k o m 2 1 、y a n gx i a o 2 2 $ a n t 6 n i og r i l o 2 3 等人对e d c f 机制用o p n e t 进行了部分仿真，在他们的论文中主要仿真了不同等 待信道空闲的时间及不同的初始窗口，丽没有考虑t x o p 等参数。 1 3 课题来源及研究内容 本课题来源于中国电信上海研究院，主要研究基于8 0 2 1 l e w l a n 中q o s 机 制的性能，为在w l a n 中开展语音、视频、数据等多种多媒体增值业务提供技 术支持。 随着w l a n 业务的开展，中国电信上海研究院专门成立无线接入组对w l a n 相关技术及应用策略进行研究。本人在中国电信上海研究院实习期间，参加了中 国电信集团公司项目 w l a n 应用方案开发与热点地区规划方法，并负责子项 目 w l a n 网络中q o s 机制的应用策略研究。该项目已i r o n 通过了北京中国电 信集团公司的专家组评审，为中国电信在技术上的进一步研究和业务方面的开展 起到了定的作用。 本文首先在前人研究的基础上对e d c a 机制的数学模型进行了修j f ，给出了 更为精确的分析模型。模型中考虑了如下七个方面的影响因素： ( 1 ) 不同优先级的业务有不同的等待信道空闲时间a i f s a c ，： ( 2 ) 不同优先级的业务有不同的最小竞争窗口c w m i n 和最大竞争窗口 c w m a x ： 海大学坝j 学位沦文 基于8 0 2 1 l e w l a n 中q o s 机制的件能酬究 ( 3 ) 呸持因f ，为一变量： ( 4 )考虑有，种接入队列( 4 c ) 或业务优先级 ( 5 ) 考虑重传次数m f 6 1 考虑t x o p 限制时间 ( 7 )考虑r t s c t s 机制 然后基于e d c a 机制，提出了一种改进技术一预约动态滑动窗技术 ( d t c w - r ) 。 最后利用o p n e t 网络仿真平台对8 0 2 1 l e 中的e d c a 机制和采用d t c w - r 技 术后的e d c a 机制进行了仿真。 本文的章节结构如下， 第一章首先简单讲述了w l a n 的发展概况及国内外的研究现状，然后对本 课题的来源及研究内容进行了阐述，最后简单描述了本课题研究成果的应用前 景。 第二章简要分析了w l a n 的技术特点。 第三章主要分析了8 0 2 1 l ed 7 0 协议草案中提出的信道接入机制和确认策 略，并与8 0 2 1 1 中的d c f 和p c f 机制进行了简单对比分析。 第四章对e d c a 机制的数学模型进行了改进，从理论上研究了e d c a 机制 对高优先级业务q o s 的支持。 第五章对e d c a 下的退避机制进行了改进，提出了d t c w - r 预约动态滑动 窗技术，并从预约窗口机制和动态滑动窗技术两个方面对d t c w - r 的性能特点 进行了研究分析。 第六章利用o p n e t 网络仿真平台对e d c a 机制和采用d t c w - r 技术后的 e d c a 机制的性能进行了仿真研究。 第七章对本课题做了简要总结。 最后一章要感谢那些所有在我的课题研究阶段给予了帮助的人。 本文的创新之处： 1 从理论上对e d c a 机制的性能分析模型进行了改进。模型中考虑了 t x o p 限制时间、重传次数等7 方面的影响因素，使得该分析模型更具 实用性； 2 提出了一种预约动态滑动窗技术一d t c w - r 。该技术采用预约机制动 态地调整不同优先级别的窗口僮，降低了碰撞概率，增加了网络的吞吐 量，同时使低优先级业务出于长期无法竞争到信道造成的“饥饿一隋况 得到了改善。 摹j ：8 0 2 i ie w l a n 中q o s 机制的性能研究 1 4 应用前景分析 近年来随着标准和技术的发展，w l a n 产品逐渐成熟，其应用形式开始趋于 多样化。曰| j i ，无线局域网已终广泛应用于医院、学校、企、忆机场、车站、森 林、休闲等多种场所，可以提供移动办公、无线中继、无线监控等多方面的应用。 另据i n s t a t m d r 公司2 0 0 4 年初的一份调查报告显示，在接受调查的商q k 用 户中有4 8 的用户准备采用无线局域网语音通信( v o w l a n ) 。