关于红外无线局域网突发确认机制的IEEE 802.11e的饱和性分析

1、关于红外无线局域网突发确认机制的IEEE 802.11e的饱和性分析Evagelos varthis,Giannis,Karamtsos, 爱琴海大学,信息和通讯系统学院，Karlovasi，萨莫斯83200，希腊摘要IEEE 802.11任务E组正工作在MAC协议的延伸部分，此部分被称为802.11e。新插入一些的部分是增强型的分配协调功能（EDCF）和突发确认（BurstAck）特征。本文是对著名的停止并等待机制的效率和对于各种链路参数如争夺终端单元的数量，帧错误率，窗口大小等的增强的突发行为的分析与评估。这些分析是基于红外无线局域网的802.11管理信息库参数（MIB）来进行的。分析结果

2、表明只要通过简单地改变MIB参数，它就完全适用于802.11无线局网。关键词：IEEE 802.11协议，突发确认，性能评估一、 简介在IEEE标准下设计红外无线局域网，终端用户（TUs）必须在一个固定的普通红外线波长850和950纳米之间传播。扩散的红外无线传输的作用展示了显著的优势和它并不受任何联邦通信委员会（FCC）的监管。采用散射的红外连接一个系统类似于无线电波，室内的覆盖区域也能获得，并且提供终端用户充分的流动性。采用强度调制直接检测（IM/DD）红外连接并不会遭受多路径衰减，但是，在传输率高于10 Mbps时他们遭受着多径色散。IEEE 802.11支持的红外传输速率是1Mbps和

3、2 Mbps，因此多路径色散现象可以忽略一个重要的影响到802.11 MAC协议性能的参数是帧错误率（FER），它在红外物理层被介绍并通过物理层的热噪声来获取。我们必须指出802.11标准对红外无线和电波的执行提供了不同的管理信息参数。另一个重要的影响到802.11 MAC协议性能的参数是自动请求（ARQ）计划。流量控制的最早尝试之一是停止与等待（SW）等计划，它是802.11a和802.11b使用到现在的确认机制。这种机制可以同时提供误差控制和流量控制，尽管不是十分高效，但它有益于传播延迟小的网络。另一方面，在增强的802.11e中利用选择性否决方案，源首先发送一个数据包窗口，然后等待一个确

4、认。确认信息通知源哪个数据包被丢失或损坏，然后这些将重新传输。一般来说SRJ计划相比较于SW有更好的性能，但是增加了复杂性。本文用在增强版本802.11e中介绍的新的可选的突发确认机制来分析和比较IEEE 802.11a和802.11b的SW机制。该分析是基于红外链接的MIB。一些研究测试了无线传输，关于Air-Irda协议的红外传输和突发确认机制等一些方案的性能。二、 突发机制 802.11e的突发确认机制简单总结如下：802.11e的数据传输是通过以下三个阶段完成。 a）安装阶段，b）数据和突发阶段， c）拆除阶段。图1. 安装阶段是一个初始化阶段，通过起始端（发射机）和收件人（接收器）之

5、间的定义BurstAck请求和定义BurstAck相应帧的交换来实现。一旦完成初始化，数据和突发阶段就开始了。在这一阶段发端允许服务质量爆破MPDUs通过一个SIFS时间段分开传送。当发端想要得到已经发送MPDUs的确认信息，发端就传输一个BurstAck请求并等待BurstAck响应。有两种类型的BurstAck机制：a) 立即型（低延迟的流量），b）延迟型（中等的延迟的流量）。结束拆除阶段负责设置传输结束，通过交换删除Burstack请求和删除Burstack响应帧来实现。图1 BurstAck机制三、分析 本文修改和扩展了【7】中的分析。更具体的是用广泛的事例来检测BurstAck和SW

6、机制的效率，这些事例中大量的饱和的终端为了传输MAC协议数据单元（MPDUs）的一个特定号码，乐意访问红外错误的信道（用专门的FER）。网络利用有可选的要求-发送/清楚-发送（RTS/CTS）方法和传输率为R = 1Mbps的802.11MAC协议的DCF模式。为了进行分析，平均对抗时期（TCP），一个随机的终端捕捉无线传输媒介，由于分析需要最后传输的事件，并通过模拟M满意的终端来计算，如图2.是一个M的函数，包含DIFS间隔和由于冲突引起的可能的重审。图 2 对M的争论周期三（一）、停止和等待分析首先测试SW的效率。一个终端传送N个正确的MAC协议数据单元所需要的平均时间如下：(1)上式中是

