（通信与信息系统专业论文）基于ieee80211e的edca信道接入算法改进和仿真.pdf

摘要 摘要 为了满足日益增长的多媒体实时业务的传输需求，i e e e 工作组于2 0 0 5 年底 正式推出了i e e e 8 0 2 1 1 e 协议。该协议增强了原有的8 0 2 1 l m a c 信道接入方式， 并且支持优先级q o s 和参数化q o s 。i e e e 8 0 2 1 1 e 协议也包含了两种接入控制模 式，即增强型分布式信道访问e d c a ( e n h a n c e dd 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 ) 和混和协调功能控制信道访问( h c fc o n t r o l l e dc h a n n e l a c c e s s ，h c c a ) 。在本文 只讨论对e d c a 信道接入机制改进。 本文在前人提出的e d c a 改进算法a e d c f 的基础之上，对回退机制中的 竞争窗口设置作出修改，期望在信道负载较高的状况之改善无线网络的服务质量。 利用n s 2 网络仿真软件，构建了一个有基础结构的无线网络，对e d c a 、a e d c f 和所提出的算法，分别在恒定发包速率和可变发包速率的条件下进行仿真。仿真 结果显示，假定站点位置是固定不变情况下，本文的方法在网络的吞吐量、时延、 信道利用率等有性能改善。当站点发生移动时，数据发送速率将发生改变，这种 改变影响到整个网络的性能。根据相关学者的研究，通过改变封包大小和竞争窗 口可以改善这种现象，本文也对这两种方法进行了仿真验证。 关键词： i e e e 8 0 2 1l e ， q o s ，n s 2 网络仿真，增强型分布式信道访问 a b s t r a c t a b s t r a c t i no r d e rt op r o v i d es e r v i c eq u a l i t yo fm u l t i m e d i at r a n s m i s s i o ns e r v i c e s ，i e e e 8 0 2 11 g r o u pp r o p o s e d8 0 2 1le t h ea g r e e m e n te n h a n c e st h ee x i s t i n g8 0 2 11m a c c h a n n e la c c e s s ，a n ds u p p o r tp r i o r i t yq o sa n dp a r a m e t e r i z e dq o s h y b r i dc o o r d i n a t i o n f u n c t i o n ( h y b r i d c o o r d i n a t i o nf u n c t i o n ，h c f ) i sp r o p s e di n i e e e 8 0 2 1le p o l l i n g - b a s e d h c fc h a n n e l a c c e s s m e c h a n i s m ( h c c a ) a n ds p r e a d t h e c o m p e t i t i o n - b a s e de d c ac h a n n e la c c e s sm e c h a n i s m ( e d c a ) a l ei n c l u d e di nh c f i n t h i sp a p e r s ，w co n l yt a l ka b o u tt h ei m p r o v i n gp e r f o r m a n c ei nt h ee d c a i nt h i sp a p e r ，b a s e do na e d c fm e t h o dt od e s i g nan e wa p p r o a c h t h a ti sb e f o r e s e n d i n gt h ep a c k e t ，b a c kt i m e rd o e sn o tf a l lb a c kt oz e r ot i m e ，i ft h ec h a n n e l i sd e t e c t e d b u s y ，w ei n c r e a s et h ev a l u eo ft h ec o m p e t i t i o nw i n d o w i nt h i sp a p e r , n s 2n e t w o r k s i m u l a t i o ns o f t w a r ei su s e dt oc o n s t r u c taw i r e l e s sn e t w o r ki