（计算机应用技术专业论文）wlan中随机自适应mac参数调节方法研究.pdf

摘要 随着多媒体应用技术的流行，对数据网络支持此类应用的要求也不断增多。多 媒体应用有它特有的服务质量( o o s ) 要求，而现在广泛应用的i e e e 8 0 2 11 m a c 层 协议不能对多媒体流提供足够的服务质量( 0 0 s ) 支持。因此i e e e 标准委员会建议 了一种新的辅助标准i e e e 8 0 2 1 1 e ，其中饱含了对服务质量的支持。i e e e 8 0 2 1 1 e 标准打算通过区分不同流的优先级的方法来满足服务质量的需求。区分优先级是通 过将不同的流划分到不同的优先访问类别来实现的，其中每个访问类别都被分配了 一组独立的m a c 层参数，主要包括竞争窗口、专用的帧间间隔和发送时隙。所有站 点上的优先级访问类别通常会选用一组相同的m a c 层参数。因此，随着站点数量的 增加，不同站点上的两个访问类别选择相同参数值的机会也会增加，这必然会导致 冲突。 在本文中我们为i e e e8 0 2 1l em a c 层的服务质量提出一种新的通信质量级别区 分机制r a m p s 。r a m p s 通过使用自适应随机c w 和a i f s 值来提供同级别接入区分， 以此来扩展e 1 ) c a 机制，从而减少网络冲突率提高吞吐量。该机制能够保证在任何 给定的时间内，具有相同优先级别的若干流具有不同的m a c 层参数，从而能够在不 同的时间接入信道。 在该方法中随机偏移量的大小取决于竞争窗口的大小和每个节点中对应的a c 丢包率。每个a c 的丢包率用放映网络状况的c w 值来调整，而用在一定时间段内 由丢包的数量比上a c 发包的数量来计算。采用丢包率是因为它能显示应用程序的 请求速率和网络服务速率之间的差距，同时它也能清楚的反应每种级别的通信流对 于网络服务质量的感知情况。 在基于竞争窗口的a c 间的区分机制的基础上，r a m p s 加入址f s 机制迸一步 扩展在不同的q s t a 上相同a c 内的区分。该方法主要用于保证两个具有相同优先 级别的a c 在选择了相同的退避值的情况下仍能够通过使用a i f s 来进行优先级别 的区分。 使用n s 2 来进行r a m p s 和e d c a 的性能比较，从仿真结果可以得出在不同的 通信负载下，r a m p s 相对e d c a 能得到更高的吞吐量和更小的端到端的延迟。 关键词：q o s ，w l a n ，a d a p t i v e , e d c a a b s t r a c t t h ei n c r e a s ei np o p u l a r i t yf o rm u l t i m e d i aa p p l i c a t i o n st e c h n o l o g i e sh a ss p a r k e da n i n c r e a s ei nd e m a n df o rd a t an e t w o r k st os u p p o r tt h e s ea p p l i c a t i o n s m u l t i m e d i a a p p l i c a t i o n sh a v es p e c i f i cq u a l i t yo fs e r v i c e ( q o s ) r e q u i r e m e n t st h a ts h o u l db em e t t h e w i d e l ya c c e p t e di e e e 8 0 2 11m a cp r o t o c o ld o e sn o th a v es u f f i c i e n tp r o v i s i o nt os u p p o r t t h eq o sr e q u i r e m e n t so fm u l t i m e d i at r a f f i c f o rt h i s r e a s o n , t h ei e e es t a n d a r d c o m m i t t e eh a sp r o p o s e dan e ws u p p l e m e n t a r ys t a n d a r d ；i e e e 8 0 2 1iet h a ti n c l u d e sq o s p r o v i s i o n i n g t h ei e e e 8 0 2 11es t a n d a r d a i m st om e e tt h eq o sr e q u i r e m e n t s b y p r o v i d i n gp r i o r i t i z e dd i f f e r e n t i a t i o no ft r a f f i c p r i o d t i z a t i o ni sa c h i e v e db ya s s i g n i n g d i f f e r e n tt r a f f i ct od i f f e r e n tp r i o n t ya g c e s sc a t e g o r i e s ( a c ) ，w h e r eb ye a c ha ci s a s s i g n e di t so w ns e to fs t a t i cm e d i u ma c c e s sp a r a m e t e r s , m a i n l yc o n t e n t i o nw i n d o w ， a r b i t r a r yi n t e r - f r a m es p a c i n ga n dt r a n s m i s s i o no p p o r t u n i t y t h es a m ep r i o r i t ya ca l w a y s h a st h es a m es e to fp a r a m e t e r si na l ls t a t i o n s f o rt h i sr e a s o n , a st h en u m b e ro fs t a t i o n s i n c r e a s e s ，s od o e st h ep r o b a b i l i t yo ft w oa c so nd i f f e r e n ts t a t i o n sc h o o s i n gt h es a m e v a l u e st h u sr e s u l t i n gi nc o l l i s i o n s t