无线局域网qos技术发展研究

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1、无线局域网QoS技术发展研究

2、第1摘要：无线局域网由于技术简单、成本低廉并能提供高速率的数据传输而得到广泛的应用，然而已经发布的IEEE802.11协议并没有内建对QoS的支持。介绍了无线局域网QoS技术的发展，包括针对IEEE802.11MAC层协议进行的各种QoS增强技术，以及即将发布的IEEE802.11e标准对QoS的支持。关键词：QoS，MAC，DCF，PCF，IEEE802.11e无线局域网（ＷＬＡＮ）正在迅速地融入我们的生活。ＩＥＥＥ８０２．１１作为全世界部署最为广泛的ＷＬＡＮ技术，被普遍认为将在下一代

3、无线通信中发挥重要的作用。然而，由于ＩＥＥＥ８０２．１１技术并没有内建对ＱｏＳ的支持，使得ＩＥＥＥ８０２．１１ＷＬＡＮ在提供音视频等需要ＱｏＳ保障的业务方面遇到极大的挑战。为了增强ＩＥＥＥ８０２．１１的ＱｏＳ性能人们已经做了大量的工作，本文即是对以前的工作进行总结，并介绍了ＩＥＥＥ８０２．１１ｅ协议的细节及其应用和部署。一、传统IEEE802.11QoS机制ＩＥＥＥ８０２．１１媒体接入控制（ＭＡＣ）子层协议定义了两种信道接入方式：基本的分布式协作模式（ＤＣＦ）和可选的点协作模式（ＰＣＦ）。１．分布式协作模式在分布式协

4、作模式（见图１）中，当一个节点检测到物理信道空闲时间超过分布式协作模式帧间隔（ＤＩＦＳ）之后，节点进入退避状态，每个节点维护一个退避计时器，此计时器从Ｂａｃｋｏｆｆ＿ｔｉｍｅ＝ｒａｎｄ［０，ＣＷ］×ＳｌｏｔＴｉｍｅ中取值并按照时槽递减，这里ＣＷ为当前竞争窗口。当退避计时器为０时，节点发出请求发送（ＲＴＳ）信号。如果在规定时间内没有允许发送（ＣＴＳ）信号返回，则节点认为发生了冲突从而使竞争窗口加倍，选择新的退避计时器重复上面的操作。500)this.style.ouseg(this)">图1分布式协作模式２．点协作模式

5、点协作模式是８０２．１１可选的工作方式，具有比分布式协作模式更高的优先级。点协作模式使用接入点（ＡＰ）控制的轮询调度策略，在允许点协作模式工作的情况下，接入点通过检测信道空闲点协作模式帧间隔（ＰＩＦＳ）来抢先捕获信道，通过发送信标来发起信标间隔（又被称为超级帧）。在这个超级帧里，非竞争期和竞争期交替进行。在非竞争期，接入点首先通知各个节点屏蔽各自的分布式协作模式，并在自己的节点列表里选择一个节点给予发送数据的机会。最后接入点发送ＣＦ－Ｅｎｄ信号来结束非竞争期，进入竞争期周期。图２表示了点协作模式的工作方式。500)t

6、his.style.ouseg(this)">图2点协作模式３．传统ＩＥＥＥ８０２．１１协议的ＱｏＳ局限传统的ＩＥＥＥ８０２．１１协议对ＱｏＳ的支持非常糟糕。从上面的描述可以看出，分布式协作模式没有区分业务类型，各种业务在同一优先级下竞争信道，仅仅提供了“尽力而为”型的服务，没有任何ＱｏＳ保证。对于点协作模式，其ＱｏＳ支持也具有很大的局限性：由于竞争期节点发送的数据长度不能控制，使得下一个目标信标传输时间（ＴＢＴＴ）的信标发送产生延迟；而在非竞争期被轮询的节点发送的数据大小也不可控，因此节点的传送时间也不易被接入点控

7、制；接入点的轮询调度算法过于简单，同样没有区分业务类型。以上所述说明了ＩＥＥＥ８０２．１１在ＱｏＳ保障方面的局限性。然而ＩＥＥＥ８０２．１１协议本身的特点，比如分布式协作模式的退避算法和帧间隔（ＩＦＳ）、点协作模式的轮询算法等，给研究人员提供了增强ＩＥＥＥ８０２．１１协议ＱｏＳ性能的可能性。大量的研究工作针对ＩＥＥＥ８０２．１１协议进行了ＱｏＳ性能的增强，本文在下一部分进行阐述。二、针对IEEE802.11MAC协议的QoS增强技术针对传统ＩＥＥＥ８０２．１１协议的ＱｏＳ增强主要集中在以下几个方面：在分布式协作模式中

8、，通过修改协议参数，比如退避算法、帧间隔、最大最小竞争窗口、最大帧长度等来区分优先级；在点协作模式中，通过修改调度算法等来实现ＱｏＳ的增强。１．退避算法ＩＥＥＥ８０２．１１协议规定，在节点检测到物理信道空闲ＤＩＦＳ之后，为了避免冲突，节点要进入退避阶段。只有退避计数器递减至０时，节点才能真正发送数据。因此，退避时间越短，则节点接入信道的时间越短，节点也就有了接入信道的更高优先级。很多增强技术都涉及退避算法的修改，比如ＤＣ算法使用两种退避算法分别对应两种优先级的节点，分布式公平调度（ＤＦＳ）算法也采用多种退避算法等，目

9、的都是通过区分退避时间的大小来区分节点的优先级。２．区分帧间隔帧间隔越短，表明节点需要检测信道空闲的时间越短，节点进入退避阶段的时间也就越短，因此可以使用不同的ＩＦＳ来区分节点的优先级。结合退避算法，ＤＣ算法中同时引入了两种退避算法和两种帧间隔，从而区分了四种优先级，这两种帧间隔分别为ＰＩＦＳ和ＤＩＦＳ。同样在ＡＣ演算法中也引入了不同的ＤＩＦＳ