无线局域网中实时业务性能分析课件

无线局域网中实时业务性能分析

冯慧芳提纲PCF工作机制模型解析数值计算和分析PCF工作机制IEEE802.11标准定义的两种网络拓扑结构：Adhoc结构和Infrastructure结构

Adhoc结构Infrastructure结构PCF工作机制WLAN的媒体接入控制（MAC）机制，它支持两种不同的MAC方案：第一种方案是分布协调功能（DCF,DistributedCoordinationFunction），它基于传统的CSMA/CA(CarrierSenseMultipleAccesswithCollisionAviodance)协议，以尽力而为的方式接入信道；第二种方案是点协调功能（PCF），基于由接入点控制的轮询（poll）方式，主要用于传输实时业务。由于现代通信网络搭载的业务不再是单纯的数据业务，而是包括数据、话音、实时图象的多媒体综合业务，话音和视频这类业务对时间延迟。

PCF工作机制PCF工作机制：在PCF下,AP发出Beacon表明无竞争阶段（CFP，Contention－FreePeriod）开始，接着AP以轮询的方式在AP和主机之间进行数据包的交换。

在标志帧发送之后的SIFS（ShortInterFrameSpace）时间点协调器开始无竞争（CF）传送，发送CF-Poll、Data+CF-Poll、CF-Ack+CF-Poll或Data+CF-Ack+CF-Poll帧。

PCF工作机制如果某站从点协调器接收到CF-Poll帧，该站可在SIFS空闲期之后通过发送CF-ACK或Data+CF-Ack+CF-Poll帧对点协调器予以响应。如果点协调器接收到某站的Data+CF-Ack+CF-Poll帧，点协调器可发送Data+CF-Poll，CF-Ack+CF-Poll帧至另一站，其中该帧的Ack部分用于对前一数据帧确认

PCF工作机制SIFSuplinkSTA2D1+Ack图1PCF下基本的轮询方式downlinkD2+AckCF+Ack+Poll(2)CF+Ack+Poll(1)STA1PCF工作机制很多学者对DCF的性能进行了深入研究,但是对带有轮询策略的PCF性能的研究比较少，而且已有的大部分是测量、仿真的性能分析[2-6]。

PCF方式下的几种轮询机制Reference:D.A.EckhardtandP.Steenkiste,Effort-limitedfair(ELF)schedulingforwirelessnetworks,inINFOCOM2000.IEEE,vol.3,March26-302000,pp.1097-l106.Jing-YuanYeh,SupportofmultimediaserviceswiththeIEEE802.11MACprotocol.,ICC2002.Volume:1,28April-2May2002:600-604

PCF方式下的几种轮询机制Round-RobinSchemeFirst-In-First-OutSchemePrioritySchemePriority-Effort-LimitFairScheme

本文PCF方式下的轮询机制在IEEE802.11中没有详细说明在PCF方式下AP采取何种策略进行轮询服务，在本文采用如下的轮询策略：当服务员轮询到某个队列时，首先对高优先级的1类数据包队列（如语音和视频）实行穷尽式服务：即服务员将为该队列中的所有数据包进行服务，包括服务期间到达的新数据包。然后对低优先级的2类数据包队列（如数据）实行限定1服务：即服务员只多对该队列中的一个数据包进行服务。之后再轮询下一站，依次循环进行。

图2PCF下的轮询方式…NullSIFSD21＋AckD11＋AckD12＋Ack切换时间downlinkCF-Poll（1）STA2STA1CF-Ack+Poll（1）CF-Poll（2）uplink服务时间本文PCF方式下的轮询机制设第i站的第k类数据包每一批按参数为的Poisson过程到达，表示为。k类数据包到达第i站的第n批的数据包数为，为相互独立的随机变量序列，且与同分布，。的概率母函数为。数学解析(模型假设条件)数学解析(模型假设条件)

根据PCF的工作机制，可将传输数据和Ack的时间以及每个SIFS之和看作处理一个包的时间，即服务时间。i站的两类数据包的服务时间是独立且同分布的随机变量，服从一般分布。分布函数的Laplace-Stieltjes变换。

数学解析(模型假设条件)由于无线信道误码率较高，假设数据包重传概率为，实际服务时间（包括重传服务时间）是独立且同分布的随机变量，，分布函数的Laplace-Stieltjes变换为。

数学解析(模型假设条件)服务员从的i站到第i＋1站的切换时间是指第i站释放信道到第i＋1站获得信道的时间，那么传输CF-Poll的时间可包括到切换时间中。是独立同分布的随机变量，服从一般分布，，

数学解析(模型假设条件)各站的缓冲区容量足够大，不会产生数据包的溢出。

对同类数据包按先来先服务（FCFS）原则进行。

各站的到达过程、所有的服务时间和切换时间均相互独立。

本文使用的变量符号还有

t时刻在i站的各类数据包数（队长）记为服务员第m次轮询到i站的时刻记为为平稳状态下服务员轮询到第j站时第i站的队长。

数据包实际服务时间

设某个数据包经过m次传输才成功，则得到m次传输的概率为。数据包传输失败后返回到缓冲区队列的首位，继续接受服务（重传），所以数据包实际.服务时间包括重传的时间。

数据包实际服务时间

设某个数据包经过m次传输才成功，则得到m次传输的概率为

1类数据包队长分析

服务员第m+1次轮询到第i站时的数据包数包括：第m个轮询周期中在所有的切换时间内到达i站的数据包数；除i站外服务员在所有站服务1类数据包的停留时间内到达站的数据包数；服务员在各站至多服务一个2类数据包的服务时间内到达站的数据包数。

1类数据包队长分析2类数据包队长分析

服务员第m+1次轮询到第i站时的2类数据包数包括：第m次轮询时该站的2类数据包数；第m个轮询周期中在所有的切换时间内到达站的2类数据包数；服务员在所有站服务1类数据包的停留时间内到达站的2类数据包数；服务员在各站至多服务一个2类数据包的服务时间内到达站的2类数据包数；减去第m站有可能已经服务了的一个数据包。

2类数据包队长分析1类数据包队长平均轮询周期

平均轮询周期应为所有切换时间、各站所有1类数据包的服务时间和每个站至多服务一个2类数据包的服务时间之和：

数值计算与分析

随着1类数据包到达率的增加，平均队长不断增加，而且2类数据包到达率的增加对平均队长影响很小，数值计算与分析图3表明2类数据包的到达率对平均轮询周期的影响也很小。所以1类数据包的到达率对轮询周期影响较大，这和本文的服务策略相一致。数值计算与分析当轮询终端的数量增加时，