n f r a s t r u c t u r ef o rt h e e d c a ，a e d c fa n dt h ep r o p o s e da l g o r i t h m u n d e rt h ec o n s t a n tr a t ea n dv a r i a b l er a t e ， t h es i m u l a t i o nr e s u l t ss h o wt h a tt h i sd e s i g na p p r o a c hi sb e t t e rt h a na e d c fa n de d c a f o rn e t w o r kt h r o u g h p u t ，d e l a y ，c h a n n e lu t i l i z a t i o nh a si n c r e a s e do b v i o u s l y e s p e c i a l l y i nh i g hl o a dc o n d i t i o n st h ec h a n n e l t h i si m p r o v e m e n ti sm o r ee v i d e n t 。b e c a u s et h e s i m u l a t i o na s s u m e st h a tn o d el o c a t i o ni sf i x e d ，t h ef i n a ld i s c u s s i o ni nt h i sa r t i c l eo c c u r s w h e nt h em o b i l en o d ei ss e n d i n gd a t at h et r a n s m i s s i o nr a t ew i l lc h a n g e ，t h i sc h a n g e a f f e c t st h ee n t i r en e t w o r kp e r f o r m a n c e a c c o r d i n gt ot h er e l e v a n ta c a d e m i cr e s e a r c h ， c h a n g i n gt h ep a c k e ts i z ea n dc o m p e t i t i o nw i n d o wc a ni m p r o v et h es i t u a t i o n ，i nt h e p a p e r t h e s et w om e t h o d sa l es i m u l a t e d k e y w o r d s ：i e e e 8 0 2 1le ，q o s ，n s 2n e t w o r ks i m u l a t i o n , e d c a i i 图目录 图目录 图2 1d c f 机制。5 图2 28 0 2 1 1 e 信道接入比较图7 图2 3e d c a 接入机制实例9 图2 4e d c a 数据发送流程1 l 图3 1a e d c f 数据发送流程1 5 图3 2 仿真拓扑19 图3 3 平滑因子a 与平均时延的关系1 9 图3 4 平滑因子a 与吞吐量的关系2 0 图3 5 改进算法的数据传送流程图2 1 图4 1n s 2 仿真过程2 3 图4 2 分裂对象模型2 3 图4 3m o b i l e n o d e 的底层模块及其关系2 5 图4 4 应用层与传输层间互联通信2 6 图4 5 封包遗失模型2 7 图4 - 6g i l l b e r t - e l l i o t t 信道模型状态图2 8 图4 7 在n s 2 中实作无线传输遗失模型2 9 图4 8 网络仿真结构图2 9 图4 9 打开2 个新窗口31 图4 1o 观察网络仿真过程。3 2 图4 1 1 延时3 3 图4 1 2 抖动3 4 图4 1 3 吞吐量3 5 图5 一l 算法仿真的拓朴结构示意图3 6 图5 2 总吞吐量与伸缩因子关系图( 1 ) 3 9 图5 3 总吞吐量与伸缩因子关系图( 2 ) 4 0 图5 4 总吞吐量比较图4 0 图5 5 信道利用率比较图4 1 图5 6 碰撞率比较图4 2 v i 图目录 图5 7 语音流的平均吞吐量比较图4 2 图5 8 视频流的平均吞吐量比较图。4 3 图5 - 9 背景服务流的平均吞吐量比较图4 3 图5 1 0 语音流的平均时延比较图4 4 图5 1l 视频流的平均时延比较图( 1 ) 4 4 图5 1 2 视频流的平均时延比较图( 2 ) 4 5 图5 1 3 背景服务流的平均时延比较图( 1 ) 4 5 图5 1 4 背景服务流的平均时延比较图( 2 ) 4 6 图5 1 5 视频流的每秒丢包数比较图。