h i st h e s i sp r o p o s e sas c h e m ew h i c hu s e sr a n d o m a d a p t i v em a cd i f f e r e n t i a t i o np a r a m e t e r si n s t e a do ft h es t a t i co n e su s e di nt h e8 0 2 1 le s t a n d a r d i np a r t i c u l a rt h es c h e m eu s e sr a n d o mo f f s e tv a l u e sb a s e do nt h ec o n t e n t i o n w i n d o ws i z ea sw e l la so n 胁i 哪i n t e rf r a m es p a c i n g t h ep r o p o s e ds c h e m ea l s o p r o v i d e si n t r a - a cd i f f e r e n t i a t i o nw h i c hl e a d st or e d u c e dc o l l i s i o n sa n dh i g h e rt h r o u g h p u t t h e p e r f o r m a n c eo ft h ep r o p o s e ds c h e m ew a se v a l u a t e dt h r o u g hs i m u l a t i o n s t h er e s u l t s o b t a i n e di n d i c a t e dt h a tt h ep r o p o s e ds c h e m eo u t p e r f o r m st h ei e e e 8 0 2 11e se n h a n c e d d i s t r i b u t e dc o o r d i n a t i o na c c e s s ( e d c a ) t ow h i c hi tw a sc o m p a r e dt ow h e nt h r o u g h p u t a n dd e l a ym e a s u r e d k e y w o r d s ：q o s ，w l a n ，a d a p t i v e , e 1 ) c a i n d e xo ff i g i 瓜e s f i g u r e1d c j i m e c h a n i s m 2 f i g u r e2c h a n n e la c c e s ss c h e d u l i n gm e c h a n i s m f o re d c a 5 f i g u r e3 砀e f o u re d c aa c c e s sc a t e g o r i e s _ 6 f i g u r e4r a m p s c o n t e n t i o nw i n d o wb a s e da l g o r i t h m 1 9 f i g u r e5t h ef l o w c h a r t lf o rt h ec o n t e n t i o nw i n d o wb a s e da l g o r i t h m 2 0 f i g u r e6r a m p s ，1 j ! i ：；：5 ：b a s e da l g o r i t h m 2 2 f i g u r e7t h e f l o w c h a r t 2 f o ra i f s n b a s e da l g o r i t h m i ：1 4 f i g u r e8e d ( p a r a m e t e r so f t h eq u e u e st a k e n f r o mt h e 删e d c 么i m p l e m e n t a t i o n 。2 7 f i g u r e9 凹c ab a c k o f f t i m e rs t a r tm e t h o dc o d e ：1 9 f i g u r e1 0m o d i f i e dq u e u es t r u c t u r e ：；( ) f i g u r e1 1t h e p e r q u e u ed r o pm e t h o do f r a m p s 3 2 f i g u r e1 2t h ec o n t e n t i o no f f s e tm e t h o dd 厂j i ：，6 【j i ，：p ：s f 3 2 f i g u r e1 3t h e t xr e s u m em e t h o dm o d i f i c a t i o n s 3 4 f i g u r e1 4t h e s e n dm e t h o dm o d i f i c a t i o n sf o rj i ：，l l i ： o ：s 3 5 f i g u r e1 5m o d i f i c a t i o nt ot h eb a c k o f f t i m e ri m p l e m e n t a t i o n 3 6 f i g u r e1 6i m p l e m e n t a t i o no f t h e 。；i 1 ： ；：s ? o f f s e tm e t h o d 3 7 f i g u r e17s i m u l a t i o nt o p o l o g y ：；9 f i g u r e1 8r a 朋只sa n de d c zo v e r a l lt h r o u g h p u t 。4 2 f i g u r e1 9t h ep e r f l o wt h r o u g h p u t 兄彻识s 4 3 f o r f i g u r e2 0t h ep e r f l o wt h r o u g h p u tf o r 2 j i ：d c a 。4 3 f i g u r e2 1t h ed e l a yg r a p h f o rr a m p s 惯e d ( 疆。4 4 f i g u r e2 2 t h ep e r l t o wd e l a ym e a s u r e m e n t sf o r 。