IEEE 802.11的DCF 访问机制分析

用于大功率宽频多注速调管均衡器的研究PAGEPAGE6IEEE802.11的DCF访问机制分析摘要 随着信息技术的不断进步,IEEE802.11无线网络得到了迅速的发展,已经被广泛应用于人们的工作和生活中。无线网络使人们摆脱了线缆的桎梏,可以随时随地接入Internet。但与此同时,同有线网络相比,无线网络的性能还有很大差距,这除了其无线传输媒介的固有特点之外,MAC层协议性能的影响也是一个非常重要的因素。因此,对IEEE802.11MAC层协议的性能分析和改进具有非常重要的研究意义和应用价值。本文是基于MAC层的DCF访问机制进行一系列的分析，对DCF性能分析。关键词 无线局域网(WLAN)

；MAC；

DCF；公平性；分布协调功能；性能；时隙选择概率分布；碰撞概率ABSTRACTAlongwiththeadvanceofinformationtechnology,IEEE802.11wirelessnetworkhasbeentherapiddevelopment,hasbeenwidelyusedinpeople'sworkandlife.WirelessnetworksenablepeopletogetridoftheshacklesofthecableandcanaccesstheInternetanytimeandanywhere.Butatthesametime,comparedwithwirednetworks,wirelessnetworkalsohastheverybigdifference,theperformanceofthisinadditiontotheinherentcharacteristicsofwirelesstransmissionmedium,theinfluenceoftheMAClayerprotocolisaveryimportantfactor.Therefore,theperformanceanalysisandimprovementofIEEE802.11MAClayerprotocolhasaveryimportantresearchsignificanceandapplicationvalue.ThisarticleisbasedontheMAClayerofDCFmodeltoanalyzeaseriesofaccessmechanism,performanceofDCFmodelanalysis.KEYWORDWirelesslocalareanetwork(WLAN);MAC;DCFmodel;fairness；Distributionfunctionandcoordination;Performance;Timeslotselectionprobabilitydistribution;Theprobabilityofcollision1.802.11DCF802.11DCF采用了一种随机访问机制.当移动终端有新的数据包需要发送时,它首先监测信道,如果信道持续空闲一段时间———在802.11中,称这段时间为“DCF帧间间隔”时间(DIFS:DCFInterFrameSpace),则发送数据包;否则,移动终端继续监测信道,在忙时监测期间,当信道空闲的总时间等于DIFS时,移动终端在发送数据包之前选择一随机延迟时间(这就是DCF的冲突避免特性).另外,为了避免某移动终端长时间占用信道,移动终端在两次连续的数据包发送之间必须进行随机延迟.对随机延迟时间的量度,DCF采用了离散时间刻度,即延迟时间以时隙δ为单位,而一个δ等于任一移动终端监测到其他终端发送数据包的发现时间.具体地说,δ=传播延迟+收、发转换时间+忙诊断时间.对于随机延迟时间,DCF还采用指数回退策略,在发送数据包时,延迟时间在[0,w-1]之间均匀选取,w被称为竞争窗口,它跟某个特定包的传送失败次数有关.对于第一次发送尝试,w=CWmin,CWmin被称为最小竞争窗口,在每次发送失败之后,w乘2,直到w=CWmax=2m×CWmin.同时,移动终端将选择的随机延迟时间赋值给延时计数器.之后,当移动终端监测到信道空闲时,延时计数器，并在信道空闲时间等于DIFS时重新激活延时计数器.当延迟计数器值等于0时,移动终端发送数据包.图1表示DCF的回退过程,在图1中,A、B、C、D四个移动终端共享同一无线信道.δ、CWmin和CWmax的值跟具体的物理媒质有关,在802.11中,其建议值如表1所示. 