基于这样的事实， i n s t a t m d r 公司预测2 0 0 4 年w l a n 手机终端将增长1 2 0 ( 截至2 0 0 3 年底手 机用户数不到6 万) 。到2 0 0 6 年，v o w l a n 移动功能的手机开始大批量被企业 用广所采用，并”始进入家庭用户市场。到2 0 0 9 年，全球3 0 的手机将具备 w l a n 功能，而1 8 的手机集成了w l a n 语音通信功能。 面对这样的需求，电信运营商对无线局域网给予了极大关注，纷纷，f 始投臣 资建设无线局域网络，提供公众接入服务。如英国b t 、美围v o i e e s t r e a m 、韩国 电信等及中国电信、中国移动等运营商都已经有了自己的w l a n 网络，并且推 出了相应的业务。但由于技术的原因，目前在w l a n 网络中还无法提供满意的 语音通信服务。 本课题针对w l a n 中的q o s 机制进行的理论分析和试验验证其结果将口r 为决策者提供定的性能和参数依据。提出的实用d t c w - r 预约动态滑动窗技 术将可提升公众场所下w l a n 对语音和视频等多媒体业务的q o s 支持，满足电 信运营的需求，为w l a n 的发展起到积极的推动作用。 信运营的需求，为w l a n 的发展起到积极的推动作用。 基十9 0 2 1 le w l a n 中0 0 s 机 l j 的挫自研壳 第2 章w l a n 的技术特点 2 1w l a n 的结构 w l a n 的基本组成部分包括两个：终端和基本服务单元。如图2 1 。终端( s t a ， s t a t i o n ) ，是w l a n 中最基本的组成部分。基本服务单元( b a s i cs e r v i c es e t ，b s s ) ， 是w l a n 中最基本的服务单元。晟简单的服务单元可以只由两个终端组成，即 a dh o c 网络，还可由接入点a p ( a c e s sp o i n t ) 协调管理组成基础结构 ( i n f r a s t r u c t u r e ) 网络。终端可以动态的关联到基本服务单元中。另外几个重要 的组成部分的主要功能如下： 分布系统( d i s t r i b u t i o ns y s t e m ，d s ) 。分布系统用于连接不同的基本服务单 元。 接入点( a p ) 。接入点既有普通终端的身份，又有接入到分布系统的功能。 扩展服务单元( e x t e n d e ds e r v i c es e t ，e s s ) 。由分布系统和基本服务单元组 合而成，如图2 1 中的b s s l 、b s s 2 和d s 共同组成一个e s s 网络。这种组合是 逻辑上，并非物理上的，不同的基本服务单元有可能在地理位置相去甚远。 关口( p o r t a l ) 。关口是一个逻辑点。用于将无线局域网和有线局域网或其它 网络相连接。 i e e e s 0 2 1 1 没有具体定义分布系统，只是定义了分布系统应该提供的服务。 整个无线局域网定义了9 种服务： 5 种服务属于分配系统的任务，分别为，关联( a s s o c i a t i o n ) 、解除关联 ( d i a s s o c i a t i o n ) 、分发( d i s t r i b u t i o n ) 、综合( i n t e g r a t i o n ) 和重关联 限e a s s o c i a t i o n ) 。 4 种服务属于终端的任务，分别为，鉴权( a u t h e n t i c a t i o n l 、解除鉴权 ( d e a u t h e n t i c a t i o n ) 、加密( p r i v a e y ) 和m a c 数据传输( m s d ud e l i v e r y ) 。 图2 1 完整的8 0 2 体系结构 基于8 0 2 】e w l a n 中q o s 机制的盹能 i j f 究 2 2 物理层 物理层是o s i 模型中最低的一层，它是建立在通信介质基础上的，实现设备 之问的物理接口，其中定义了数据编码和流同步，确保发送方与接收方之间的_ i _ f 确传输。 i e e e8 0 2 1 1 标准共有三种物理层规范8 0 2 1 1 a f o g 。 