2 1 ：d c ：4 4 5 f i g u r e2 3t h e p e r l z o wd e l a ym e a s u r e m e n t s f o rr a m p s 4 6 f i g u r e2 4 砌t r a - a cd i f f e r e n t i a t i o no f h i g hp r i o r i 钞t r a f f i c 。4 7 i n d e xo ft a b l e s t a b l ejp r i o r i t ym a p p i n go f t r a f f i ct od i f f e r e n ta c c e s sc a t e g o r i e s 4 t a b l e2s i m u l a t i o nc o n f i g u r a t i o np a r a m e t e r s 4 0 t a b l e3q u e u ep a r a m e t e rv a l u e s 4 1 t a b l e4c o n t e n t i o nw i n d o wo f f s e ta n da i f n sv a l u e su s e di nt h es i m u l a t i o n 4 7 v 原创性声明 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。尽我所知，除了论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 包含为获得中南大学或其他单位的学位或证书而使用过的材料。与我 共同工作的同志对本研究所作的贡献均已在论文中作了明确的说明。 作者签名：垒攀丝日期：垒盟童年皇月型日 学位论文版权使用授权书 本人了解中南大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校 有权保留学位论文并根据国家或湖南省有关部门规定送交学位论文， 允许学位论文被查阅和借阅；学校可以公布学位论文的全部或部分内 容，可以采用复印、缩印或其它手段保存学位论文。同时授权中国科 学技术信息研究所将本学位论文收录到中国学位论文全文数据库， 并通过网络向社会公众提供信息服务。 c h a p t e r1i n t r o d u c t l o n i e e e 8 0 2 1 lw i r e l e s sl o c a la r e an e t w o r k ( w l a n ) p r o t o c o li st h ew i d e l ya c c e p t e d d e - f a c t ot e c h n o l o g ys t a n d a r da l lo v e rt h ew o r l db e c a u s eo fi t sa f f o r d a b i l i t y ，e a s y d e p l o y m e n t , l o wc o m p l e x i t ya n dr o b u s t n e s sa g a i n s tf a i l u r ei t h e s ea d v a n t a g e sc a nb e a t t r i b u t e dt ot h ed i s t r i b u t e dn a t u r eo fi t sm e d i u ma c c e s s ( m a c ) p r o t o c o ls c h e m e t h e i e e e 8 0 2 1 1m a c s u p p o r t sb e s te f f o r tt r a f f i c w i t hn oq u a l i t yo fs e r v i c e ( q o s ) g u a r a n t e e s h o w e v e rr e c e n t l yt h ep o p u l a r i t yo fi n t e m e tm u l t i m e d i as e r v i c e ss u c ha sv o i c eo v e ri p a n ds t r e a m i n gv i d e oh a sp r o l i f e r a t e dr a p i d l yt h u si th a sb e c o m ee s s e n t i a lt op r o v i d e s u p p o r tt om e e tt h eq o sr e q u i r e m e n t ss u c ha sg u a r a n t e e dt h r o u g h p u t ，p a c k e tl o s sr a t e ， i i t t e ra n dp a c k e td e l a y 2 - 4 1o f t h er e a lt i m et r a f f i c t h ei e e e 8 0 2 1lm a ce m p l o y st w oc h a n n e la c c e s sm e t h o d s ；a no p t i o n a lp o i n t c o o r d i n a t i o nf u n c t i o n c f ) w h i c hi sc e n t r a l l yb a s e da n dt h em a n d a t o r yc o n t e n t i o n - b a s e dd 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 n 【1 ，5 1 t l l ed c fh a sr e c e i v e dw i d e a c c e p t a n c eo v e rt h ec e n t r a l l yc o n t r o l l e dp c f d u et oi t ss i m p l i c i t y p c fh a sl i t t l es u p p o r t f o rq o s r e q u i r e m e n t sb u td u e t oi t sc o m p l e x i t y 【6 ji ti sb a r e l ye v e ri m p l e m e n t e d 1 1 伧n e x t s e c t i o ni sad i s c u s s i o no f t h ed c fm e c h a n i s ma n di t sf u n c t i o n s d c fi sac a r r i e rs e n s em u l t i p l ea c c e s sw i