畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）IEEE802.11無(wú)線局域網(wǎng)媒體訪問(wèn)控制機(jī)制研究

1、ieee802.11 無(wú)線局域網(wǎng)媒體訪問(wèn)控制機(jī)制研究 楊千里 摘 要 本文所研究的dfs算法是在無(wú)線局域網(wǎng)現(xiàn)有的802.11 mac層訪問(wèn)機(jī)制的基礎(chǔ) 上，運(yùn)用循環(huán)隊(duì)列的思想提出的一種完全分布式的公平隊(duì)列調(diào)度算法，該算法通過(guò)修 改802.11的mac層中的dcf(distributed coordination function)子協(xié)議，實(shí)現(xiàn)了在分布式 環(huán)境下控制802.11節(jié)點(diǎn)公平地訪問(wèn)無(wú)線鏈路資源。本文通過(guò)仿真對(duì)算法進(jìn)行了分析和研 究，仿真結(jié)果表明該方法可以在一定范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)公平隊(duì)列調(diào)度。 關(guān)鍵詞 ieee802.11，無(wú)線局域網(wǎng)，分布式協(xié)調(diào)功能，點(diǎn)協(xié)調(diào)功能，分布式公平調(diào)度 abstract

2、dfs algorithm is a type of distributed queue scheduling algorithm. based on the access mechanism of 802.11 mac layer which is recent used in the wireless local networks, dfs algorithm adopts the idea of round robin queue. through modifying the dcf sub- protocol of 802.11 mac layer, it achieve the pu

3、rpose of controlling 802.11 node to access wireless line resource fairly in the distributed environment. in this article, the author did some analyses and researches to this algorithm by simulation. the simulation results show that the dfs algorithm can carry fairly queue schedule in some areas. key

4、words ieee802.11, wireless lan, dcf, pcf, dfs 目錄 abstract.- 1 - 摘要 .- 1 - 引引言言.- 4 - 第第 1 章章緒論緒論.- 5 - 1.1 無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展及研究現(xiàn)狀.- 5 - 1.2 研究?jī)?nèi)容.- 5 - 1.3 研究意義.- 5 - 1.4 論文的研究方法及結(jié)構(gòu).- 6 - 第第 2 章章無(wú)線局域網(wǎng)介紹無(wú)線局域網(wǎng)介紹.- 7 - 2.1 無(wú)線局域網(wǎng)的概念.- 7 - 2.2 無(wú)線局域網(wǎng)的主要標(biāo)準(zhǔn).- 7 - 第第 3 章章ieee802.11 標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn) .- 10 - 3.1 ieee802.11mac 相關(guān)技術(shù).-

5、 10 - 3.1.1載波檢測(cè)機(jī)制.- 10 - 3.1.2 幀間間隙(ifs).- 10 - 3.1.3退避程序.- 10 - 3.1.4 rts/cts 握手協(xié)議.- 11 - 3.2 ieee802.11mac 訪問(wèn)媒體的機(jī)制.- 13 - 3.2.1分布式協(xié)調(diào)功能 dcf.- 13 - 3.2.2點(diǎn)協(xié)調(diào)功能 pcf.- 15 - 第第 4 章章ieee 802.11dcf 訪問(wèn)機(jī)制改進(jìn)訪問(wèn)機(jī)制改進(jìn).- 16 - 4.1 ieee 802.11dcf 訪問(wèn)機(jī)制改進(jìn)方法.- 16 - 4.1.1 edcf.- 16 - 4.1.2 dfs .- 16 - 4.1.3 blackburst.

6、- 16 - 4.2 研究方向.- 16 - 4.2.1循環(huán)區(qū)間的選擇和cw 循環(huán)變化的規(guī)則.- 17 - 4.2.2帶寬分配權(quán)值的實(shí)現(xiàn).- 17 - 4.2.3分組長(zhǎng)度的考慮.- 18 - 4.2.4碰撞.- 18 - 4.2.5dfs算法.- 18 - 第第 5 章章 dfs 接入機(jī)制仿真接入機(jī)制仿真 .- 20 - 5.1 仿真拓?fù)渑c仿真參數(shù).- 20 - 5.2 系統(tǒng)的框架.- 21 - 5.2.1模塊.- 21 - 5.2.2mac模塊.- 22 - 5.2.3、同步調(diào)度模塊.- 22 - 5.3 數(shù)據(jù)流圖.- 22 - 5.3.1主程序流圖.- 22 - 5.3.2同步調(diào)度模塊.-

7、 23 - 5.3.3 sta模塊.- 24 - 5.3.4 mac模塊.- 25 - 第第 6 章章dfs 性能分析性能分析 .- 28 - 6.1 公平性仿真.- 28 - 6.2 p1 和 p2 的選擇對(duì)算法的公平性的影響.- 29 - 6.3 對(duì)網(wǎng)絡(luò)吞吐量的影響.- 30 - 總結(jié)總結(jié).- 31 - 謝辭謝辭.- 32 - 主要參考文獻(xiàn).- 33 - 引言 無(wú)線局域網(wǎng)(wlan)是通信中新興的一種方式，是有線網(wǎng)絡(luò)的延伸，在 wlan 的 應(yīng)用中，也期望像有線網(wǎng)一樣能夠進(jìn)行帶寬分配。wlan 目前的主要應(yīng)用是作為用戶 接入網(wǎng)絡(luò)，采用 802.11 媒體訪問(wèn)控制(mac)協(xié)議，所有接入 w

8、lan 的節(jié)點(diǎn)競(jìng)爭(zhēng)使用同 一個(gè)局域網(wǎng)無(wú)線鏈路資源。因此，需要一種隊(duì)列調(diào)度算法來(lái)保證所有節(jié)點(diǎn)訪問(wèn)無(wú)線鏈 路資源的公平性。 dfs算法在無(wú)線局域網(wǎng)現(xiàn)有的802.11 mac層訪問(wèn)機(jī)制的基礎(chǔ)上，運(yùn)用循環(huán)隊(duì)列的 思想提出了一種完全分布式的隊(duì)列調(diào)度算法，該算法通過(guò)修改802.11的mac層中的 “分布式協(xié)調(diào)功能”(distributed coordination function：dcf)子協(xié)議，實(shí)現(xiàn)了在分布式 環(huán)境下控制802.11節(jié)點(diǎn)的公平訪問(wèn)無(wú)線鏈路資源的目的。 第章介紹無(wú)線局域網(wǎng)基本知識(shí) 第章介紹 ieee802.11 基本知識(shí) 第章介紹本文研究的算法 第章仿真程序的系統(tǒng)分析 第章仿真結(jié)果分析

9、最后就是總結(jié)、謝辭和參考文獻(xiàn)。 第 1 章緒論 1.1 無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展及研究現(xiàn)狀 近年來(lái)，隨著無(wú)線局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)、技術(shù)的發(fā)展，無(wú)線局域網(wǎng)產(chǎn)品逐漸成熟，無(wú)線局 域網(wǎng)得到了業(yè)界以及公眾的熱情關(guān)注，無(wú)線局域網(wǎng)的應(yīng)用也逐漸發(fā)展起來(lái)。相對(duì)于藍(lán) 牙、3g 等無(wú)線技術(shù)，無(wú)線局域網(wǎng)正成為當(dāng)前無(wú)線領(lǐng)域中一個(gè)引人關(guān)注的熱點(diǎn)，對(duì)可攜 帶、可移動(dòng)的計(jì)算機(jī)或工作站的需求不斷增長(zhǎng)。而 wlan（wireless local area network）以其高靈活性、緊急狀況下的健壯性被廣泛應(yīng)用。無(wú)線局域網(wǎng)不僅可以實(shí)現(xiàn) 許多新的應(yīng)用，還可以克服線纜限制引起的不便性，解決某些特殊區(qū)域無(wú)法布線的問(wèn) 題。目前，無(wú)線局域網(wǎng)已經(jīng)被廣大用戶