8 0 2 1 1 a ：该层使用5 g h z 的频带( 在中国只开放5 7 2 5 5 8 5 0 g h z ) 。标准中 采用o f d m 调制技术，传输速率范围为6 m b p s 5 4 m b p s 。 8 0 21 i b ：采用2 4 g h z 频带，调制方法采用补偿码键控( c c k ) ，直序展频 ( d i r e c ts e q u e n c es p r e a ds p e c t r u m ，d s s s ) 做为调制技术。传输速率最高为1 1 m b p s ， 可自动调整到5 5 m b p s 。采用d s s s 调制技术时速率还可调整到2 m b p s 和1 m b p s 。 8 0 2 1 l g ：该协议在确保与i e e e8 0 2 1 1 b 相互兼容的情况下，实现2 4 g h z 频 带下的多种数据传输速率，传输速率范围为6 m b p s 5 4 m b p s 。其调制技术支持 8 0 2 1 1 b 的c c k 和8 0 2 1 l a 的o f d m ，同时支持分组二进制卷积码( p a c k e tb i n a r y c o n v o l u t i o n a lc o d i n g ，p b c c ) 技术。p b c c 2 2 技术使得2 2 m b p s 与现有支持 ll m b p s 的i e e e8 0 2 1 1 b 产品问相互兼容。 2 3m a c 层 m a c 层属于o s i 模型中的第二层，可为用户在不可靠的媒介上提供可靠的 数据传输。 在8 0 2 1 1m a c 层中定义了m a c 层帧格式和m a c 子层功能。其中m a c 层 帧格式中定义了t 帧头、帧实体和校验位f c s ( 参考8 0 2 1 1 标准 1 】) ，m a c 子层 功能中定义了d c f ( d i s t r i b u t e dc o o r d i n a f i o nf u n c t i o i n ) 竞争机制和p c f ( p o i n t c o o r d i n a t i o nf u n c t i o n ) 轮询机制。 2 3 1 分布式协调功能( d c f ) i e e e8 0 2 1 1 基本媒介访问控制方法为d c f ( 分布式协调功能) 机制，它是 基于二进制指数退避策略的载波侦听多址访问碰撞避免( c s m 忧a ) 机制。浚 机制不同于8 0 2 3 使用的碰撞检测( c o l l i s i o nd e t e c t ，c d ) 机制。c s m a c a 是 一种“先听后说”的机制，由于无线设备不能同时发射和接收，因此它只能先检 测信道是否空闲，如果空闲再进行发射处理。 其工作原理是：s t a 有数据要发送时，先检测信道是否空闲，如果信道空闲 d i f s ( d c fi n t e r f r a m es p a c e ) 以上，则s t a 产生随机退避窗i - 3 并进行退避，否 则s t a 需要延时直到信道再次空闲；在退避过程中，若检测到信道忙，则退避 诲人学硕小学位论殳 基于8 0 2 1 l e w l a n 中q o s 机制的性能 i j f _ j 计数器停止倒计数，直到信道再次空闲d i f s 后，计数器才重新启动并继续退避； 当退避计数器值为0 时，s t a 就可以发送数据了；s t a 在数据发送出去以后会等 待响应帧a c k ，如果在指定的时间内收到a c k 帧，则表明数据已经发送成功 否则表明数据丢失。当多个终端同时发送数据时将发生碰撞造成数据丢失，碰撞 后随机退避时间将按指数形式增加。随机退避时间的计算公式为： b a c k o f ft i m e = r a n d o m 0 a s l o t t i m e 其中，r a n d o m ( ) 为 0 ，c 明之间的一个服从均匀分布的随机数，a s l o t t i m e 为 单个时隙占用的时间。 a c w m i n _ c w a c w m a x ，c w 初始值为a c w m i n ，发生碰撞后c w 按指数形式 增加，即：n e w c w = o l d c w 2 + 1 。c w 达到最大值a c w m a x 后将不再改变，如 果达到最大重传次数，将丢弃该帧，并复位c w 为a c w m i n 。