t hc o l l i s i o na v o i d a n c e ( c s m a c a ) m a c p r o t o c o l 【7 一w h a tt h i sm e a n si st h a t , s t a t i o n st h a th a v ed a t at os e n dh a v et od e t e r m i n e t h es t a t eo f t h et r a n s m i s s i o nc h a n n e l ( i e b u s yo ri d l e ) b e f o r ep l a c i n gt h ep a c k e t so n t ot h e c h a n n e l t l l i sm e c h a n i s mi sa l s ok n o w na st h ec q i s t e n sb e f o r et a l k ， 6 , 9 1m e c h a n i s m t h e c s m a c ai su s e da l o n g 、撕t hab i n a r ye x p o n e n t i a lb a c k o f f ( b e b ) s c h e m et or e g u l a t e a c c e s st ot h es h a r e dc h a n n e la n da v o i dc o l l i s i o n st h a tm a ya r i s ew h e nm u l t i p l es t a t i o n s t r a n s m i tp a c k e t sa tt h es a m et i m e i ft h es t a t i o ns e n s e st h em e d i u mi d l ef o rd i s t r i b u t e d 一一i n t e r - s p a c i n g ( d i f s ) p e r i o d ，t r a n s m i s s i o ni ss t a r t e di m m e d i a t e l y h o w e v e ri ft h ec h a n n e l i ss e n s e dt ob eb u s y ，t h et r a n s m i s s i o ni sd e f e r r e d a tt b ee n do ft h ed e f e r r a lt h es t a t i o n s t a r t st h eb e bp r o c e d u r eb ys e l e c t i n gar a n d o mb a c k o f l fi n t e r v a lw h i c hi sd e c r e m e n t e d f o re v e r yi d l et i m es l o t t h er a n d o mb a c k o f fv a l u ei ss e l e c t e du n i f o r m l yf o r mt h ei n t e r v a l 【0 ，c w - 1 】w h e r ec wi st h ec o n t e n t i o nw i d o ws i z e o n c et h eb a c k o f ft i m ec o u n t e r e x p i r e s ；t h a ti sw h e ni th a sr e a c h e dz e r o ，t h et r a n s m i s s i o nc a l lb ei n i t i a t e df l 】i fan e w t r a n s m i s s i o ni sd e t e c t e dw h i l et h eb a c k o f fc o u n t e ri sb e i n gd e c r e m e n t e d t h ec o u n t e rw i l l b es u s p e n d e du n t i lt h ec h a n n e lb e c o m e si d l e sa g a i n , f o rw h i c ht h ec o u n t e rw i l lb e r e s t a r t e d 、舫t ht h eo l dv a l u ea tw h i c hi tw a s s u s p e n d e d t h ev a l u eo ft h ec w a l w a y sl i e si nt h er a n g eb e t w e e n 【c w m i n ，c w m a x 】w h e r eb y c w m i ni st h em i n i m u ma l l o w a b l ec o n t e n t i o nw i n d o ws i z ew h i l ec w m a xi st h e m a x i m u ma l l o w a b l ec o n t e n t i o nw i n d o ws i z e a tt h ef i r s tt r a n s m i s s i o na t t e m p tt h e s t a t i o n sa r ea s s i g n e da l li n i t i a lc wv a l u et h a ti se q u a lt oc w m i n i nt h ee v e n tt h a tt h e p a c k e tt r a n s m i s s i o nw a sn o ts u c c e s s f u l ( i e n oa c k n o w l e d g e m e n ti sr e c e i v e d ) ，t h es t a t i o n d o u b l e st h ec o n t e n t i o nw i n d o ws i z es u c ht h a tt h en e wc _ 2c 矽砌na n di sl e s st h a no r e q u a lt oc w m a x i fh o w e v e rt h et r a n s m i s s i o nw a ss u c c e s s f u l ，t h ec w i sr e s e tt ot h e i n i t i a lc w m i n 射m e d a t ea c c