10、作為一般目的的網(wǎng)絡(luò)連接來(lái)使用，很多場(chǎng)所都 配置了 wlan，例如：大學(xué)校園、公司等。wlan 現(xiàn)有的標(biāo)準(zhǔn)有很多，例如： ieee802.11、hiperlan、bluetooth 等。但是應(yīng)用最為廣泛的是 ieee802.11。ieee 802.11 的 mac 層訪問(wèn)機(jī)制中最常用的是分布式協(xié)調(diào)功能 dcf（distributed coordination function） 。dcf 包含兩種機(jī)制：（1）缺省的 csma/ca， （2）一種解決 隱藏終端問(wèn)題的可選方法。然而這兩種機(jī)制都分別存在一些問(wèn)題，影響了無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的 性能，造成了一定的信道帶寬損失。 1.2 研究?jī)?nèi)容 802.11 協(xié)議中

11、的 mac 層 dcf 功能完全是分布式控制的模式，其控制節(jié)點(diǎn)的訪問(wèn) 速率(或者說(shuō)訪問(wèn)的頻率)主要有兩個(gè)因子： cw 和 backof 時(shí)間。backofr 時(shí)間是在 (0，cw)這個(gè)區(qū)間均勻分布的，所以，如果 cw 較大，則節(jié)點(diǎn)隨機(jī)選取得 backof 時(shí)間 就可能比較長(zhǎng)，就會(huì)獲得比較低的訪問(wèn)媒介的概率；相反，如果 cw 值較小，則 backof 可能選取得較小，這樣就可以獲得比較高的訪問(wèn)媒介的概率。distributed fair scheduling 算法就是通過(guò)修改 dcf 功能，按照一定規(guī)則來(lái)動(dòng)態(tài)改變 cw 的值，使得節(jié) 點(diǎn)訪問(wèn)媒介的概率能夠按照一定預(yù)定的權(quán)值分散開(kāi)來(lái)，從而獲得 wl

12、an 中的公平隊(duì)列 調(diào)度的性能。我的工作就是編寫一個(gè)程序仿真 distributed fair scheduling 算法的行為。 1.3 研究意義 隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和數(shù)字通信技術(shù)的發(fā)展，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)也逐漸向高速、多業(yè)務(wù)、靈 活可變的方向發(fā)展。無(wú)線局域網(wǎng)wlan(wireless localarea network)已經(jīng)成為計(jì)算機(jī)網(wǎng) 絡(luò)技術(shù)發(fā)展的熱點(diǎn)，ieee 802.11是無(wú)線局域網(wǎng)的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，隨著ieee 802.11協(xié)議的推 廣，不但計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)支持移動(dòng)技術(shù)，很多終端設(shè)備也將配有無(wú)線接口;另一方面，多媒 體技術(shù)的應(yīng)用對(duì)網(wǎng)絡(luò)通信的質(zhì)量提出了很高的要求，在無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的環(huán)境下，如何保證 多媒體通信的q

13、os(quauty ofservice)，包括吞吐量、丟包率、時(shí)延、時(shí)延抖動(dòng)等等，已 經(jīng)成為研究802.11協(xié)議的新方向。 1.4 論文的研究方法及結(jié)構(gòu) 本文采用仿真程序?qū)?802.11edfs 協(xié)議進(jìn)行了研究。首先全面掌握并理解 dfs 協(xié)議，然后根據(jù)自己的理解做出仿真程序。再利用仿真程序?qū)?dfs 協(xié)議的性能進(jìn)行比 較詳盡的分析和研究。最終通過(guò)仿真數(shù)據(jù)得到性能分析的結(jié)果。本文的主要工作如下： 分析 dfs 協(xié)議，并實(shí)現(xiàn)了程序的仿真。 本文的第二章詳細(xì)的介紹無(wú)線局域網(wǎng)；第三、四章詳細(xì)介紹 802.11 及 dfs；第五 章對(duì)協(xié)議進(jìn)行分析，并介紹仿真程序的實(shí)現(xiàn)機(jī)制；第六章對(duì)仿真數(shù)據(jù)進(jìn)行定量分析

14、， 并通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)的分析得到性能分析結(jié)果；最后總結(jié)全文，并提出將來(lái)的工作的方向。 第 2 章無(wú)線局域網(wǎng)介紹 2.1 無(wú)線局域網(wǎng)的概念 無(wú)線局域網(wǎng)(wireless local network，wlan)，顧名思義，是一種利用無(wú)線方式， 提供無(wú)線對(duì)等(如 pc 對(duì) pc、pc 對(duì)集線器或打印機(jī)對(duì)集線器)和點(diǎn)到點(diǎn)(如 lan 到 lan)連接性的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)。wlan 代替了常規(guī) lan 中使用的雙絞線或同軸線路 或光纖，通過(guò)電磁波傳送和接收數(shù)據(jù)。wlan 執(zhí)行像文件傳輸、外設(shè)共享、web 瀏 覽、電子郵件和數(shù)據(jù)庫(kù)訪問(wèn)等傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)通信功能。 與有線局域網(wǎng)相比較，無(wú)線局域網(wǎng)具有開(kāi)發(fā)運(yùn)營(yíng)成本低、時(shí)間短，投

15、資回報(bào)快， 易擴(kuò)展，受自然環(huán)境、地形及災(zāi)害影響小，組網(wǎng)靈活快捷等優(yōu)點(diǎn)?？蓪?shí)現(xiàn)“任何人在 任何時(shí)間，任何地點(diǎn)以任何方式與任何人通信” ，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)有線局域網(wǎng)的不足。隨著 無(wú)線網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)的制定和推行，無(wú)線局域網(wǎng)的產(chǎn)品將更加豐富，不同產(chǎn)品的兼容性將得到 加強(qiáng)。現(xiàn)在無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的傳輸率已達(dá)到和超過(guò)了 10mbps，并且還在不斷變快。目前無(wú)線 局域網(wǎng)除能傳輸語(yǔ)音信息外，還能順利地進(jìn)行圖形、圖像及數(shù)字影像等多種媒體的傳 輸。另一方面無(wú)線局域網(wǎng)雖然以空氣為介質(zhì)，傳輸?shù)男盘?hào)可跨越很寬的頻段，數(shù)據(jù)不 容易被竊取，保證了網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)陌踩?。隨著無(wú)線通信技術(shù)的發(fā)展和對(duì)無(wú)線局域網(wǎng)通 信速率要求上的不斷提高，無(wú)線局域網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)也在

16、不斷發(fā)展，總的趨勢(shì)是數(shù)據(jù)速率越 來(lái)越高、安全性越來(lái)越好、服務(wù)質(zhì)量越來(lái)越有保證。 2.2 無(wú)線局域網(wǎng)的主要標(biāo)準(zhǔn) 為了讓 wlan 技術(shù)能夠被廣為接受和使用，必須要建立一種統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，以確 保各廠商生產(chǎn)的設(shè)備都能具有兼容性與穩(wěn)定性。這些標(biāo)準(zhǔn)定義了無(wú)線通訊的物理層 （physical/phy layer）以及媒介存取控制層（media access control/mac layer） 。各種 新標(biāo)準(zhǔn)的迅速發(fā)展，展現(xiàn)了無(wú)線局域網(wǎng)領(lǐng)域旺盛的創(chuàng)造力和無(wú)限的發(fā)展機(jī)遇。wlan 現(xiàn)有的標(biāo)準(zhǔn)有很多，例如：ieee 802.11、hiperlan、bluetooth 等。其中應(yīng)用最為廣 泛的標(biāo)準(zhǔn)是基于 ieee

17、 802.11 協(xié)議的系列標(biāo)準(zhǔn)。 1990 年 ieee802 標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì)成立 ieee802.1無(wú)線局域網(wǎng)(wlan)標(biāo)準(zhǔn)工作組。 ieee802.11 無(wú)線局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)工作組任務(wù)為研究 1mb/s 和 2mb/s 數(shù)據(jù)速率、工作在 2.4ghz 開(kāi)放頻段的無(wú)線設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的全球標(biāo)準(zhǔn)，并于 1997 年 6 月公布了該標(biāo) 準(zhǔn)，它是第一代無(wú)線局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)之一。該標(biāo)準(zhǔn)定義物理層和媒體訪問(wèn)控制(mac)規(guī)范， 允許無(wú)線局域網(wǎng)及無(wú)線設(shè)備制造商建立互操作網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。在 802.11 系列標(biāo)準(zhǔn)中，涉及 物理層的主要有 4 個(gè)標(biāo)準(zhǔn)：802.11、802.11b、802.11a、802.11g。根據(jù)不同的物理