4 6 图5 1 6 背景服务流流的每秒丢包数比较图4 7 图5 1 7 总吞吐量比较图4 9 图5 1 8 信道利用率比较图5 0 图5 19 碰撞率比较图5 1 图5 2 0 语音流的平均时延比较图( 1 ) 5 2 图5 2 1 语音流的平均时延比较图( 2 ) 5 2 图5 2 2 视频流的平均时延比较图( 1 ) 5 3 图5 2 3 视频流的平均时延比较图( 2 ) 5 3 图5 2 4 背景服务流的平均时延比较图5 4 图5 2 5 语音流的每秒丢包数比较图。5 4 图5 2 6 背景服务流的每秒丢包数比较图比较图5 5 图5 2 7 站点a 随着时间会慢慢向外移动5 6 图5 2 8 网络环境5 6 图5 2 9 异常效果分析5 7 图5 3 0 改变竞争窗口效果异常5 8 图5 3l 改变封包大小时传输效果5 9 v i i 表目录 表目录 表2 18 0 2 1 1e 标准中规定的e d c a 初始化参数值9 表3 18 0 2 1 1 ap h y m a c 参数设置1 7 表3 2m a c 层参数对应3 种数据流1 8 表4 1 记录文件格式3 2 表5 18 0 2 11 ap h y m a c 参数表3 7 表5 28 0 2 11 em a c 参数表3 7 表5 3 流参数表3 8 表5 4 可变速率下仿真参数表4 8 v i i i 缩略词表 英文缩写英文全称 a c a c k a i f s a i f s n 姆 b e t a b s s c b r c f p c p 缩略词表 a c c e s sc a t e g o r y a c k n o w l e d g m e n t a r b i t r a t i o ni n t e rf r a m es p a c e a r b i t r a t i o ni n t e rf r a m es p a c en u m b e r a c c e s sp o i n t b a s i cs e r v i c es e t c o n s t a n t sb i tr a t e c o n l e n t i o nf r e ep e r i o d c o n t e n t i o np e r i o d c a r t i e rs e n s em u l t i p l ea c c e s s c o l l i s i o n c s m a c a a v o i d a n c e c w d c f d i f s e d c a e d c f h c f c o n t e n t i o nw i n d o w d 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 i s t r i b u t e di n t e rf r a m es p a c e e n h a n c e dd i s t r i b u t e dc h a n n e la c c e s s 中文释义 接入级别 确认帧 仲裁帧间隔 仲裁帧间隔数 接入点 伸缩因子 基础服务集合 恒定发包速率 无竞争期 竞争期 载波监听多址访问碰撞避 免 竞争窗口 分布式协调功能 分布式帧间隔 增强型分布式信道访问机 制 e i l l l a n c e dd i s t r i b m e d c o o r d i n a t i 。n 增强式分布协调功能 f u n c t i o n h y b i r dc o o r d i n a t i o nf u n c t i o n 混合协调功能 i x 缩略词表 h c c a m a c m f m s d u m u n a v n s 2 q o s p c f p f s i f s t c t x o p v b r w l a n h c fc o n t r o l l e dc h a n n e la c c e s s m e d i aa c c e s sc o n t r o l m u l t i p l i c a t o rf a c t o r m a cs e r v i c ed a t au n i t m u l t i p l i c a t o rf a c t o r n e t w o r ka l l o c a t i o nv e c t o r n e t w o r ks i m u l a t o rv e r s i o n2 q u a l i t yo fs e r v i c e p o i n tc o o r d i n a t i o nf u n c t i o n p e r s i s t e n tf a c t o r s h o r ti n t e rf r a m es p a c e t r a f f i cc a t e g o r y t r a