如果数据帧发送成 功，则c w 复位为a c w m i n 。 发生碰撞后s t a 等待的时间为e i f s ， e i f s = d i f s + ( 8 a c k s i z e ) + a p r e a m b l e l e n g t h + a p l c p h e a d e r l n g t h + a s 球s t i m e ( 8 a c k s i z e ) + a p r e a m b l e l e n g t h + a p l c p h e a d e r l n g t h 表示a c k 帧的持续 时间。 检测信道空闲的方法有两种：一种是物理载波检测机制，一种是虚拟载波检 测机制。物理载波检测机制是通过检测物理层信息实现的，虚拟载波检测机制是 通过检测网络分配矢量( n e t w o r k a l l o c a t i o n v e c t o r ，n m ，) 实现的。s t a 在接收 到正常数据帧( 不一定是发送给该终端的) 后，会检测该帧d u r a t i o n i d 字段的 时间值，如果该值大于本地s t a 的n a v ，则更新。当本地s t a 上的n a v 等于 0 时，表明信道空闲。注意，只有当上述两种机制均检测信道为空闲时，才视为 信道空闲。d c f 机制的退避规程见图2 2 所示。 终端l 终端2 终端3 终端4 d i f s 囹已退避时问 竞争窗口 待退避眶 帧 飘习-蔼藿 延迟 1 、幕! 整 刊 帧 延迟 i ，i 帧 延迟 j 刊帧 _ _ _ _ _ 一 图2 2d c f 机制下的退避规程 问 蛙f8 0 21 1 ew l a n 中q o s 机制的性能彤i 宄 2 3 2 点协调功能( p c f ) p c f 通过轮询和应答机制提供无竞争的帧传输，如图23 所示。p c f 机制通 过点协调器( p c ) 进行控制，p c 驻留在a p 中。c f p 开始时，所有s t a 都设罱 其网络分配矢量n a v 。n a v 值包含在c f p o l l 帧中。无竞争可轮询的s t a 和p c 在c f p 期间不使用r t s c t s 控制帧交互。p c f 的：l ，：作过程如下： 超帧中，b e a c o n 帧结束后c f p 开始，c f p 的长度由p c 决定，最大值为 c f pm a xd u r a t i o n 。p c 通过查询轮询列表，首先轮询列表顶端的s t a ，并发送 c f p o l l 帧。被轮询的s t a 收到该轮询帧以后，如果有帧要发送，则等待s i t s 后即可发送，此时该主机会忽略本机n a v 的信息，但不作清零处理。本机发送 完成以后，a p 会继续轮嘟下一个终端，直到轮询列表为空或者已经达到最大的 轮询时间限制c f pm a xd u r a t i o n 。 p c f 的缺点：受不可预知信标延迟影响比较大。由于p c 将信标作为一个待 发送的帧，当媒体被判定为空闲时信标即可发送。而信标帧在无线信道的传输可 能会发生一个时延，且延迟时间不可预知。因此信标帧被延迟的时间将会造成那 些应该在c f p 中传输的时限m s d u 的传输延迟，这将严重影响q o s 。 另外，p c f 没有涉及多个点协调的b s s 同信道且有重叠的物理区域时的协调 问题。 图2 3p c f 机制时的帧传输 基于8 0 2 】iew l a n 中q o s 机制的肚能研究 第3 章i e e e8 0 2 1 1 e 协议分析 为了满足同益增氏的多媒体实时业务的传输需求，i e e et g e 工作组从2 0 0 0 年开始着手制定补充协议8 0 2 1 l e ，该协议增强了对多媒体实时业务的q o s 支持。 通过对d c f 机制的增强，提出了e d c a 机制。通过增强及扩展p c f 机制，提出 了h c c a ( h y b r i dc o o r d i n a t i o nf u n c t i o n c o n t r o lc h a n n e la c c e s s ) 机制。另外 8 0 2 1 l e 中还针对确认机制进行了改进，提出了无确认策略和块确认策略。