e s sw h e n d i f s - l e d i u mi si d l e = d i f s c o n t e n t i o nw i n d o w i t - r ，l r d i f s b u s y o l c a 侈咖行w 浏 n e x lf 陷m e o l r o m e d i u m s l o tt i m e 一 d e f e ra c c e s s c ；e l e c ls i o la n dd e c r e m e n tb a c k o f fk a sl o n ga sm e d i u ms t a y si d l e f i g u r e1d c f m e c h a n i s m d c fr e l i e so naf o u rw a yh a n d s h a k em e c h a n i s m st od e t e r m i n ew h e t h e ro rn o tas e n t p a c k e tw a sd e l i v e r e ds u c c e s s f u l l y i nt h i sm e c h a n i s m ，t h es t a t i o nt h a tw i s h e st os e n dd a t a f i r s ts e n d sas h o r tr e q u e s t - t o - s e n d ( r t s ) p a c k e tt ot h ei n t e n d e dr e c e i v e r o nr e c e i p to f t h er t s ，t h et a r g e td e s t i n a t i o ns t a t i o ns e n s e st h ec h a n n e lf o ras h o r ti n t e r - f r a m es p a c e ( s 1 f s ) i n t e r v a l ，a n di ft h ec h a n n e li s i d l er e p l i e sw i t hac l e a r - t o - s e n d ( c t s ) p a c k e t u p o nr e c e i v i n gt h ec t s ，t h es e n d e rs e n d st h ed a t ap a c k e ta n dw a i t sf o ra n 2 a c k n o w l e d g e m e n t ( a c k ) f r o mt h e r e c e i v e r 1 h ea c k l i k et h ec t si ss e n ta f t e rt h es i f s p e r i o d b o t ht h er t sa n dt h ec t sc a l t yad u r a t i o nf i e l di n d i c a t i n gt h ee x p e c t e dt i m e p e r i o df o rw h i c ht h ec h a n n e lw i l lb eu s e db yt h en e x td 肖a n da c kt r a n s m i s s i o n 。 w h e n e v e ras t a t i o no v e r h e a r st h er t so rc t si td e f e r si t st r a n s m i s s i o nf o rt h et i m e p e r i o ds p e c i f i e di nt h er t s o rc t s t h i st i m ep e r i o di ss t o r e di nad a t as t r u c t u r ek n o w n 嬲n e t w o r ka l l o c a t i o nv e c t o r ( n a v ) s t a t i o n st h a th a v es e tt h en a v ，c o u n td o w nu n t i l t h en a vv a l u e sr e a c h e sz e r ow h i c hi n d i c a t e st h ee n do fa no n g o i n gt r a n s m i s s i o na n dt h e b e g i n n i n go fac o n t e n t i o np e r i o d f i g u r el a b o v es h o w st h ed c fm e c h a n i s md e s c r i b e d a b o v e d c fw a sd e s i g n e dt op r o v i d eb e s t - e f f o r ts e r v i c e sf o rb e s te f f o r tt r a f f i cf o rw h i c hn o d i f f e r e n t i a t i o ni sr e q u i r e da n da l lt r a f f i cu s e st h es a m ep r i o r i t yt oa c c e s st h es h a r e d c h a n n e l d c ff u n c t i o i l so naf i r s tp a ) m ef i r s ts e r v eb a s i si nw h i c ht h es t a t i o nw h o s e b a c k o f fc o u n t e rr e a c h e sz e r of i r s ti sg r a n t e da c c e s st ot h em e d i u m s o m et r a f f i cs u c h 淞 a u d i oa n dv i d e or e q u i r ec e r t a i nd e l a y ，t h r o u g h p u ta n d j i t t e rg u a r a n t e e sa n dt h e r e f o r en e e d t 0b ed i f f e r e n t i a t e da c c o r d i n gt ot h e i rr e q u i r e m e n t s s i n c ed c