n s m i s s i o no p p o r t u n i t y v a r i a b l eb i tr a t e w i r e l e s sl o c a la r e an e t w o r k x 混和协调功能控制信道访 问机制 媒体访问控制 多重因素参数 m a c 服务数据单元 使用多重因素参数 网络配置向量 网络仿真软件第二版 服务质量 集中式协调功能 持续因子 短帧间隔 业务级别 传输机会 可变发包速率 无线局域网 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工 作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地 方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含 为获得电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。 与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明 确的说明并表示谢意。 签- - g , ：劲雄日期：p 户年月e t 论文使用授权 本学位论文作者完全了解电子科技大学有关保留、使用学位论文 的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁 盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权电子科技大学可以将学位论文 的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或 扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后应遵守此规定) 签名：导师签名： 日期：洲叠年月，日 第一章引言 1 1 研究的背景和意义 随着无线通信技术的发展，无线局域i n ( w i r e l e s sl a n ，w l a n ) 技术越来越受 到人们重视。目前其应用已经遍及购物商场、飞机场、咖啡店等热点地区。相信 在不久的将来，其w l a n 技术也将成为家庭多媒体应用的主要无线接入技术，如 i p t v 等应用。由于原来的w l a n 接入技术主要采用i e e e 8 0 2 1 1d c f ( d i s t r i b u t e d c o o r d i n a t i o nf u n c t i o n ) 分布式的信道接入技术，各个站点以及各个数据流具有相等 的接入概率，这将不能为流媒体的传输提供有质量保证的服务，因此i e e e 工作 组完成了i e e e 8 0 2 1 l e 1 】标准的制定工作，作为原来标准的补充。 由于无线局域网抗干扰能力强，具有理想的接收灵敏度，全向天线能够提供 强大可靠的传输；另外使用无线局域网可以避免安装线缆的高成本费用、租用线 路的月租费用以及当设备移动时需要增加相关费用；还有无线局域网没有线缆的 限制，用户可以随心所欲地增加工作站点或重新配置工作站点；无线局域网设置 允许用户可以在任何时间、任何地点访问网络数据，不需要制定明确的访问地点， 用户可以在无线网络中漫游；无线局域网可以实现5 4 m b p s 的数据传输速度，无 线局域网的安装工作非常简捷，不需要施工许可证，不需要布线或开挖沟槽。由 于上述等无线局域网的特点，无线局域网技术已成为当今世界上使用最为广泛的 无线接入技术。现在，很多的家庭、咖啡厅、办公室、医院、超市、机场、大学 校园都布置了无线局域网。可以说，i e e e 8 0 2 1 1 无线局域网的发展会在今后的无 线网络中占有非常重要的地位，并将进一步的影响我们的日常生活。 在无线局域网i e e e 8 0 2 11 【2 】协议中有两种m a c 信道访问机制，即必选的分 布式协调功能( d 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 ) 和可选的集中式协调功能 ( p o i n tc o r r d i n a t i o nf u n c t i o n ，p c f ) 。分布式协调功能采用竞争的载波监听多址访 问碰撞避免( c a r t i e rs e n s em u l t i p l ea c c e s s c o l l i s i o na v o i d a n c e ，c s m a c a ) 的分布 式访问控制机制，而集中式协调功能采用免竞争的中心控制机制，通过接入点 ( a c c e s sp o i n t ，a p ) 控制站点对需要传输流站点轮询来获得访问得权限。