7、一个终端保存MPDU的传输和确认需要的平均时间，通过下式计算:是帧错误率，i是网络中所有终端需要传输的数据包的总数。最后，一个特定的终端正确地传输一个数据包和败坏的数据包。是在调查中终端用户的捕捉无线媒介的可能性，是剩下的终端用户捕捉到无线媒介的可能性。表示一个MPDU考虑物理和MAC层的开销需要的传输时间，它可以表示为下：假设帧RTS、CTS和ACK错误是随机的。三（二）、突发确认分析 突发确认机制的效率的测试如下。一个终端客户传输N个正确的数据包的爆破的平均时间： 上式中是调查中的终端用户传输爆破所需要的平均时间，i是调查中的终端用户传输它自己的爆破之前的网络中所有终端用户需要传输的爆破的

8、总数量。的计算如下: 是建立和拆除阶段相应的时间成本，因此：是传输N个正确MPDU需要的平均时间，计算式如下:上式中i是数据包的总数量，这些数据包是一个特定的终端用户需要按次序N正确地传输。是重新发送损坏的数据包所需要的时间，计算式如下：表示对已经完成的N个正确数据包的传输有额外的k个爆破的可能性，此处k=0，1，2，3.我们只考虑三个额外的爆破，对于来说，因为超过三个以上的爆破的可能性实际上是零（小于）。因此有K0个爆破的可能性是：然而当K1, K2, K3和 K4的可能性是：这里表示发送m个数据包中有n个被损坏的可能性，计算如下：最后，有k=0,1,2和3爆破的可能性分别是： 假设帧DFB

9、ARQ, DLBARQ,DFBARS,BACK和BARQ出错是随机的。四、 结果评估主要的协议和信道参数的采用如表1.为了得到这两个机制有更好的信道效率的清晰的看法，一个性能方面的参数定义为.我们的目的是使U的值尽可能地低于U=1，因为使用这一标准，BusrtAck机制的的上限很容易被决定。图3表明BurstAck机制的性能比SW机制更好，因为BusrtAck机制呈现的的范围当取很高的值时有缩小的趋势。值得大家注意的是，当的值高于时，为了得到正确的结果，应该考虑三个以上的额外的爆破。爆破确认的效率也随着N的增加而增加。更清楚的描述如图4，其中绘图区域可分为两个区域：一个敏感的区域N10，此区域

10、中N小幅度增长时U迅速下降，另一个区域N>10,当N增加时U减少得非常缓慢，当m=200个八位字节，M=10个终端客户，N取很大的值的时候，U近似等于0.76.表1 ：系统参数图3 MPDU=200八位字节，M=10终端客户，不同的N值时，U对帧错误率的变化图4 MPDU=200八位字节，M=10终端客户，不同的帧错误率时，U对N的变化图5 MPDU=200八位字节，M=30终端客户，不同的帧错误率时，U对M的变化图5呈现了当 MPDU=200八位字节，M=30终端客户时，U和N之间的关系。很有趣的是当M<4且低的帧错误率时，U的值比帧错误率高的时候U的值更低。这个特点在M>

11、4时仍保持。当M>4且M加大时，U的值一直增加直到M=9。然而当M>9时，随着M的增加，性能随着变平滑。更值得注意的是提出的结果在Matlab环境中进行了模拟，被广泛验证了，但仿真结果没有列出，因为他们与分析结果相同。由上述分析得出的结果，我们得出这样的结论：增强的802.11 MAC协议的BurstAck机制对于被使用的特定参数比传统的SW机制大约要好20-25。当窗口很大或者终端用户很多，甚至帧错误率很高时，这种算法的优势也是毋庸置疑的。五、结论 为了比较著名的停止并等待确认机制和802.11e MAC协议加强的爆破确认机制，本文提出了分析模型。为不同的链路参数提出了一套结果，

12、如争夺终端单元的数量，帧错误率和窗口大小。从结果中获得的结论是爆破确认机制应该完全被802.11工作组采用，因为通过本文采用的一个典型的系统参数，表明本文所提出的机制的性能比SW机制优于20-25。然而，为了检测额外隐藏的如数据包延迟偏差等两种机制都遇到的一些方面的问题，有待进一步研究。参考文献1 ISO / IEC和IEEE草案国际标准第11部分：“无线局域网中介质访问控制和物理层（PHY）规格”， 1999年1月。2J.M. Kahn, J.R. Barry,“无线红外通讯”，IEEE程序，第85卷，第2期，263-298页，1997年。3Rui T. Valadas, Adriano C

13、. Moreira, Cipriano T. Lomba, António R. Tavares, A. M. de Oliveira Duarte,“无线局域网IEEE 802.11标准的红外物理层”，IEEE通讯杂志，第36卷，第12期，107-112页，1998年12月。4Richard Cam, Cyril Leung,“一些ARQ协议在反馈误差中出现的吞吐量分析”，IEE E交易通讯，第1期，1997年1月，34-44页。5V. Vitsas and A.C. Boucouvalas，“红外无线通信的自动重复请求机制”，IEEE电子论文，2002年2月28日，第38卷，第5期，254-246页。6V. Vitsas and A. C. Boucouvalas，“红外无线局域网中有RR解码的选择性拒绝（选择重发）自动