图1DCF回退过程表1针对不同物理层规范,802111对δ、CWmin和CWmax的建议值PHYδCWminCWmaxFHSS50μs161024DSSS20μs321024IR8μs641024对于两次握手模式,接收方在收到数据包后,等待一小段时间,该段时间被称为“短帧间间隔(SIFS:ShortInterFrameSpace)”时间,即向发送方发送ACK,对收到的数据包进行确认.如果发送方在规定的时间内未收到接收方的确认ACK,发送方将按上述的回退策略重传该数据包.对于四次握手模式,发送方在发送数据之前应先发控制帧RTS,接收方收到RTS,在SIFS时间后用控制帧CTS对RTS进行确认,发送方在收到确认的CTS后,发数据包,接收方在收到数据包后,用ACK确认.在RTS帧和CTS帧中,携带有将要发送的数据包的长度信息.该信息能被正监听信道的其他移动终端读取,并用其对网络分配矢量(NAV:NetworkAl2locationVector)进行更新.NAV中包含了信道将持续忙的时间信息.因此,只要移动终端能监听到RTS帧和CTS帧中的任意一个,它便能在发送前进行合理的延迟,从而有效地避免碰撞.2DCF性能分析在本节中,首先对802.11DCF在信道时隙选择概率分布上存在的问题进行描述.随后,基于文献[10]中的802.11DCF性能模型,我们从理论上对DCF的时隙选择概率分布进行分析,并得到各时隙选择概率的解析式.最后,提出对802.11DCF的改进方案.2.1802.11DCF时隙选择概率分布假定有N个终端竞争访问同一物理媒质.在初始状态,各移动终端随机选择一访问时隙,此时,由于各终端等概率地随机选择访问时隙,因此,信道各时隙被选择的概率相等.经过一个周期后(一个周期定义为信道连续两次空闲之间的时间),假定有M(M<N)个终端完成了一次数据包的发送(该次发送不一定成功,当M>1时,将发生碰撞),剩下的N2M个终端的回退时间减少CWSelected,同时,M个移动终端中有a(a<M)个重新竞争信道,此时,当M=1时,对给定时隙s,选择这一时隙的终端数为:当M>1时,对给定s选择这一时隙的终端数为:很明显,经过一个周期后,无论是M=1,还是M>1,不同时隙被选择的概率将不再相等.经过若干个周期,当系统稳定时,各时隙选择的概率分布将严重不均匀.图2为在DCF的RTS/CTS模式下,采用DSSS的物理层、基于NS22平台、移动终端数为20、有效负荷为200%时,取参数如表2所示,仿真得到的各时隙选择概率分布曲线. 表2基于DSSS物理层的仿真参数参数名参数值信道比特率2Mbit/s时隙长度20μsSIFS10μsDIFS50μsPHY头大小192bitMAC头大小144bitRTS大小11.1.1同轴谐振腔的固有品质因数同轴谐振腔的固有品质因数是： （1）………………图1表示了在不同的耦合强度，不同的子结构间距下，三腔结构的耦合和去耦合传输曲线的误差比较图。图1-1三腔级连误差分析图总之，从以上举例可以看出，去耦合处理是一种很好的同轴多子结构均衡器的前期设计方法。即：将通带范围内的每个衰减极点单独设计谐振腔，然后将每个谐振腔对主传输的作用线性叠加起来，这种近似处理方法可以较为准确的得到整个均衡器的传输特性。2.多子结构均衡器的通用原理同轴子结构均衡器是一种典型的结构，其原理可以适用于其他的谐振子结构电路。因此，可以在同轴子结构的基础上提取出谐振子结构均衡器的通用原理。根据以上对于同轴多子结构均衡器的分析，可以得到其拓扑结构图，如图6所示：图2-1多子结构均衡器拓扑原理图…………2.1二级标题…………表2-1显示了MotionJPEG和MPEG之间的基本区别（本表仅为表示表格格式，和原论文无关）。表2-1MotionJPEG与MPEG的比较压缩比文件大小画面质量丢帧实现难易兼容性MJPEG低大高支持简单差MPEG高小低不支持复杂好…………2.1.1三级标题…………2.1.2三级标题2.2二级标题……3.L形微带传输线均衡器的设计接下来就根据上述多子结构均衡器的通用原理，来计算和设计由L形子结构构成的微带传输线均衡器。……3.1二级标题…………3.1.1…………3.1.2…………3.2二级标题……4.结论微带线多子结构均衡器具有体积小，设计周期短，因此有很高的期待性。本文提出的多子结构均衡器的计算与设计方法对大多数大功率宽频带微波功率器件的研制有很好的参考价值。参考文献赵京君，丁耀根，刘铁山.改进宽带大功率速调管等激励功率－频率特性的方法.电子科学学刊，1992，Vol.27，No.2周东方，孙广祥，牛忠霞，任菁圃，吕昌.大功率微波均衡器的分析和优化设计.真空电子技术，2000年，第2期.顾继慧.微