分布式协 功能( d c f ) 有着易于实现、应用广泛和市场需求大等优势，但是分布式协调功 能并不提供服务质量的支持，所有工作站点都使用相同的接入参数进行配置，而 电子科技大学硕士学位论文 且所有的业务流优先级别都是一样的。集中式协调功能提供无竞争的服务，发生 碰撞概率小；但是集中式协调功能在实现上面更复为杂，需要接入点( a c c e s sp o i n t ， a p ) 来控制，并且集中式协调功能不包括任何接入控制的算法，在网络负载很大 的情况下，无法满足端到端的q o s 需求。 i e e e 8 0 2 11 e 无线局域网标准定义了混合协调功能( h y b i r dc o o r d i n a t i o n f u n c t i o n ，h c f ) ，混合式协调功能是对了分布式协调功能( d c f ) 增强，它提高了 访问带宽并且减少了高优先级服务通信服务的延迟。混合协调功能h c f 提供了两 种不同类型的信道接入机制，增强型分布式信道接a 。( e n h a n c ed i s t r i b u t e dc h a n n e l a c c e s s ，e d c a ) 是分布式协调功能( d 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 ) 的 扩展，提供了不同优先级的服务质量( q u a l i t yo f s e r v i c e ，q o s ) 。混合控制信道 接入( h c fc o n t r o l l e dc h a n n e la c c e s s ，h c c a ) 贝, 0 是对集中式协调功能( p o i n t c o r r d i n a t i o nf u n c t i o n ，p c f ) 的扩张，提供了参数化的q o s 。作为d c f 的扩展功 能，e d c a 只能在竞争期( c o n t e n t i o np e r i o d ，c p ) 内使用，然而h c c a 在竞争 期和无竞争期( c o n t e n t i o n f r e ep e r i o d ，c f p ) 内均可使用，并通过混合协调器 ( h y b r i dc o o r d i n a t o r ，h c ) 控制无线信道的接入。混合式信道接入机制虽然很好 的实现了无竞争的服务保障，但是使用它在实现上面过于复杂，并且混合式信道 接入机制牺牲了无线网络分布式的优点，又不能在自组织网络( a dh o e ) 中使用。 增强型分布式信道接入机制虽然实现了优先级服务通信的区分，但如果没有很好 的接入控制算法，无线网络碰撞的发生仍然无法很好地避免，q o s 也无法得到保 障。 从上面的分析可以看出，目前i e e e8 0 2 1 1 无线局域网协议的m a c 层和物理 层都不能提供很好的服务质量的保障，无法满足多媒体通信服务应用。因此如何 在i e e e 8 0 2 11 无线局域网上提供q o s 的支持，就成为目f j 重点研究的方向之一。 1 2 研究的内容和方法 文献p j 提出了一种叫做a d a p t i v ee d c f ( a e d c f ) 信道接入方法，但是这种方法 和i e e e 8 0 2 1 1 e 协议中的增强型分布式信道访问( e n h a n c e dd i s t r i b u t e dc h a n n e l a c c e s s ，e d c a ) 有相同的缺点。它们将每个接入级别( a c c e s sc a t e g o r y ，a c ) 有一个业务级别( t r a f f i cc a t e g o r y ，t c ) 与之相对应，并且将每个业务级别作为 一个虚拟工作站。这样当信道在高负载的状况之下，仍然无法避免高碰撞率的发 生。本文将在a e d c f 基础之上，通过计算平均碰撞概率来动态的调整竞争窗口 2 第一章引言 值，并作出一些适当的补充，来避免高碰撞率的发生在信道高负载状况之下，以 此来达到保障实时通信的服务质量的目的。 1 3 论文结构 在本文的第二章简介i e e e 8 0 2 1 1 无线局域网和8 0 2 1 1 e 协议，主要分析了分 布式协调功能和增强型分布式信道接入机制，并且对二者进行了简单的比较。第 三章介绍目前针对i e e e 8 0 2 1 1 所提出的性能改进方案，并对a e d c f 这种方法进 行说明，之后详细阐述本文用以改进效能的方法。第四章介绍了网络仿真工具n s 2 的机制以及n s 2 里面的一些构件，并举例说明了如何使用n s 2 。第五章介绍了模 拟环境及相关参数并与e d c a 性能做了详细的比较。分别在恒定发包速率和可变 发包速率下对本文设计的方法进行了方法。因为仿真都是假设各个站点的数据传 输速度都是相同的，在最后我们分析了无线网络的多速率问题，即各个站点在不 同的传输速率下，这个系统的性能都将下降，分析了前人提出的两种解决办法， 并对出了一些适当的仿真。