18、層 標(biāo)準(zhǔn)，無(wú)線局域網(wǎng)設(shè)備通常被歸為不同的類別，如常說(shuō)的 802.11b 無(wú)線局域網(wǎng)設(shè)備、 802.11a 無(wú)線局域網(wǎng)設(shè)備等。 ieee 802.11 802.11 是 ieee 最初制定的一個(gè)無(wú)線局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，主要用于實(shí)現(xiàn)辦公室局域網(wǎng)和 校園網(wǎng)中用戶的無(wú)線接入，業(yè)務(wù)主要限于數(shù)據(jù)存取，速率最高只能達(dá)到 2mbps。由于 它在速率和傳輸距離上都不能滿足用戶日益增長(zhǎng)的需求，ieee 又相繼推出了 802.11b，802.11a 和 802.11g 三個(gè)新標(biāo)準(zhǔn)。 ieee802.11b ieee802.11b 工作于 2.4ghz 頻帶，使用直序擴(kuò)頻方式和補(bǔ)碼鍵控，物理層支持 5.5 mbps 和 11

19、 mbps 兩個(gè)新速率。它的傳輸速率可因環(huán)境干擾或傳輸距離而變化， 在 11 mbps、5.5 mbps、2 mbps、1 mbps 之間切換，而且在 2 mbps、1 mbps 速率時(shí) 與 ieee802.11 dsss(直接序列擴(kuò)頻)系統(tǒng)交互操作，但不能與 1mbps 和 2mbps 的 802.11 fhss（跳頻擴(kuò)頻）系統(tǒng)交互操作。 ieee802.11a ieee802.11a 工作于 5ghz 的頻帶，它采用 ofdm(正交頻分復(fù)用)技術(shù)，物理層 速率可達(dá) 54mbps，這就基本滿足了現(xiàn)行局域網(wǎng)絕大多數(shù)應(yīng)用的速度要求。而且，對(duì)數(shù) 據(jù)加密方面，采用了更為嚴(yán)密的算法。但是，ieee80

20、2.11a 芯片價(jià)格昂貴、空中接力 不好、點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接很不經(jīng)濟(jì)?？罩薪恿褪禽^遠(yuǎn)距離點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的傳輸。需要注意的是， ieee802.11b 和工作在 5ghz 頻帶上的 ieee802.11a 標(biāo)準(zhǔn)不兼容。 ieee802.11g 2002 年 11 月 15 日，ieee 試驗(yàn)性地批準(zhǔn)一種新技術(shù) ieee802.11g，使無(wú)線網(wǎng) 絡(luò)傳輸速率可達(dá) 54mbps。802.11g 是對(duì) 802.11b 的一種高速物理層擴(kuò)展，同 802.11b 一樣，802.11g 工作于 2.4ghz ism 頻帶，但采用了 ofdm 技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)最高 54mbps 的數(shù)據(jù)速率，與 802.11a 相當(dāng)；并且較好地

21、解決了 wlan 與藍(lán)牙的干擾問(wèn) 題。802.11g 與已經(jīng)得到廣泛使用的 802.11b 是兼容的，這是 802.11g 相比于 802.11a 的優(yōu)勢(shì)所在。由于 802.11g 標(biāo)準(zhǔn)尚未完成，而符合 802.11a 標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品已經(jīng) 出現(xiàn)，相信 802.11a 將會(huì)得到較快發(fā)展，在一定程度上占據(jù)先機(jī)。 在 mac(媒體接入控制)層，802.11、802.11b、802.11a、802.11g 這四種標(biāo)準(zhǔn)在媒 體訪問(wèn)控制(mac)層均采用的是 載波偵聽(tīng)多路訪問(wèn)避免沖突 csma/ca(ca：collision avoidance，沖突避免)，這有別于傳 統(tǒng) 以 太 網(wǎng) 上 的 csma/cd(

22、cd:collision detection ， 沖 突 檢 測(cè) ) ，csma/ca 相關(guān)內(nèi)容在 802.11 標(biāo)準(zhǔn)中定義，802.11b、802.11a、802.11g 直接沿用。由于在 rf 傳輸網(wǎng)絡(luò)中沖突檢測(cè) 比較困難，所以該協(xié)議用避免沖突檢測(cè)代替在 802.3 協(xié)議使用的沖突檢測(cè)，使用信道 空閑評(píng)估(cca)算法來(lái)決定信道是否空閑，通過(guò)測(cè)試天線口能量和決定接收信號(hào)強(qiáng)度 rssi 來(lái)完成。csmaca 使用 rts、cts 和 ack 幀減少?zèng)_突。 除了 802.11、802.11b、802.11a、802.11g 這四個(gè)標(biāo)準(zhǔn)涉及物理層外，為了促進(jìn) 802.11a 在歐洲的推廣發(fā)展，與

23、 etsi 的 hiperlan/2 競(jìng)爭(zhēng)，ieee 又提出了 802.11h 標(biāo)準(zhǔn)，在 802.11a 基礎(chǔ)上增加自動(dòng)頻率選擇(dfs)和發(fā)送功率控制(tpc)功能，以適應(yīng) 802.11a 在歐洲推廣發(fā)展的需要，符合歐洲有關(guān)管制規(guī)定的要求。 802.11 是 mac 層標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)，在此基礎(chǔ)上，為了滿足在安全性、qos 等方面 的進(jìn)一步要求，ieee 相繼提出了 802.11e、802.11f、802.11i 等標(biāo)準(zhǔn)。 802.11e 增強(qiáng)了 802.11 mac 層，為 wlan 應(yīng)用提供了 qos 支持能力。 802.11e 對(duì) mac 層的增強(qiáng)與 802.11a、802.11b 中對(duì)物理

24、層的改進(jìn)結(jié)合起來(lái)，就增強(qiáng) 了整個(gè)系統(tǒng)的性能，擴(kuò)大了 802.11 系統(tǒng)的應(yīng)用范圍，使得 wlan 也能夠傳送語(yǔ)音、 視頻等應(yīng)用。 802.11f 標(biāo)準(zhǔn)定義了一套稱之為 iapp(inter-access point protocol)的協(xié)議，以實(shí)現(xiàn) 不同供應(yīng)商的接入點(diǎn) ap 間的互操作性。 談到 802.11i 標(biāo)準(zhǔn)，就不能不提到 802.1x 標(biāo)準(zhǔn)。802.1x 標(biāo)準(zhǔn)完成于 2001 年， 它是所有 ieee 802 系列 lan(包括無(wú)線 lan)的整體安全體系架構(gòu)，包括認(rèn)證(eap 和 radius)和密鑰管理功能。802.11i 是對(duì) 802.11 mac 層在安全性方面的增強(qiáng)，它與

25、802.1x 一起，為 wlan 提供認(rèn)證和安全機(jī)制。 除了上面已說(shuō)明的標(biāo)準(zhǔn)之外，802.11 系列標(biāo)準(zhǔn)中，還有一個(gè) 802.11d 標(biāo)準(zhǔn)， 802.11d 標(biāo)準(zhǔn)定義了一些物理層方面的要求(諸如信道化、跳頻模式等)以適應(yīng) 802.11 設(shè)備在一些國(guó)家應(yīng)用時(shí)這些國(guó)家無(wú)線電管制上的特殊要求。 藍(lán)牙技術(shù) 藍(lán)牙（ieee802.15）是一項(xiàng)最新標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)于 802.11 來(lái)說(shuō)，它的出現(xiàn)不是為了競(jìng)爭(zhēng)而 是相互補(bǔ)充。藍(lán)牙比 802.11 更具移動(dòng)性，比如，802.11 限制在辦公室和校園內(nèi)，藍(lán)牙 能把一個(gè)設(shè)備連接到局域網(wǎng)（lan）和廣域網(wǎng)（wan）,甚至支持全球漫游。此外，藍(lán) 牙成本低，體積小，可用于更多的

26、設(shè)備。但是，藍(lán)牙主要是點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的短距離無(wú)線發(fā)送 技術(shù)，本質(zhì)上要么是 rf，要么是紅外線。而且，藍(lán)牙被設(shè)置成低功耗、短距離，低帶 寬的應(yīng)用，嚴(yán)格來(lái)講，不算是真正的局域網(wǎng)技術(shù)。 homerf 家庭網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)，旨在降低語(yǔ)音數(shù)據(jù)成本。homerf 也采用了擴(kuò)頻技術(shù)，工作在 2.4ghz 頻帶，能同步支持 4 條高質(zhì)量語(yǔ)音信道。但目前 homerf 的傳輸速率只有 12mbps,fcc(fedral communications commission)建議增加到 10mbps。 第 3 章ieee802.11 標(biāo)準(zhǔn) ieee802.11b作為一種高速無(wú)線局域網(wǎng)協(xié)議，其最高速率可達(dá)11mbps，其mac層媒

