WLAN中基于EDCA机制的接纳控制研究
梁 华
【摘 要】摘 要 分析IEEE802.11e的服务质量(QoS)调度机制和EDCA访问机制,基于保证通信服务质量、改良EDCA参数,适合分布式的ad hoc网络的运用,提出了一种接纳控制方案和EDCA参数调节改良机制,有效提高了媒体接入控制。 【期刊名称】计算机与数字工程 【年(卷),期】2010(038)007 【总页数】5
【关键词】关键词 EDCA;分布式协调功能;接纳控制
1 引言
随着无线网多媒体的应用快速增长,有限的带宽资源与复杂多变的信道特性,对服务质量(QoS)的要求逐渐提高。IEEE802.11工作组于2005年底推出了802.11e[1]协议,用以在WLAN中提供QoS保证。IEEE802.1le是对IEEE802.11标准的增强协议,它提出了两种新的MAC层接入机制—即增强型分布式协调功能信道访问EDCA(Enhanced Distributed Channel Access,EDCA)和混和协调功能控制信道访问(Hybrid Coordination Function Controlled Channel Access,HCCA),引入了业务等级的概念,增加了一些新的QoS参数和帧结构,增强了WLAN的QoS性能[2]。HCCA是一种集中协调方式,而EDCA属于分布协调方式。无线网采用集中控制不仅需要更多的管理开销,而且网络健壮性远远低于分布式,不如分布式控制有效灵活,因而分布式的EDCA得到了更广泛的应用。
从802.11e协议草案发布以来,接纳控制对于EDCA研究较多。现有的接纳控
制方案主要有两类:基于模型的方案和基于测量的方案。文献[3～5]提出得基于模型的接入方案,采用数学分析方法改进和扩展模型,合理分配接入时间,但这些方案计算过于复杂,模型常常建立在一些与实际不符的假设,很难应用于实际的系统。文献[6～8]提出了基于测量的接纳方案,虽易于实现但考虑参数太简单,不能很好地适应接入机制。G.bianchi曾在2000年提出了著名的饱和状态下的二维马尔可夫链模型[9]用以分析DCF的网络性能,文献[10]引入三维马尔可夫链的分析模型对EDCA进行分析,计算了吞吐量。
本文主要基于IEEE802.11e协议,设计出一个完整的接纳控制方案和EDCA参数调节机制,本方案基于EDCA的基础上,不仅考虑了平均速率、带宽、延时、突发率等QoS指标,提供保证服务易于实现,而且还能够在全分布的ad hoc网络中实施。
2 IEEE802.11e EDCA访问机制
IEEE802.11e增强型分布式信道访问机制EDCA是在802.11标准基础分布式协调功能DCF的扩展,也是基于竞争的方式来访问信道。它提供了有分布的服务,能够有效保证高优先级业务的QoS。在EDCA中首先引入了流量种类的概念。每个站内有 8种流量(Traffic Category),即8种优先级,另外 EDCA还定义了四种基于IEEE802.1e的访问类型(Access Category,AC),8种TC分别属于4种AC,其对应关系如表1所示。
EDCA中规定的四种访问类别AC,每个AC都具有一个独立的发送队列,这样在每一个支持QoS的无线站点(QSTA)内就同时有四个发送队列,8种不同优先级的TC数据分别映射到这四个AC中排队发送。每个AC队列都能以特定EDCA参数独立的进行信道接入。EDCA参数主要包括以下几方面:
1)使用AIFS代替DIFS:对于不同的AC数据帧采用不同的帧间隔。在EDCA中,传输数据之前等待的帧间间隔称为仲裁帧间间隔AIFS(Arbitration IFS)。新增的AIFS不像DCF中定义的DIFS那样固定不变,它的值是根据不同的业务类型而变化的。低优先级业务(如背景流,普通数据)的AIFS值要大于高优先级业务(如视频,语音)的AIFS值,即它们等待信道空闲的时间要长,延迟接入信道。如果AIFS值相比较低,视频、语音等实时业务能够比不太敏感的一般数据通信更快地接入网络,从而进行实时通信。不同的AC的AIFS[AC]计算公式如下:AIFS[AC]=AIFSN[AC]×aSlotTime+aSIFSTime
依据非AP的QSTA来说,AIFSN[AC]不大于2,所以 AIFS同DIFS之间的关系是DIFS≤AIFS。
2)最大、最小竞争窗口的改变:在等待了一个AIFS后,每个退避过程将计时器设置成[1,Cw+1]之间的任意一个值,这有别于DCF中的[0,cw]。最小竞争窗口CWmin和最大竞争窗口CWmax也是一个与 AC有关的参数。很显然,越小的CWmin和CWmax则意味着站点可以以更大的几率接入信道,从而对应的优先级也越高。
3)传输机会限制(TXOPlimit):这是 TXOP的最大持续时间值,一个站点获得了 TXOP就可以在TXOPlimit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SIFS,有助于提高信道的利用率。TXOPLimit是指QSTA竞争到信道后可以占用信道的最大时间。TXOP作为一个准备发送数据的站的时间间隔,与其开始时间及最大持续时间有关。TXOP可以是EDCATXOP(通过竞争产生)或者Polled-TXOP(由HCF授权的)。在QSTA竞争到信道并成功发送一帧后,如果仍然有数据帧要发送,则该QSTA只需等待SIFS间隔后便可继续
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