最后在第六章总结了全文并做出了展望。 3 电子科技大学硕士学位论文 第二章无线局域网和i e e e 8 0 2 1 1 e 协议概述 2 1 无线局域网概述 无线局域n - - ( w i r e l e s sl a n ，w l a n ) 4 】是采用无线媒介传输的计算机网络。无 线局域网，顾名思义，是一种利用无线方式，提供无线对等( 如p c 对p c 、p c 对 集线器或打印机对集线器) 和点到点( 如l a n 到l a n ) 连接性的数据通信系统。 w l a n 执行像文件传输、外设共享、w e b 浏览、电子邮件和数据库访问等传统网 络通信功能。它使用无线电波作为数据传送的媒介。 1 9 9 0 年i e e e 8 0 2 委员会成立i e e e 8 0 2 11 无线局域网( w i e r l e s sl a n ，w l a n ) 标准工作组。i e e e 8 0 2 11 标准定义了一种为用户提供无需有线电缆就能够以m b p s 速率来对数据进行访问的无线局域网，用户可以是移动用户也可以是固定用户。 i e e e 8 0 2 11 标准定【5 】义了两种不同类型的无线局域网络架构：基础架构的无 线局域网络( i n f r a s t r u c t u r ew i r e l e s sl a n ) 与无基础架构的无线局域网络( w i r e l e s s a dh o c n e t w o r k ) 。 基础架构无线局域网通常是指一个现存的有线网络分布式系统【6 】，在这种网 络架构中，接入点( a c c e s sp o i n t ，a p ) 控制其它站点进行通信。无基础架构的无 线局域网络指通信站点和电信基础设施之间是通过临近站点的多跳中继后介入网 络。它是一种没有有线设施支持的移动网络，网络中的站点均由移动主机来组成。 无基础结构的无线局域网最初只是用在军事领域，它的研究源于战斗环境下分组 无线网络通信项目。由于无线通信及终端技术的不断深入发展，其网络在民用环 境下也得到了很大发展。无基础架构的无线局域网络主要提供不限量的用户，能 够随时架设起无线通信网路，在这种架构中，通常任意两个用户间都可以进行直 接的通信。 i e e e 8 0 2 1 1 协议定义了两种传输功能，分布式协调功能( d i s t r i b u t e d c o o r d i n a t i o nf u n c t i o n ，d c f ) t7 j 与集中式协调功能( p o i n tc o o r d i n a t i o n f u n c t i o n ，p c f ) 8 1 。d c f 是以载波侦听多址访问碰撞避免( c a r r i e rs e n s em u l t i p l e a c c e s s c o l l i s i o nd e c t e c t i o n ，c s m a c a ) 9 为基础的协议；它可被用在有基础架构 与无基础架构的环境下。p c f 是作为可选，只可运作在有基础网络架构下。在p c f 模式下【l0 1 ，又根据使用信道方式分为两个期间：免竞争周期( c o n t e n t i o nf r e e 4 第二章无线局域网和i e e e 8 0 2 1l e 协议概述 p e r i o d ，c f p ) 和竞争周期( c o n t e n t i o np e r i o d ，c p ) 。在竞争周期时，信道使用权由一 个特别站点( p o i n tc o r r d i n a t o r ) 所掌控，这个站点通常由无线接入点( a c c e s sp o i n t ， h p ) 担任，它负责轮流询问它服务的结点是否有传送需求并分配使用信道的时间， 在无竞争周期时，信道开放让大家使用。 2 2d c f 接入机制 i e e e 8 0 2 1 1 系统使用随机接入机制，如图2 1 所示。站点在发送数据时，首 先监测信道忙碌情况，如果无线信道连续的闲置达一个分布式帧间隔( d i s t r i b u t e d i n t e rf r a m es p a c e ，d i f s ) ，站点才开始发送数据包。如果信道的闲置时间没有达 到一个d i f s ，站点停止传输，并且网络配置向量( n e t w o r ka l l o c a t i o nv e c t o r ，n a v ) 将记录下其他工作站点还有多久才能发送完数据包，这个技术称为虚拟载波侦测 ( v i r t u a lc a r t i e rs e n s e ) 技术。当其它站点发送完数据之后，信道空闲时间如果大于 d i f s ，当前工作站点进入回退程序。回退的时间可以有下面的公式来计算： 乇。