27、體訪問(wèn)有兩種控制方式:第一種方案是分布式協(xié)調(diào)功能（dcf，distributed coordination function），類似于傳統(tǒng)的分組網(wǎng)，支持異步數(shù)據(jù)傳輸?shù)犬惒綐I(yè)務(wù)，所有要傳輸數(shù)據(jù)的 用戶擁有平等接入網(wǎng)絡(luò)的機(jī)會(huì)；第二種方案是點(diǎn)協(xié)調(diào)功能（pcf，point coordinationfunction），基于由接入點(diǎn)控制的輪詢（poll）方式，主要用于傳輸實(shí)時(shí)業(yè) 務(wù)。mac 子層由dcf和pcf兩部分組成。其中分布協(xié)調(diào)功能 dcf是數(shù)據(jù)傳輸?shù)幕?方式，直接位于物理層之上, 作用于媒體競(jìng)爭(zhēng)期（cp），所有站點(diǎn)均支持 dcf, 其核 心是 csma/ca 技術(shù)。點(diǎn)協(xié)調(diào)功能pcf 建立在 dc

28、f 基礎(chǔ)上，工作于非競(jìng)爭(zhēng)期。兩者 總是交替出現(xiàn)，先由dcf 競(jìng)爭(zhēng)媒體使用權(quán)，然后進(jìn)入非競(jìng)爭(zhēng)期（cfp），由 pcf 控 制數(shù)據(jù)傳輸。該機(jī)制的基本內(nèi)容為：當(dāng)sta監(jiān)聽(tīng)信道時(shí)，如果發(fā)現(xiàn)信道空閑間隔大于 規(guī)定的幀間間隙(ifs)，則立即開(kāi)始發(fā)送幀；否則推遲其幀的發(fā)送，直至監(jiān)測(cè)到需要的 空閑幀間隔。 3.1 ieee802.11mac 相關(guān)技術(shù) 3.1.1 載波檢測(cè)機(jī)制 802.11b的載波檢測(cè)包括物理的載波檢測(cè)和虛擬的載波檢測(cè)，當(dāng)二者任一報(bào)告信道忙， 則信道被認(rèn)為忙，否則被認(rèn)為空閑。 物理的載波檢測(cè)機(jī)制由物理層提供，通過(guò)檢測(cè)信道是否有信號(hào)來(lái)實(shí)現(xiàn)。虛擬檢測(cè) 機(jī)制由mac層提供，該機(jī)制參考每個(gè)sta的n

29、av(網(wǎng)絡(luò)分配矢量)實(shí)現(xiàn)。nav包含了對(duì) 媒體上將要發(fā)生的通信進(jìn)行預(yù)測(cè)的信息。802.11b的幀里都有一個(gè)時(shí)間長(zhǎng)度域，該域定 義了信道將要被占用的時(shí)間，nav的值就是通過(guò)適當(dāng)算法從這些幀里獲取的。 3.1.2 幀間間隙(ifs) 幀與幀之間的時(shí)間間隙被稱作幀間間隙(ifs)。所有使用物理載波檢測(cè)的 sta 只 有檢測(cè)到信道空閑的時(shí)間大于 ifs 后，才認(rèn)為信道是空閑的。mac 層定義了 4 種不同 的邢以提供對(duì)無(wú)線媒體訪問(wèn)的不同優(yōu)先級(jí)，它們分別是：sifs，pifs，difs，eifs， 其具體關(guān)系為 sifspifsdifseifs。 sifs 用于很緊急的情況下使用，比如應(yīng)答幀。pifs

30、用于在 pcf 中的新的幀發(fā)送前 使用。difs 用于在 dcf 間新的幀發(fā)送前使用。eifs 用于當(dāng) sta 接收到了一個(gè)錯(cuò)誤的 pcs(幀檢測(cè)序列)的幀之后，要發(fā)送新的幀之前使用。 3.1.3 退避程序 在媒體由忙變?yōu)殚e的瞬間是沖突的高發(fā)生點(diǎn)，這是因?yàn)槎鄠€(gè)sta可能已經(jīng)在等待 媒體變?yōu)榭捎谩Ｔ诎l(fā)送幀之前，如果有多個(gè)sta在監(jiān)聽(tīng)信道并且在同一時(shí)刻開(kāi)始計(jì)數(shù) difs或者eifs，若此時(shí)若沒(méi)有退避機(jī)制，則當(dāng)difs或eifs結(jié)束后，多個(gè)sta將同時(shí)使 用信道，結(jié)果是多個(gè)sta將發(fā)生沖突。所以，在difs或者eifs后加入一隨機(jī)延后時(shí)間， 使沖突得以盡量避免。 如圖 3-1 所示，為當(dāng) sta 有

31、幀要發(fā)送時(shí)，則調(diào)用載波檢測(cè)機(jī)制來(lái)決定信道的忙閑 狀態(tài)，如果信道忙，sta 將推遲其幀的發(fā)送直至信道空閑時(shí)間為 difs 或者 eifs。在 difs 或者 eifs 后，sta 將在幀發(fā)送前產(chǎn)生一個(gè)隨機(jī)延后時(shí)間來(lái)推遲發(fā)送時(shí)間，如果 sta 的延后時(shí)間為非零值，即該 sta 不是第一次參與退避，則該 sta 不允許重新選 擇隨機(jī)時(shí)間。 該程序的一重要結(jié)果是當(dāng)多個(gè) sta 都推遲傳送并且進(jìn)入隨機(jī)退避，那么選用最小 退避時(shí)間的 sta 或者多次參與退避的 sta 將贏得競(jìng)爭(zhēng)。 3.1.4 rts/cts 握手協(xié)議 rts/cts 協(xié)議即請(qǐng)求發(fā)送/允許發(fā)送協(xié)議，相當(dāng)于一種握手協(xié)議，主要用來(lái)解決 “隱藏

32、終端”問(wèn)題。在 802.11 參數(shù)配置中，若使用 rts/cts 協(xié)議，同時(shí)設(shè)置傳送上 限字節(jié)數(shù) 一旦待傳送的數(shù)據(jù)大于此上限值時(shí)，即啟動(dòng) rts/cts 握手協(xié)議：首先， a 向 b 發(fā)送 rts 信號(hào)，表明 a 要向 b 發(fā)送若干數(shù)據(jù)，b 收到 rts 后，向所有 基站發(fā)出 cts 信號(hào)，表明已準(zhǔn)備就緒，a 可以發(fā)送，其余基站暫時(shí)“按兵不動(dòng)” ，然 后，a 向 b 發(fā)送數(shù)據(jù)，最后，b 接收完數(shù)據(jù)后，即向所有基站廣播 ack 確認(rèn)幀， 這樣，所有基站又重新可以平等偵聽(tīng)、競(jìng)爭(zhēng)信道了。 圖 3-2 顯示了在源節(jié)點(diǎn)和目的節(jié)點(diǎn)之間進(jìn)行 rts/cts 控制幀交換的過(guò)程。如果 源節(jié)點(diǎn)要發(fā)送一個(gè)單播數(shù)據(jù)包

33、 data，那么它在偵聽(tīng)到信道空閑并等待了 difs（再 加上隨機(jī)后退時(shí)間）后，源節(jié)點(diǎn)首先發(fā)送一個(gè) rts 控制幀。rts 控制幀和其它數(shù)據(jù) 幀的優(yōu)先級(jí)是相同的。rts 幀的頭部 duration 字段中包含有完成數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程所需 的持續(xù)時(shí)間。這個(gè)持續(xù)時(shí)間指的是傳輸整個(gè)數(shù)據(jù)幀和其應(yīng)答包所需要的所有時(shí)間。收 到這個(gè) rts 的每個(gè)非目的節(jié)點(diǎn)都要根據(jù) duration 字段來(lái)設(shè)置各自的 nav（network allocation vector） ，這個(gè) nav 指定了每個(gè)接收到此 rts 幀的非目的節(jié)點(diǎn)可以試圖訪 問(wèn)無(wú)線介質(zhì)的最早開(kāi)始時(shí)間，也就是說(shuō)在 nav 這段時(shí)間內(nèi)，這些非目的節(jié)點(diǎn)不會(huì)試 圖

