基于EDCA 中竞争窗口的改进机制分析

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1、基于EDCA中竞争窗口的改进机制分析周雯雷维礼（电子科技大学通信与信息工程学院成都610054）【摘要】：增强的分布式信道接入机制(EDCA，EnhancedDistributedChannelAccess)是IEEE802.11e工作组在IEEE802.11协议DCF机制的基础上进行的QoS支持扩展，许多学者通过改进退避算法和自适应调整协议参数来提高EDCA的性能。本文主要分析比较其中一些基于竞争窗口（CW，ContensionWindows）的改进机制。关键词：EDCA；竞争窗口；退避机制。1.引言随着无线网络技术的不断发展，基于IEEE802.11标准的无线局域网近年来

2、得到了快速、广泛的应用。但由于各种新业务的相继出现，对网络性能有了更高的要求，不同业务在吞吐率、带宽、延时等方面有着不同的要求。增强分布式信道接入机制(EDCA，EnhancedDistributedChannelAccess)是IEEE802.11e工作组在IEEE802.11中DCF机制的基础上进行的QoS支持扩展，MAC级QoS增强的引入使得无线局域网可以开始较好地为音频业务和视频业务等提供具有优先级的支撑。但是由于网络状况的复杂性，EDCA中的静态参数设置并不能使系统性能实现最优，很多研究表明，在高负载状况下由于网络中有较高的冲突率，EDCA的性能表现并不如人意。因此

3、，对协议参数的自适应调整以保证不同网络负载情况下的协议性能成为当前研究的热点。其中，竞争窗口（CW,contentionwindows）对协议的性能有着重要影响，许多学者都在研究关于CW的自适应调整机制及相关退避算法的改进。例如，LamiaRomdhani提出的自适应EDCF机制(AEDCF，AdaptiveEDCF)，YounggooKwon提出的快速碰撞解决机制（FCR，fastcollisionresolutio），以及MohammadMalli提出的自适应公平性EDCF机制（AFEDCF，AdaptiveFairEDCF）等。本文先对IEEE802.11eEDCA中的

4、竞争窗口CW及其相关的退避机制进行简要概述，然后分别描述不同学者在AEDCF、FCR、AFEDCF等机制中所做的改进，并进行简单的分析比较。2.EDCA中基于竞争窗口的退避机制概述为了保证实时业务的QoS要求，EDCA定义了8类业务类别（TC，TrafficCategory）和4类基于IEEE802.1D的接入类别（AC，AccessCategory），8类TC分别映射至4类AC的队列中：AC_VO，AC_VI，AC_BE和AC_BK，分别代表语音（Voice）类，视频（Video）类，尽力而为（BestEffort）类和背景（Background）类。每类AC具有不用的仲裁

5、帧间间隔(AIFS，ArbitrationInterframeSpace)、最小竞争窗口值和最大竞争窗口。802.11eEDCA的基本访问机制如图2-1所示。从图中可以看出，拥有较小的AIFS或竞争窗口的AC将优先获得无线信道的访问权。每个发送队列在竞争信道过程中，使用各自的,,6和最大重传次数。当因竞争信道发生冲突时，就进入退避过程。在此过程中，将退避计数器BackoffTimer置为[0,CW]范围内的任一整数值。的初始值设为。当发生碰撞时，的值就增加为，当增加到时，就维持的值不变，不再增加。当数据帧成功发送之后，将的值重置为，继续侦听信道。退避计时器每检测到一个空闲时隙

6、，其值（BT）减1，最先减到零的数据帧占用信道，若节点内多个AC的退避计时器同时减到零，则较高优先级队列的数据帧将占用信道，其他数据帧又进入新一轮的退避过程。图2-1802.11eEDCA的基本访问机制1.各种基于竞争窗口的改进机制分析3.1AEDCF（AdaptiveEDCF）LamiaRomdhani在文献[2]中提出，当有多个节点竞争信道时，每次传输成功后将重置为会导致信道中冲突率的增加，影响网络性能。故而提出AEDCF机制，此机制提出将冲突率作为参数，使节点中的每类业务能以自适应的方式动态更新其CW值。其中，冲突率由一定周期内冲突的数量和发包总数的比值表示，以反映出一

7、个分布式网络中的冲突状况，其值定义如下：式（3-1）其中，为第j个更新周期时节点p的碰撞率因子，是在第j个更新周期中节点p产生的碰撞数，6是在第j个更新周期中节点p发送的数据帧总数。的取值范围为[0,1]。为减少瞬时冲突的偏差，提出平均冲突率因子，使其在一个更新周期内动态计算，以反映第j个更新周期中的平均冲突率，其计算如式（3-2）所示，其中，α为碰撞平滑因子：式（3-2）为了使不同业务在更新其CW值时仍旧确保不同业务类别间的优先级关系，每类业务应使用不同的参数进行CW的调整，故而提出一个乘数因子MF（