姘= r a n d ( o ，c w ) x s l o t t i m e( 2 1 ) 这里其死蝴为回退时间，r a n d ( o ，c w ) 为 o ，c w 之间的一个服从均匀分布的 随机整数值，c w 为竞争窗1 二1 ( c o n t e n t i o nw i n d o w ，c w ) ，s l o t t i r a e 是和物理层特 征相对应的参数。 i m m o a i a t ea e 筠w k 玳m 吼l i u m i s f r e e ：d i f s d i f s ( a n t a n t i n nw i r 、f 咖f v v l u i l u v i l - v v d i f s p i f s i r 删| 黼 s i f sfj f? f f 一 8 a c k o f f w i n d o w |n e x t 雨m e i s i o l i i m e d e f e r a c c e s s s e l e c tb a c k o f ft i m ea n dd e c r e m e n t 图2 - 1d c f 机制 只有当站点检测到信道空闲时，才进入回退程序。当检测到其它站点在发送 数据时，停止回退。当站点检测到无线信道空置超过d i f s ，回退定时器就减1 。 直到退回退定时器变为零时，站点这时才才可开始发送数据报。但如果这时有两 个或者两个以上的站点都在这个时候开始发送数据包，碰撞就会发生。解决这个 电子科技大学硕士学位论文 问题的发生是，目的站点在经过一个短帧间隔( s h o r ti n t e rf r a m es p a c e ，s i f s 时 间之后发送一个确认帧( a c k n o w l e d g m e n t ，a c k ) ，如果发送站点没有收到确认帧， 发送站点就会判定这次发送数据包失败，这个时候发送站点就会重新进入回退程 序。为了降低碰撞的再次发送，在发送站点发送数据包失败之后，竞争窗口乘2 ， 直到达到竞争窗口的最大值( c w m a x ) ，发送站点在发送数据失败后，回退的时间 为： 死c k o f f = r a n d ( o ，2 件1c w ) s l o t t i m e ( 2 2 ) 其中i 初始值为1 ，发送站点每重送一次后加l 。在发送站点成功发送一次数 据包之后，竞争窗口c w 将被重新设定为最小竞争窗口c w m i n 。 分布式协调功能( d c f ) 只能提供尽力而为的数据传输服务，无法对业务提 供q o s 的保证。例在d c f 模式下，一个基础服务集合( b a s i cs e r v i c es e t ，b s s ) 内 所有站点以及一个站点内所有的流都以同样的优先级来竞争资源和信道，因此就 没有了服务区分机制来为高优先级的站点或多媒体业务来保证一定的q o s 。 2 38 0 2 11e 接入机制 i e e e 8 0 2 1l 无线局域网络技术，历经了数十年的发展，技术已经非常成熟， 无论在传输速度、价格上已经具有相当大吸引力。无线局域技术应用与发展的空 间已从早期特定的环境、中期企业内部的无线网络，到现在则向公众网络及家庭 网络方向蓬勃的发展。现在在机场、旅馆、大学校园、超咖啡馆等场所，到处都 可以看到无线局域网的存在，并且随着当前无线网络的蓬勃发展，无线网络上的 应用范围上走向多元化，除了传统的数据通信之外，视频、影像等多媒体数据都 将在网络上传递。为了能同时处理这些不同性质的数据，无线局域网必须具备确 保服务质量的机制。 为了满足日益增长的多媒体实时业务的传输需求，2 0 0 5 年底正式推出了 i e e e 8 0 2 1 1 e 协议。它由一个新的发送服务机制构成，称为混合式协调功能( h y b r i d c o o r d i n a t i o n f u n c t i o n ，h c f ) 。i e e e 8 0 2 1l e 标准在称作混合协调功能h c f 的框 架下，提供两种模式的信道接入方式，即增强型分布式信道接入方式( e n h a n c e d d 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 ) 和混合协调功能控制的信道接入方式( h y b r i d c o n t r o l l e dc h a n n e la c c e s s ，h c c a ) 。 在i e e e 8 0 2 1 1 ee d c a 模式中定义了的4 种接入级别，分别为语音流、视频 6 第二章无线局域网和i e e e s 0 21 1 e 协议概述 流、尽力而为数据流、背景服务流，对应图2 w 2 分别为a c - v o ，a c 一，a c - v e 及 a c b k 。4 种接入级别对应着各自独立的发送队列，这样对于无线站点，就有了 四个发送队列。