34、去占用信道，而是保持沉默，直到源節(jié)點(diǎn)與目的節(jié)點(diǎn)之完成數(shù)據(jù)的傳輸過(guò)程。 如果目的節(jié)點(diǎn)收到 rts 幀，在等待 sifs 間隔后，它用一個(gè) cts（clear to send）控制幀進(jìn)行應(yīng)答。cts 幀的頭部也包含 duration 字段，所有接到這個(gè) cts 的 節(jié)點(diǎn)必須再次調(diào)整它們的 nav。源節(jié)點(diǎn)接收到 cts 后，經(jīng)過(guò)一個(gè) sifs 間隔把 圖 3.1 ieee802.11 退避機(jī)制 data 送出去。目的節(jié)點(diǎn)在接收到 data 幀之后再等待一個(gè) sifs 間隔，返回一個(gè) ack 幀。這樣傳輸過(guò)程就完成了，這時(shí)每個(gè)節(jié)點(diǎn) nav 表明介質(zhì)空閑，就可以開(kāi)始下 一個(gè)傳輸周期了。這個(gè)過(guò)程也被成為“

35、虛擬載波偵聽(tīng)” 。 在這個(gè)過(guò)程中，接收到 cts 的節(jié)點(diǎn)和接收到 rts 的節(jié)點(diǎn)可能不是同一組節(jié)點(diǎn)。 這樣在發(fā)送方和接收方的接收范圍內(nèi)的所有節(jié)點(diǎn)都被通知，它們?cè)谠L問(wèn)介質(zhì)之前必須 等待足夠長(zhǎng)的時(shí)間以等待數(shù)據(jù)幀傳輸過(guò)程的完成。也就是說(shuō)，這個(gè)機(jī)制通過(guò)為數(shù)據(jù)發(fā) 送節(jié)點(diǎn)預(yù)留信道來(lái)避免碰撞的發(fā)生，從而提高傳輸性能。 在 dcf 功能中，各個(gè)移動(dòng)節(jié)點(diǎn)必須在物理/虛擬兩種載波監(jiān)聽(tīng)結(jié)果都為零時(shí)才 能獲得對(duì)無(wú)線介質(zhì)的訪問(wèn)權(quán)，這就可以在很大程度上減少碰撞的機(jī)會(huì)，提高傳輸效率， 同時(shí)這種短幀交換的方法可以在很大程度上避免由于隱藏節(jié)點(diǎn)的存在造成的數(shù)據(jù)碰撞， 尤其是在數(shù)據(jù)幀較長(zhǎng)的時(shí)候，這種效果更為明顯。rts/cts 短

36、幀交換方式是避免碰撞， 提高網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)性能的有效措施，盡管短幀交換會(huì)帶來(lái)一定的時(shí)間開(kāi)銷。 暴露終端問(wèn)題 rts/cts 也可以部分的解決暴露站點(diǎn)問(wèn)題。在圖 3-3 中，如果在 b 和 a 的 rts/cts 交互中，c 只能聽(tīng)到 b 的 rts 幀而未聽(tīng)到 a 的 cts 幀，c 可以分析原 因：a 可能在 c 的覆蓋范圍之外；或者由于 rts 幀碰撞而使 a 未發(fā)送 cts 幀； 或者 c 在接收 cts 的過(guò)程中又受到其它站點(diǎn)的干擾。在前兩種情況中，c 的發(fā)送動(dòng) 作都不會(huì)影響 a 的接收。對(duì)于第三種情況，c 應(yīng)該采取保守的但是安全的做法，不 進(jìn)行發(fā)送。 當(dāng)然，如果在 b 和 a 的 rts/

37、cts 交互過(guò)程中，c 因?yàn)檎诮邮談e的站點(diǎn)的數(shù) 據(jù)而未能監(jiān)聽(tīng)到 rts/cts 幀，則 c 可能仍然存在隱藏或暴露問(wèn)題。 在使用 rts 和 cts 來(lái)避免隱藏終端和暴露終端問(wèn)題的情況下，沖突只可能發(fā)生 在開(kāi)始發(fā)送 rts 的時(shí)候。兩個(gè)或更多的站點(diǎn)可以在同一時(shí)刻開(kāi)始發(fā)送 rts 或是其它 數(shù)據(jù)分組。 使用 rts/cts 會(huì)導(dǎo)致不可忽略的額外開(kāi)銷，從而導(dǎo)致帶寬的浪費(fèi)和較高的延遲。 因此，rts 閾值（threshold）可以決定什么時(shí)候使用另外的機(jī)制（基本上是在較大的 圖 3-2 rts/cts 握手協(xié)議 圖 3-3 暴露終端問(wèn)題 幀長(zhǎng)度） ，和什么時(shí)候不用這種機(jī)制（幀長(zhǎng)較短） 。因?yàn)椋绻?/p>

38、數(shù)據(jù)幀的長(zhǎng)度較小，比 如小于 100 字節(jié)，使用 rts/cts 反而可能降低網(wǎng)絡(luò)的吞吐率、增加通信延遲，因此 在 ieee802.11 中 rts/cts 使用與否是可選擇的。由于無(wú)線環(huán)境的復(fù)雜性，rts/cts 機(jī)制仍然不能完全保證數(shù)據(jù)幀的正確接收。這里有無(wú)線信道本身的誤碼的原因，也有 其它站點(diǎn)的干擾原因。那么，在幀長(zhǎng)度相同的情況下，無(wú)線鏈路出現(xiàn)錯(cuò)幀的可能性比 有線鏈路要高的多。在位出錯(cuò)率相同的情況下，幀長(zhǎng)度較短的話，幀的出錯(cuò)率會(huì)降低。 因此，ieee802.11 提供了幀分段（fragmentation）模式，如圖 3-4 所示。但是，用戶 數(shù)據(jù)的分段機(jī)制對(duì)用戶應(yīng)該是透明的 如圖 3-4

39、 所示，發(fā)送方首先發(fā)送一個(gè) rts 控制分組。這個(gè) rts 分組的 duration field 包括第一個(gè)分段和其應(yīng)答包傳輸所需要的所有時(shí)間。其它站點(diǎn)收到 rts，設(shè)置 nav；數(shù)據(jù)的接收方發(fā)送 cts，其它站點(diǎn)再次調(diào)整 nav，這些都與前面所講的相同。 分段模式的新的特點(diǎn)就是它在 frag1 中包括了另外一個(gè)持續(xù)時(shí)間值。這個(gè) duration field 包括第二個(gè)分段和其應(yīng)答包的傳輸時(shí)間。 然后，frag1 的接收方在 sifs 間隔后，直接用 ack1 應(yīng)答。這個(gè) ack1 預(yù)留了 下一次傳輸所用的時(shí)間。如果 frag2 不是要傳輸?shù)淖詈笠粋€(gè)分段，它應(yīng)該為第三個(gè)連 續(xù)的傳輸預(yù)留信道。如

40、果是最后一個(gè)分段，接收方應(yīng)答第二個(gè)分段，但是不再預(yù)留信 道。在 ack2 后，所有的站點(diǎn)在等待 difs 間隔之后，都可以再次競(jìng)爭(zhēng)對(duì)介質(zhì)的訪問(wèn) 權(quán)。 3.2 ieee802.11mac 訪問(wèn)媒體的機(jī)制 3.2.1 分布式協(xié)調(diào)功能 dcf（distributed coordination function） dcf 是無(wú)線網(wǎng)絡(luò)對(duì)共享媒體的一種訪問(wèn)控制功能，其核心是 csma/ca，包括載 波檢測(cè)（cs）機(jī)制、幀間間隔（ifs）和隨機(jī)退避(random back-off)規(guī)程。我們知道總 線型局域網(wǎng)在 mac 層的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議是 csma/cd，即載波偵聽(tīng)多點(diǎn)接入/沖突檢測(cè) （carrier sens