为了 配合上述m a c 子层功能的实现，在m a c 层帧格式上也进行了部分修改。 3 18 0 2 1 1 em a c 层帧格式 1 e e e8 0 2 1 l e m a c 层帧格式主要在8 0 2 1 1m a c 帧头中增加了2 字节的q o s 控制字段，如图3 1 所示。同时使用了帧控制字段的部分预留字段来对q o s 帧进 行标识。q o s 控制字段是8 0 2 1 l e 帧格式的核心，它包括了以下几部分内容：t i d 字段、服务期结束( e o s p ) 字段、a c k 策略字段、t x o p 限制字段、队列大小 字段和t x o p 持续时间请求字段。 。# 段 宁节数 22666262n4 帧控制 持续时间 地址4 螂龇9 s l 嫩体帧实体 f c s地址l地鱼乜地址3 r 顺序控制 i 图3 1i e e e 8 0 2 1 1 em a c 层帧格式 1 t i d 孚段 该字段用来确定所属帧体字段中m s d u 或f r a g m e n t 相对应的t c 或t s ，还 通过设置t x o p 持续时间或队列大小来确定请求t x o p 的业务的t c 或t s 。t i e ) 的最高位为0 表示与优先级q o s 相关的请求，为1 表示与参数化q o s 相关的请 求。对属于自治t s 的q o s 数据类型帧，t i d 字段值都是本地产生的，而所有其 他的q o s 数据类型帧，t i d 字段包含了来自m a u n i t d a t a r e q u e s t 原语的优先 参数值，上述原语提供了q o s 控制字段请求的m s d u 。t i d 字段的格式如表3 1 所示。 表3 1 t i d 字段 b i t s0 3含义 o 一7l i pf o rp r i o r i t i z e dq o s ( t c ) 8 - 1 5t s i df o rp a r a m e t e r i z e dq o s ( t s ) 海大学碰l 学位论义基于8 0 21 1ew 【。a n 中q o s 机制的性能研究 2 服务期结束( e o s p ) 字段 服务期结束字段只占l b i t ，由h c 来控制，表示当前服务期的结束。在正常 传输完成之后或者在服务期内最后一帧重传完成以后，h c 设置e o s p 字段为1 柬结束已经安排好的或没有安排好的服务期，否则设置为0 。 3 确认策略字段 确认策略字段占2 b i t ，用以说明在后续的m p d u 传送中所采用的确认策略， 其详细说明见表3 2 所示。 表3 2q o s 数据帧的q o s 控制字段中的确认策略字段 b 5b 6 含义 f 常确认 地址接收方收到数据帧后等待s i f s 周期，返回a c k 或 o0 q o s ( + ) c f a c f 确认帧。发送方要求确认的都要设置成该值。对所 有q o s 空帧，只能设置成该值 不明确的确认 在收到一帧后可能会有一个响应帧，但不是a c k 也不是子类型为 01 c f a c k 的数据帧。对所有子类型为q o sc f p o l l 和q o s c f a c k + c f p o l l 的数据帧，只能设置成该值。 1 o无确认 11 块确认 4 t x o p 限制字段 t x o p 限制字段占8 b i t ，存在于q o s 数据类型帧的子类型( 包括c f p o l l ) 中， 指定了所给t x o p 的时间限制。t x o p 由q b s s 中的h c 发送的q o s ( + ) c f - p o l l 授权。在包括c f p o l l 子类型的q o s 数据类型帧中，等待s i f s 周期后，q s t a 丌始一个t x o p ，其持续时问不超过由1 x o p 限制时间值指定的3 2 u s 的周期数， 且时间值范围在3 2 u s 倒8 t 6 0 u s 之间。t x o p 限制字段值为0 表示在q o s ( + ) c f p o l l 之后会立即传输一个m p d u 或者传输一个q o s 空帧。在由带有不包含c f p o l l 子类型的h c 发送的帧的q o s 控制字段中，t x o p 限制字段被保留。t x o p 限制 是物理层头的一个扩展，而且q a p 在授权t x o p 时也会说明该头。 