每个接入级别队列都能以特定e d c a 参数独立的进行信道接入， 如图2 - 2 所示。 m l 图2 - 28 0 2l i e 信道接入比较图 使用e d c a 的接入方式为不同级别的接入流类型提供不同的接入参数，包括 不同的仲裁帧问隔( a r b i i r a t i o ni n t e rf r a m es p a c e , a i f s ) 、竞争窗口( c o n t e n t i o n w i n d o wm i n i m 啦，c w m i n ) 值。一般情况下，语音流的优先级最高，因此接入参 数a i f s ，c w m i n , c w m a x 最小。e d c a 为不同的流类型提供了不同的接八概率， 因此产生了有优先级区分的服务。另外，e 1 ) c a 还增加了传输机会( t r a n s m i s s i o n o p p o r t i i t y , t x o p ) 的概念，t x o p 为一段时间长度值，当某一个数据流竞争获 得信道后。它可以在t x o p 限制的时间长度内连续的传输多个数据包而不需要额 外的竞争。 24 印c 与d c f 比较 e d c a 对d c f 的增强主要包括以下几方碰： ( 1 ) 使用仲裁帧间间隔代替分布式帧间间隔：不同的接入级别对应着不同的 电子科技大学硕士学位论文 仲裁帧间隔。在增强式分布协调功能中，无线站点在开始发送数据帧之前，都要 等待一段时间，这段时间称为仲裁帧间间隔( a r b i t r a t i o ni f s a i f s ) 。i e e e 8 0 2 1 1 e e d c a 中，定义了一个新的帧间间隔代替原来的帧间间隔，新的帧间间隔为a i f s 。 在分布式协调功能中，发送数据前等待的时间d i f s 是固定不变的，在i e e e 8 0 2 11 e 中等待时间变为a i f s ，但是这个等待时间不是固定不变的，它随着接入信道的数 据类型的不同而不同，对于像语音服务和视频服务，它们有着较小的a i f s ，而对 应尽力而为服务和背景服务来说，它们接入信道的等待时间a i f s 就会比较大。 对应每种服务的数据仲裁帧间隔计算如下： a i f s ac 】- a i f s n ac xs l o t t i m e + s i f s t i m e ( 2 3 ) 这里a i f s 为仲裁帧间隔，a i f s a c 代表每种接入级别的仲裁帧间隔，a i f s n 为仲裁间隔数，s l o t t i m e 是和物理层特征相关的参数，s i f s t i m e 为短帧间隔。 ( 2 ) 竞争窗口：无线站点在经过仲裁帧间间隔之后，回退定时器的值由原来 的r a n d o ，c w 变成r a n d 【1 ，c w + i 】，其中前者是在分布式协调功能中定义的， 后者是在增强式协调功能中定义的。最大最小的竞争窗口和接入级别有着直接的 联系，最小的竞争窗口对应着接入信道的时间，从理论上来说接入机会最大。最 大的竞争窗口对应着接入信道的机会最小。 ( 3 ) 传输机会的限制( t r a n s m i s s i o no p p o r t u n i t y ，t x o p ) ：在e d c a 中一个 站点一旦获得了t x o p 就可以在t x o pl i m i t 时间内连续传输多个帧而无需重新竞 争信道，每个帧之间的间隔时间仅为s i f s ，有助于提高信道的利用率。同样，对 于不同的接入级别，t x o pl i m i t 也不同，当t x o pl i m i t 为o 时，意味着站点每次 只能发一个帧。而在d c f 中没有这种机制。 在8 0 2 1 l e 中上述四个参数a c ，c w m i n ，c w m a x ，a i f s n ，t x o p 都提供了参考值， 如表2 1 所示： 第一二章无线局域阿和i e e e 8 0 21 l e 怫议概述 表2 - 18 0 2 1 i e 标准中规定的e d c a 审了始化参数值 t x o pl i m i t p h y sp h y s0 m 口 a cc w m mc w m a xa i f s nd e f i n e dmd e f i n e di np h y s c l a u s e c l a u s e 1 5 m a d1 5 a n d c l a u s e1 8c l a u s e1 8 a cb kc w m i nc w m a , x 70 0 0 a cb ec w w i nc w m a x 30 00 a cv 1 ( c w m i n + 1 ) 2 1 c w m i 260 1 6 m s 30 0 8 m s 0 a cv o( c w m i n + 1 ) 4 1 (