41、e multiple access with collisiondetection） 。但由于無(wú)線站點(diǎn)傳輸時(shí)聽(tīng)不到 信道碰撞，無(wú)線產(chǎn)品的適配器不易檢測(cè)信道是否存在沖突，因此 802.11 全新定義了一 種新的協(xié)議，即載波偵聽(tīng)多點(diǎn)接入/避免沖撞 csma/ca（with collision avoidance） 。 一方面，載波偵聽(tīng)-查看介質(zhì)是否空閑；另一方面，避免沖撞-通過(guò)隨機(jī)的時(shí)間等待， 使信號(hào)沖突發(fā)生的概率減到最小，當(dāng)介質(zhì)被偵聽(tīng)到空閑時(shí)，優(yōu)先發(fā)送。csma/ca 的 基本機(jī)制如圖 3-5 所示。對(duì) 802.11 而言， 網(wǎng)絡(luò)中所有的終端要發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，都要按 圖 3-4ieee802.11

42、的用戶數(shù)據(jù)的分段模式 照 csma/ca 的媒體訪問(wèn)方法接入共享媒體，也就是說(shuō)需要發(fā)送數(shù)據(jù)的終端首先要監(jiān) 聽(tīng)媒體，以便知道是否有其它終端正在發(fā)送。如果媒體不忙，則可以進(jìn)行發(fā)送處理， 但不是馬上發(fā)送數(shù)據(jù)幀，而是由 csma/ca 分布算法，強(qiáng)制性地控制各種數(shù)據(jù)幀相應(yīng) 的時(shí)間間隔（ifs） ，只有在該類型幀所規(guī)定的 ifs 內(nèi)媒體一直是空閑的方可發(fā)送。如 檢測(cè)到媒體正在傳送數(shù)據(jù)，則該終端將推遲競(jìng)爭(zhēng)媒體，一直延遲到現(xiàn)行的傳輸結(jié)束為 止。在延遲之后,該終端要經(jīng)過(guò)一個(gè)隨機(jī)退避時(shí)間重新競(jìng)爭(zhēng)對(duì)媒體的使用權(quán)。其中退避 時(shí)間的設(shè)置：退避時(shí)間按下面的方法選擇后，作為遞減退避計(jì)數(shù)器的初始值。 退避時(shí)間=intcwr

43、andom( )slot time cw 是競(jìng)爭(zhēng)窗口寬度，是介于 cwwin 與 cwmax 之間的整數(shù) random()是隨機(jī)函數(shù)，它產(chǎn)生的隨機(jī)數(shù)在0,1中均勻分布 slottime 是由系統(tǒng)決定 的基本延時(shí)單位。通常介質(zhì)在忙的時(shí)候，退避延時(shí)計(jì)數(shù)器將停止計(jì)時(shí)，并將當(dāng)前值鎖 定作為下一個(gè)退避的延時(shí)時(shí)間。在監(jiān)聽(tīng)到介質(zhì)為空時(shí)，計(jì)數(shù)器才開(kāi)始啟動(dòng)做遞減計(jì)時(shí)， 當(dāng)退避延時(shí)計(jì)數(shù)器為 0 時(shí)，通信節(jié)點(diǎn)將發(fā)送數(shù)據(jù)幀。若有碰撞發(fā)生則將 cw 的值加 倍，并重新計(jì)算出一個(gè)新的隨機(jī)退避時(shí)間進(jìn)行退避延時(shí)，若發(fā)生連續(xù)碰撞，cw 的值 將以 2m 倍增加(m 是發(fā)生連續(xù)碰撞的次數(shù))，直到達(dá)到最大值 cwmax。這樣做的好

44、 處是當(dāng)多個(gè)通信節(jié)點(diǎn)啟動(dòng)延遲并進(jìn)入隨機(jī)退避狀態(tài)后，退避時(shí)間最小的節(jié)點(diǎn)將在競(jìng)爭(zhēng) 中獲勝?gòu)亩@得對(duì)介質(zhì)的訪問(wèn)權(quán)；在競(jìng)爭(zhēng)中失敗的節(jié)點(diǎn)則會(huì)保持在退避狀態(tài)直到下一 個(gè) difs 結(jié)束，這樣就有可能比第一次進(jìn)入退避的新站點(diǎn)具有更短的退避時(shí)間。 為了增強(qiáng)基本 csma/ca 對(duì)異步業(yè)務(wù)傳輸?shù)目煽啃裕琲eee802.11mac 在基本的 csma/ca 基礎(chǔ)上使用 mac 層確認(rèn)機(jī)制，也就是 csma/caack。圖 3-6 所示是 一個(gè)結(jié)點(diǎn)訪問(wèn)介質(zhì)并發(fā)送數(shù)據(jù)。這種情況下，接收方直接用一個(gè)應(yīng)答包 （ack，acknowledgement）回答。接收方在等待 sifs 間隔后訪問(wèn)介質(zhì)，那么，沒(méi)有 其它結(jié)點(diǎn)可以在

45、同一時(shí)刻訪問(wèn)介質(zhì)并導(dǎo)致沖突。其它結(jié)點(diǎn)必須等待 difs 間隔和它們 的后退時(shí)間。應(yīng)答包保證了 mac 層上幀的正確接收（在接收方進(jìn)行 crc 校驗(yàn)） ，這 對(duì)于較容易出錯(cuò)的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境（例如無(wú)線鏈路）尤其重要。如果在一定的時(shí)間內(nèi)，沒(méi)有 返回 ack，發(fā)送方使用上述指數(shù)退避算法重傳該幀。重傳幀也必須和其它幀一樣參加 競(jìng)爭(zhēng)。當(dāng)然，重傳的次數(shù)是有限制的；當(dāng)最后仍不成功的話，會(huì)報(bào)告給上層。 圖 3-5csma/ca 介質(zhì)訪問(wèn)方法 圖 3-6ieee802.11 的 csma/caack 機(jī)制 3.2.2 點(diǎn)協(xié)調(diào)功能 pcf（point coordination function） pcf 是可選功能，面向

46、連接，提供無(wú)競(jìng)爭(zhēng)幀傳送。pcf 支持實(shí)時(shí)性強(qiáng)的業(yè)務(wù)，提 供一定的 qos 保證。pcf 依靠點(diǎn)協(xié)調(diào)器（pc）來(lái)執(zhí)行輪詢，使被輪詢的站點(diǎn)不必競(jìng) 爭(zhēng)信道就可傳送數(shù)據(jù)。點(diǎn)協(xié)調(diào)器功能由基本業(yè)務(wù)群內(nèi)的接入點(diǎn)完成。基本業(yè)務(wù)群內(nèi)能 在非競(jìng)爭(zhēng)期間工作的站點(diǎn)稱為 cf-aware 站點(diǎn)。維持輪詢表和決定輪詢順序的方法可 以進(jìn)行設(shè)置。pcf 需與 dcf 共存，邏輯上位于 dcf 之上。非競(jìng)爭(zhēng)期重復(fù)間隔 （cfp 周期）用于決定 pcf 產(chǎn)生的頻率。重復(fù)間隔內(nèi)的一部分時(shí)間分配給無(wú)競(jìng)爭(zhēng)業(yè) 務(wù)流，剩下的提供給基于競(jìng)爭(zhēng)的業(yè)務(wù)流。非競(jìng)爭(zhēng)期重復(fù)間隔由標(biāo)志幀(b)初始化。標(biāo)志 幀由接入點(diǎn)傳送，主要功能之一是同步和定時(shí)。非競(jìng)爭(zhēng)

47、期重復(fù)間隔長(zhǎng)度是一可調(diào)參數(shù)， 可隨輸入負(fù)荷而變化。如果負(fù)載輕，接入點(diǎn)會(huì)縮短非競(jìng)爭(zhēng)期，提供更多的時(shí)間給 dcf。 在非競(jìng)爭(zhēng)期，如果某站由接入點(diǎn)輪詢發(fā)送，該站可直接發(fā)送至同一基本業(yè)務(wù)群內(nèi)的 另一站或另一基本業(yè)務(wù)群內(nèi)的某站。當(dāng)傳送被引導(dǎo)至另一基本業(yè)務(wù)群內(nèi)的某站時(shí)，源 站將幀傳至接入點(diǎn)，由接入點(diǎn)負(fù)責(zé)通過(guò) ds 將幀轉(zhuǎn)送至為目的站服務(wù)的遠(yuǎn)端接入點(diǎn)。 一般在每一非競(jìng)爭(zhēng)期重復(fù)間隔的開(kāi)始，基本業(yè)務(wù)群內(nèi)的所有站更新其網(wǎng)絡(luò)分配向量 至非競(jìng)爭(zhēng)期的最大值。在非競(jìng)爭(zhēng)期，站點(diǎn)被允許發(fā)送的唯一機(jī)會(huì)是回答點(diǎn)協(xié)調(diào)器的輪 詢或在接收到一 mac 協(xié)議數(shù)據(jù)單元之后的 sifs 時(shí)間回送 ack。一般在非競(jìng)爭(zhēng)期 開(kāi)始時(shí)，點(diǎn)協(xié)調(diào)器偵聽(tīng)