fd o e sn o tp r o v i d ea d i f f e r e n t i a t i o nm e t h o d ，i tc a n n o ta d e q u a t e l ys u p p o r ts u c ht r a f f i c 诵t hq o sr e q u i r e m e n t s t h ei e e e 8 0 2 1les t a n d a r dw a sp r o p o s e dt oa d d r e s st h el a c ko fs u p p o r tf o rq o s s e r v i c ep r o v i s i o n i n gi nt h ed e f a c t o1 e e e 8 0 2 1 ls t a n d a r d i ti n t r o d u c e sam e d i u ma c c e s s m e t h o dc a l l e dt h eh y b r i dc o o r d i n a t i o nf u n c t i o n ( h c f ) w h i c he m p l o y st w od i f f e r e n t c h a n n e la c c e s ss c h e m e s ；ac o n t e n t i o n - b a s e dc h a n n e la c c e s ss c h e m er e f e r r e dt o 弱t h e e n h a n c e dd i s t r i b u t e dc o o r d i n a t i o na c c e s s ( e d c a ) a n dap o l l - b a s e dh c fc o n t r o l l e d c h a n n e la c c e s s ( h c c a ) p 0 1 t h ee d c aw a sd e r i v e df r o mt h eb a s i cd c fa n dj u s tl i k e i t sp r e d e c e s s o ri th a sr e c e i v e dw i d ea c c e p t a n c ea n dd e p l o y m e n to v e rh c c a i nt h i s t h e s i sw eo n l yf o c u so nt h ec o n t e n t i o nb a s e de d c as c h e m e t h ef o l l o w i n gs e c t i o n d e s c r i b e st h eb a s i cf u n c t i o n a l i t i e so ft h ee d c ai np r o v i d i n gq o ss u p p o r tf o rm u l t i m e d i a t m f f i c 3 1 2 。1 1 e e e 8 0 2 11ee n h a n c e dd i s t r i b u t e dc o o r d i n a t i o na c c e s s ( e d c a ) e d c ai st h ed i s t r i b t i t e dc o n t e n t i o n - b a s e da c c e s ss c h e m eo ft h ei e e e8 0 2 1leh c f m e c h a n i s mt h a te x t e n d st h el e g a c yd c fa c c e s ss c h e m e 【l l 】ii ne d c a ，d i f f e r e n tt r a f f i c f r a m e sa r eg r a n t e da c c e s st ot h es h a r e dc h a n n e li nad i f f e r e n t i a t e dm a n n e rb a s e do nt h e i r p r i o r i t ya sd e f i n e db yt h eh i g h e rn e t w o r kl a y e r e a c hq u a l i t yo f s e r v i c es t a t i o n ( q s t a ) i n e d c ac o n s i s t so ff o u rp r i o r i t yq u e u e se a c hr e p r e s e n t i n gap a r t i c u l a ra c c e s sc a t e g o r i e s ( a c ) t ow h i c hf r a m e sf r o mt h eh i g h e rl a y e r sa r em a p p e di n t oa c c o r d i n gt ot h e i rp r i o r i t i e s 1 引t a b l e1s h o w st h em a p p i n gb e t w e e nt h eu s e rp r i o r i t i e s ( u p s ) a n da c s ，w h e r e b y a c 0 】i st h el o w e s tp r i o r i t ya ca n da c 3 】i st h eh i g h e s tp r i o r i t yt r a f f i ca c t a b l e1 p r i o r i t ym a p p i n g 可打谚j ct od i f f e r e n ta c c e s sc a t e g o r i e s u s e rt r a f 石ct r a f f i cd e s i g n a t i o na c c e s s p r i o r i f i e s d e s i g n a t i o n( s y m b 0 1 )c a t e g o r y ( a 0 lb e s t e 娲r t b e a c 0 】 2b e s t e 仃0 nb k a c 0 】 0b e s te f f o r t a c 0 】 3v i d e op r o b ee 一 a c i 】 4 v i d e oc l a c 2 】 5v i d e ov i a c 2 】 6v o i c ev o a c 3 】 7v o i