基于接入控制机制的无线局域网MAC协议

第10卷第1期电路与系统学报 Vol.10 No.1 2005 年 2 月JOURNAL OF CIRCUITS AND SYSTEMS February

1007-0249 (2005) 01-0103-04

基于接入控制机制的无线局域网MAC协议*

赵力强12张忠灏4

陕西西安 710071陕西西安 710068

陕西西安 710068陕西西安 710004

本文对IEEE 802.11无线局域网点协调功能的改进协议MPCF基于接入控制和链式轮询机制MPCF协议分别为实时业务和非实时业务提供不同的服务策略

非实时业务采用无ACK应答方式为了提高网络吞吐量本文给出MPCF吞吐量的分析模型仿真结果表明

而且理论分析结果与仿真结果基本吻合

无线局域网服务质量链式轮询

中图分类号 A

1 引言

无线局域网作为高速无线接入网越来越多地提供

实时的多媒体业务多媒体业务对服务质量的要求较高

还需提供非常有效的QoS保证机制

包括两个媒体接入控制协议DCF PCF DCF仅支持数据业务但系统性能较差而且不能完全满足实时业务QoS要求[2]优先满足实时业务QoS要求

无法根本保证QoS

引入接入控制机制此外

2 MPCF协议

PCF协议仅有一个支持实时业务QoS的MAC协议虽然实时业务具有较高的传输优先级但还不能完全保证其QoS从而增加网络处理实时业务的负担对丢组率不敏感

对时延不敏感根据这个特性

数据业务采用ACK应答机制回传ACK控制帧

表明该数据帧发送失败表明该帧已成功发送实时数据帧的传输不论发送是否成功

PCF基于轮叫询问机制AP轮询帧在各站点间循环往

返而且既使某个站点没有数据发送为了克服这些缺点MPCF协议将时间分成超帧无竞争期

和竞争期如果站点希望网络提供实时业务

如果申请成功并告知其轮询序列号AP和各实时站点根据轮询序列号以链式轮询方式轮流发送实时数据帧就不必再发送轮询帧

2003-06-24 修订日期

104 电路与系统学报 第10卷

大大提高信道利用率MPCF 采用无ACK 应答机制和链式轮询机制

但实时业务的丢组率较高非实时业务不可能与实时业务竞争CFP

首先B 启动CFP AP

向轮询序列中的第一个站点发送下行数据帧D 1

发送

上行数据帧U 1AP 向第二个站点发送D 2帧AP 检测到信道空

闲时间达到1个SIFS 和1个σ后STA

3

STA 3没有数据上传

第四个站点检测到信道空闲1个SIFS 和2个σ后

在AP 和各实时站点都发送数据

后

E

SIFS 和σ是802.11协议定义的时间常量

不包括各种控制帧和帧头的开销

CFP

在一个CFP 中

下传y 个实时数据帧还有)-()-(y a x a +个空闲时隙

所以 CFP 的长度为

1

将SIFS 作为帧头的一部分考虑

因此

E

a B y d x u CFP z z

E z E z L y j j x

i i ++??

∑ ∑===σσσ200)(

i u 是一组独立同分布的随机变量

因此

()()

)(210z U z X z

E z z E x

x

i i u u u x x u σσσ?+++??==

∑=L

同理分析式右端的第二项

4

每个缓冲区对应一个站点

各站点的缓冲区和AP 的某个缓冲区为空的概率分别为U P 和D

P 上传帧数x 和下

传帧数y 的分布概率分别为

6

5

6

4

可得

7

并令z =1

8

CP

n 个非实时用户以DCF 方式竞争信道

即一旦站点的缓

冲区被发送空DCF 将时间划分为时隙信道

空闲概率为tr P -

1

传输成功概率为s

tr P

P 平均时间C

T 时隙的平均长度为σ

)1()1(tr C S tr S S tr P T P P T P P S ?+?+

=F 但是

站点正在发送数据

再开始下一个超帧

CP 内的平均时隙数为

9

第1期 赵力强等

7

9可以得到超帧实际长度的平均值为

10

F 是未知参数U P 和D P 的函数

不失一般性

分组到达率分别为U λ和D

λ所以稳态下各站点和AP 的发送

队列为空的概率为[8]

12

11代入就可以求出F

数据帧包括帧头和有效载荷因此在CFP 和CP 中成功传输有

效信息的平均时间分别为()D D U U E P E P a )1()1(?+?和nrt S tr E P nP U E 和D E 分别是上行和下行实时数据帧

的平均有效载荷

因此吞吐量为

()

()S

n P P D P U P a E B E P nP E P E P a D U D U nrt

s tr D D U U +++?+?+++?+?=ση)()1()1()1()1(

4 仿真与分析

本文采用计算机仿真MPCF 协议的性能

仿真参数服从IEEE 802.11b 协议

实时数据分

组的最大时延为20ms 将被丢弃

在不同分组到达率下如图2所示

上行和下行实时业务的

分组到达率相同理论值与仿真值基本吻合随着站点数的增大

饱和吞吐量约为70%

吞吐量的增加越快

饱和吞吐量与数据帧有效载荷的大小有关

饱和吞吐量越大

实时业务的分组丢弃

概率与实时用户数的关系如图3所示MPCF 协议基于轮询机制

因此

网络负荷较轻

随着

站点数的增加丢组率急剧增大

非实时业务不与实时业务

竞争CFP

5所示

上行分组到达

率u =8分组/s /站点

MPCF 的性能明显优于PCF

控制帧的开销较大

吞吐量较低系统已经饱和

随着实时业务站点

数的增加

但非实时业务的传输量减少得更快

实时业务站点数继续增加

因此实时业务的丢组率迅速增加

假设数据帧的传输差错率为

0.01

表

1 仿真参数

信道 速率

SIFS σ 超帧 长度 实时数据帧 的有效载荷 非实时数据帧 的有效载荷

11Mb/s

10μs

20μs

18ms

255byte

1023byte

图2 吞吐量

图3 实时业务的丢组率

图4 吞吐量

图 5 实时业务的丢组率

106 电路与系统学报 第10卷 FER <0.01MPCF 与PCF 的系统吞吐量与实时业务丢组率如图6此时

在PCF 协议中必须重传已没有能力重传出错的数据帧

在MPCF 协议中直接丢弃所以以实时话音业务为例话音质量基本不受影响

MPCF 可以保证实时业务的QoS

非实时业务不能忍受丢组率不可能与实时业务竞争CFP

更好地保证实时业务的服务质量大大提高了系统的吞吐量MPCF 与PCF 协议比较而且理论分析结果基本准确

[1]

IEEE 802.11 Standard for Wireless LAN [S]. 1999. [2]

Sanchez J, Martinez R, Marcellin M W. A survey of MAC protocols proposed for wireless ATM [J]. IEEE Network, 1997 …… 此处隐藏：3593字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……