48、媒體。如果媒體在 pifs 時(shí)間內(nèi)保持空閑，點(diǎn)協(xié)調(diào)器即發(fā)送一 標(biāo)志幀來(lái)初始化非競(jìng)爭(zhēng)期。 在標(biāo)志幀發(fā)送之后的 sifs 時(shí)間點(diǎn)協(xié)調(diào)器開(kāi)始無(wú)競(jìng)爭(zhēng)（cf）傳送，發(fā)送 cf- poll（no data） ， data 或 datacf-poll 幀。點(diǎn)協(xié)調(diào)器可發(fā)送 cf-end 幀來(lái)立即終上 非競(jìng)爭(zhēng)期，這在網(wǎng)絡(luò)負(fù)載輕或點(diǎn)協(xié)調(diào)器元業(yè)務(wù)在緩存器中待發(fā)送時(shí)很普遍 。 如果某 cf-aware 站從點(diǎn)協(xié) 調(diào)器接收到 cf-poll（data）幀，該站可在 sifs 空閑期之后通過(guò)發(fā) 送 cf-ack（nodata）或 data cf-ack 幀對(duì)點(diǎn)協(xié)調(diào)器予以響應(yīng)。如果點(diǎn)協(xié)調(diào)器接 收到某站的 data cf-a

49、ck 幀，點(diǎn)協(xié)調(diào)器可發(fā)送 daiacf，ackcf-poll 幀至另 一站，其中該幀的 cf-ack 部分用于對(duì)前一數(shù)據(jù)幀確認(rèn)。在點(diǎn)協(xié)調(diào)器和站點(diǎn)之間將輪 詢和確認(rèn) 幀結(jié)合起來(lái)傳送是為了提高效率。如果點(diǎn)協(xié)調(diào)器發(fā)送 cf-poll（no data）幀 而目的站無(wú)數(shù)據(jù)幀要發(fā)送，則目的站向點(diǎn)協(xié)調(diào)器回送無(wú)任務(wù)（null function）幀。站點(diǎn) 到點(diǎn)協(xié)調(diào)器的幀傳送與此類似。如果點(diǎn)協(xié)調(diào)器未接收到已發(fā)送的數(shù)據(jù)幀的 ack 信號(hào)， 則等待一 pifs 時(shí)間，然后繼續(xù)對(duì)輪詢表中的下一站發(fā)送 某站收到來(lái)自點(diǎn)協(xié)調(diào)器的輪詢信號(hào)時(shí)，可發(fā)送一幀至基本業(yè)務(wù)群內(nèi)的其它站。當(dāng)目 的站接收到該幀時(shí)，將 dcf ack 回送到源

50、站。點(diǎn)協(xié)調(diào)器在 ack 幀之后等待 pifs 時(shí)間，然后發(fā)送任何其它幀。點(diǎn)協(xié)調(diào)器也可發(fā)送一幀至某非 cf-aware 站。一旦幀成 功接收，站點(diǎn)將等待 sifs 時(shí)間，對(duì)點(diǎn)協(xié)調(diào)器應(yīng)答 ack 幀。 第 4 章ieee 802.11dcf 訪問(wèn)機(jī)制改進(jìn) 音頻和視頻的實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)流在網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)流中的比例越來(lái)越重，實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)流要 求網(wǎng)絡(luò)傳輸媒體能夠保證多媒體業(yè)務(wù) qos。而 802.11 分布式協(xié)調(diào)功能(dcf)僅支持非 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。因此必須對(duì) 802.11 的 dcf 進(jìn)行改進(jìn)。目前有三種改進(jìn)方案。 4.1 ieee 802.11dcf 訪問(wèn)機(jī)制改進(jìn)方法 4.1.1 edcf 802.11 e 工

51、作組正在制訂一個(gè) 802.11 標(biāo)準(zhǔn)的補(bǔ)充協(xié)議802.11e，802.11e 的目 標(biāo)是加強(qiáng) 802.11 媒體訪問(wèn)，提供區(qū)分服務(wù)。整個(gè)協(xié)議目前還是一個(gè)草案。但是一個(gè)新 媒體訪問(wèn)機(jī)制 edcf(enhanced dcf)以經(jīng)被制訂出來(lái)。 為了增強(qiáng)區(qū)分服務(wù)能力，edcf 提供了種媒體接入類型，不同的類型有不同的 競(jìng)爭(zhēng)窗口和幀間隙。較高的優(yōu)先級(jí)的站點(diǎn)有較小的競(jìng)爭(zhēng)窗口和幀間隙，這樣一來(lái)就可 以優(yōu)先接入媒體。它的出現(xiàn)彌補(bǔ)了 dcf 不區(qū)分接入類型的缺點(diǎn)，為實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)提供了較 高的優(yōu)先來(lái)保證它傳輸。但 edcf 犧牲了低優(yōu)先級(jí)站點(diǎn)的傳輸。 4.1.2 dfs（distributed fair schedu

52、ling） 針對(duì)edcf的缺點(diǎn)，又提出了dfs（distributed fair scheduling） ，dfs的主要目標(biāo) 就是通過(guò)修改競(jìng)爭(zhēng)窗口大小變化的方式來(lái)保證各種類型的站點(diǎn)都能公平訪問(wèn)媒體介質(zhì)。 對(duì)dfs的研究也是本文的研究重點(diǎn)，下面將對(duì)它進(jìn)行詳細(xì)的介紹。 4.1.3 blackburst 為了改善實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)流在無(wú)線局域網(wǎng)的傳輸，貝爾實(shí)驗(yàn)室的sobrinho and krishnakumar 教授提出了一人新方案lackburst, lackburst主要是減少實(shí)時(shí)業(yè) 務(wù)流的傳輸時(shí)延。當(dāng)一個(gè)站點(diǎn)要發(fā)送時(shí)，先偵聽(tīng)媒體空閑一個(gè)pifs，然后發(fā)送；如果 偵聽(tīng)到信道忙，則也等一個(gè)pifs，進(jìn)入l

53、ackburst競(jìng)爭(zhēng)時(shí)期，主機(jī)用一個(gè)一定時(shí)長(zhǎng)的 能量脈沖bs（black slots）阻塞信道，bs 數(shù)值與主機(jī)等待信道空閑的時(shí)間長(zhǎng)成正比。 lackburst理論上可以保證每一次競(jìng)爭(zhēng)結(jié)果只有唯一勝者，最終達(dá)到近似時(shí)分方式輪 詢式的信道占用。 4.2 研究方向 通過(guò)對(duì)cw 大小的控制可以直接影響節(jié)點(diǎn)對(duì)媒體訪問(wèn)的概率，控制其獲取的帶寬。 本文提出的dfs算法是通過(guò)循環(huán)的方式修改節(jié)點(diǎn)的cw 而實(shí)現(xiàn)帶寬的公平訪問(wèn)的?；?本思路是：讓節(jié)點(diǎn)的競(jìng)爭(zhēng)窗口在一個(gè)動(dòng)態(tài)范圍變化(設(shè)cwcwmin ，cwmax )，每 當(dāng)節(jié)點(diǎn)成功發(fā)送了一定長(zhǎng)的數(shù)據(jù)之后，就按一定規(guī)則使cw增大，由于大的cw 會(huì)使得 隨機(jī)選取的bac