5 队列大小字段 队列大小字段的长度为8 b i t ，它表示发送数据帧的q s t a 上给定业务种类的 缓存业务量。队列大小字段存在于与q b s s 相关的q s t a 发送的q o s 数据类型 帧q ，可通过设置q o s 控制字段的第4 b i t 为1 来实现。该字段值是缓存于q s f a 发送队列的所有m s d u 总长度的上限( 以2 5 6 字节为单位) ，这些m s d u 的t i d o 海大学顺“学位论立基于9 0 2i l ew l a n 中q o s 机制的性能研究 值等于这个q o s 控制字段的t i d 字段中的值。队列大小为0 用于表示在特定t i d 队列中缺乏缓存业务。所有大于6 4 7 8 6 字节的数据都会把队列大小值设旨为2 5 4 。 队列大小为2 5 5 表示未确定或未知的数据长度。如果q o s 数据类型的帧被分片， 既使队列中的业务数量像发送连续分片那样变化，队列大小值也可能会在所有分 片中保留常数值。 6 t x o p 持续时间请求字段 t x o p 持续时间请求字段长为8 b i t ，以3 2 u s 为单位，表示发送站点要求它的 下一个t x o p 的持续时间，其值范围为3 2 u s 到8 1 6 0 u s 。t x o p 持续时问请求字 段q o s 数据类型帧中，可通过设爱q o s 控制字段的第4 b i t 为0 来实现。该字段 值为0 表示在当前服务期内没有请求t x o p 。 3 28 0 2 1 1 em a c 子层功能 3 2 1 增强型分布式信道接入( e d c a ) e d c a 是d c f 接入机制的一种增强，它提供有差别的服务，能够有效保证 高优先级业务的q o s 。e d c a 机制下的帧传输如图3 2 所示。 q a p o s t a a c k 信标阔隔 图3 2e d c a 机制下帧的传输图 在e d c a 机制中引入了接入类别( a c c e s sc a t e g o r y ，a c ) 的概念。根据业 务流量大小把业务区分为4 种接入类别：a cv o 、a cv i 、a cb e 和a cb k ( 见表3 , 3 ) ，分别代表的业务类型为语音( v o ) 类、视频( v i ) 类、“尽力而为” ( b e ) 类和背景( b k ) 类，其中a cv o 的级别最高，依次次之。注：为了方 便书写，下文中称语音类业务为v o 业务，称视频类业务为v i 业务，称“尽力 而为”类业务为b e 业务，称背景类业务为b k 业务。 在e d c a 接入机制中，等待信道空闲的时间为仲裁帧间删隔( a r b i t r a t i o ni f s ， a i f s ) ，它是一个变量，不同的a c 有不同的a i f s 值。这里， a i f s a c 】2a s i f s t i m e + a i f s n a c 】a s l o t t i m e 其中，a i f s n 是信道空闲的时隙个数。当发生碰撞时等待信道空闲的时问变 为e i f s ， 海人学f ! l 学位论文基于8 0 2 1 ie w l a n 中q o s 机制的悱f i u , ) 1 7 ： e i f s = a s i f s t i m e + ( 8xa c k s i z e ) + a p r e a m b l e l e n g t h + a p l c p h e a d e r l e n g l h + a l f s 。 表3 3 默认的e d c a 参数设置 t x o pl i m i t a c c 脚2 f hc f a x -a i f s n e x t e n d e d0 t h e r d s c c k r a t e o f d mp h y s a cb kc w m i nd c 肼n a x7o 00 a cb ea c 肼2 加a c w m a x30o o a cv i ( a c w m i n + 1 ) 2 1 n c w m i n26 1 0 6 m s 3 ，0 0 8 m so a cv o ( a c w m i n + 1 ) 4 - 1c w m i n + 1 ) 2 1 23 2 6 4 m sl5 0 4 m s0 从表3 3 可以