54、kof時(shí)間可能增大，這樣該節(jié)點(diǎn)下一次競(jìng)爭(zhēng)媒介的時(shí)候就會(huì)減少了成功的 概率，從而一定程度上阻止了該節(jié)點(diǎn)不公平的使用帶寬。當(dāng)cw 增大至某一門限值 cw2后，就讓cw 等于cw1(cw1cw2)，再次獲得相對(duì)較高的發(fā)送概率。這樣cw 在一定范圍內(nèi)循環(huán)變化影響對(duì)應(yīng)節(jié)點(diǎn)訪問(wèn)媒介的概率，從而達(dá)到帶寬公平分配的目的。 4.2.1 循環(huán)區(qū)間的選擇和 cw 循環(huán)變化的規(guī)則 802.11協(xié)議中規(guī)定的cw初始值為一固定值：cw0=cw802.11，本文提出的dwrr 算法改變了cw值的取值，讓它在一個(gè)動(dòng)態(tài)區(qū)間循環(huán)變化，這里選取參數(shù)p1和 p2(pl0)，節(jié)點(diǎn)i的競(jìng)爭(zhēng)窗口cwi變化區(qū)間根據(jù)式(1)計(jì)算(式中符號(hào)“”

55、 表示下取整運(yùn) 讓cwicwmin,cwmax,因子pl+p2反應(yīng)了算法中循環(huán)隊(duì)列的強(qiáng)度：如果很大，則 區(qū)間長(zhǎng)度很大，使得cwi在一個(gè)比較大的循環(huán)范圍里變化，這樣就可以獲得比較細(xì)小 的帶寬公平化保證，但是另一方面，如果變化區(qū)間太大，就會(huì)使得單個(gè)節(jié)點(diǎn)的循環(huán)一 次的周期加大，則可能會(huì)使得網(wǎng)絡(luò)總體帶寬利用率下降(本文的仿真對(duì)這個(gè)影響做了討 論和分析)。節(jié)點(diǎn)的cw 的值將在區(qū)間cwmin,cwmax上循環(huán)取值。設(shè)cwi，k表示節(jié) 點(diǎn)i在發(fā)送了第k幀數(shù)據(jù)之后cw 的大小，最簡(jiǎn)單的cw 變化函數(shù)如下： 式(2)中的 是變化步長(zhǎng)，它決定cw 的循環(huán)周期。 選取的一個(gè)簡(jiǎn)單的計(jì)算方法就 是選定一個(gè)循環(huán)周期，然后

56、再計(jì)算步長(zhǎng)。例如，設(shè)定cw 的循環(huán)周期是t 次，那么可 以令 =int(cwi,maxcwi,min )t) 4.2.2 帶寬分配權(quán)值的實(shí)現(xiàn) 為了實(shí)現(xiàn)對(duì)不同服務(wù)質(zhì)量(qos)的控制，算法給不同節(jié)點(diǎn)賦予不同的訪問(wèn)權(quán)值，利 用權(quán)值來(lái)控制節(jié)點(diǎn)訪問(wèn)媒介時(shí)的帶寬分配的比重。對(duì)式(1)進(jìn)一步修改，獲得了式(3)： 式(3)中的參變量ui是權(quán)值的體現(xiàn)。直觀地看，如果兩個(gè)節(jié)點(diǎn)的 取值分別為1和2，那么 這兩個(gè)節(jié)點(diǎn)cw 的取值區(qū)間將彼此錯(cuò)開(kāi)， 取值為1的節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的cw 變化區(qū)間整體要 小于取值為2的節(jié)點(diǎn)的cw 變化區(qū)間，前者可獲得更高的鏈路訪問(wèn)概率，從而獲得更多 的帶寬。區(qū)間移動(dòng)的力度由參數(shù) 決定，式(3)中設(shè)

57、定 為變化區(qū)間長(zhǎng)度的一半，這樣考 慮可以使得相鄰的權(quán)值產(chǎn)生的變化區(qū)間可以比較好地錯(cuò)開(kāi) 參數(shù) 的選取方法可以進(jìn)一 步研究，以獲得更好的區(qū)間劃分策略，為了使本論文論述的主題明確而集中，本文中 將采用式(3)的計(jì)算方法，對(duì)參數(shù) 的進(jìn)一步深入分析將作為后續(xù)工作繼續(xù)研究。 4.2.3 分組長(zhǎng)度的考慮 注意到式(2)中的循環(huán)算法考慮的只是發(fā)送一幀數(shù)據(jù)后對(duì)cw 進(jìn)行變化，但是沒(méi)有 考慮所發(fā)送的幀的長(zhǎng)度帶來(lái)的影響。如果一個(gè)節(jié)點(diǎn)發(fā)送了大分組，那么一次發(fā)送它所 占用的網(wǎng)絡(luò)帶寬顯然要大于其發(fā)送小分組的情況基于這一點(diǎn)，我們進(jìn)一步對(duì)節(jié)點(diǎn)cw 取值區(qū)間進(jìn)行考慮，對(duì)節(jié)點(diǎn)i的cw 取值區(qū)間進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整，使用cwi，min ，

58、k和 cwi，max ， 來(lái)標(biāo)記發(fā)送了第憊幀數(shù)據(jù)時(shí)候cw 的動(dòng)態(tài)變化區(qū)間的下限和上限，式(4)體 現(xiàn)了這一調(diào)整：對(duì)于k=0，即系統(tǒng)初始化時(shí)，直接由式(3)計(jì)算，對(duì)于k0，則 在式(4)中l(wèi)i,kl是節(jié)點(diǎn)i發(fā)送的第k一1幀數(shù)據(jù)的長(zhǎng)度，f 。是網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)幀平均長(zhǎng)度， scale因子反應(yīng)的是分組長(zhǎng)度的影響力度。如果本次發(fā)送了大于平均幀長(zhǎng)的數(shù)據(jù)幀，那 么下次發(fā)送時(shí)，根據(jù)式(4)計(jì)算出cw 的變化區(qū)間的上限和下限都將增大，從而使得在 此區(qū)間上選取的cw 也變大，于是降低了發(fā)送的概率；如果分組長(zhǎng)度很短，那么由式(4)計(jì) 算得到的相應(yīng)的cw上下限將變小，從而提高了下次發(fā)送的概率。f 。應(yīng)根據(jù)對(duì)無(wú)線局 域網(wǎng)的

59、統(tǒng)計(jì)而選取，例如節(jié)點(diǎn)可以偵聽(tīng)一段時(shí)間內(nèi)網(wǎng)上傳送的數(shù)據(jù)幀的長(zhǎng)度從而動(dòng)態(tài) 計(jì)算這個(gè)值，也可以事先由其他專門的工具對(duì)網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和分析并得出這個(gè)值， scale因子可以設(shè)置為式(3)中的a的數(shù)值。 4.2.4 碰撞 802.11協(xié)議中采用了沖突回避機(jī)制，若鏈路發(fā)生擁塞，則將cw 加倍，然后進(jìn)入下一 次競(jìng)爭(zhēng)過(guò)程。仿真中發(fā)現(xiàn)，802.11的這種指數(shù)增長(zhǎng)的擁塞處理機(jī)制大大影響了本文算法 的性能，特別是當(dāng)沖突較多時(shí)，加倍增加的cw 很快就會(huì)破壞試圖通過(guò)控制cw 的大 小而實(shí)現(xiàn)帶寬分配 的想法。因此，對(duì)發(fā)生碰撞之后cw 的變化規(guī)則做了修正，采用線性遞增的方法，見(jiàn) 式(5)： cw =cw+inc (5)

60、式(5)中的inc是每次遞增的量，是一個(gè)選定的常量。 4.2.5dfs 算法 綜合考慮式(1)(5),本文提出的 dfs 算法如下: 對(duì)于節(jié)點(diǎn) i,發(fā)送第 k 個(gè)數(shù)據(jù)的時(shí)候的如下選取:首先 其變化區(qū)間如下更新: 對(duì)于 k=0,即系統(tǒng)開(kāi)始運(yùn)行的時(shí)候: 對(duì)于 k0,則 而 cwi,k 的選擇是 對(duì)于 k0,則 如果則令 如果發(fā)生碰撞，cwi,k-1 采用線增加 第 5 章 dfs 接入機(jī)制仿真 本章根據(jù) dfs 協(xié)議設(shè)計(jì)仿真程序并介紹仿真的環(huán)境，對(duì)仿真程序進(jìn)行系統(tǒng)，對(duì)主 要功能模塊給出實(shí)現(xiàn)代碼。 5.1 仿真拓?fù)渑c仿真參數(shù) 站點(diǎn)發(fā)送三種業(yè)務(wù)流：音頻，視頻，數(shù)據(jù)。每個(gè)站點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)到 ap。 由于物理