【精品】徐森枝_論文(畢業(yè)設(shè)計(jì))

1、1. 緒論11.1課題背景11.2研究目的和意義21.3論文的結(jié)構(gòu)安排22. 基于ns2的ieee802.12edca協(xié)議扌既述32. 1無線局域網(wǎng) wlan 32. 2服務(wù)質(zhì)量qos 42.3 ieee802.11 協(xié)議52. 4.無線局域網(wǎng) ieee802.11cedca 62. 4. 1 ieee8021 中的dcf 與pcf 62.4.2 ieee802.11e 屮的 edca 73. ieee802.11eedca 仿真與分析 83. 1仿真軟件ns2 83. 2 ieee 802.1 le 對 qos 的支持 93. 3仿真與分析103. 3. 1實(shí)驗(yàn)仿真123. 3.2數(shù)據(jù)分析1

2、64 一種基于edca機(jī)制的自適應(yīng)分層映射算法184. 1 ieee802.il在視頻業(yè)務(wù)小對qos支持的局限性 184.2白適應(yīng)分層映射算法：a-edca 194. 3仿真驗(yàn)證214. 3. 1新算法仿真244. 3.1數(shù)據(jù)分析265結(jié)論28致謝29參考文獻(xiàn)301.緒論1.1課題背景1946年，美國賓夕法尼亞大學(xué)研制成功了世界上第一臺真正意義上的計(jì)算機(jī)enia c （electronic numerical integrator and computer,電子數(shù)字積分計(jì)算機(jī)）。自此以后， 計(jì)算機(jī)產(chǎn)業(yè)迅速發(fā)展，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)也由此應(yīng)運(yùn)而生。特別是計(jì)算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)的結(jié) 合，使遠(yuǎn)程通信、遠(yuǎn)程信息處

3、理和資源共享等成為可能。1971年，夏威夷大學(xué)的研究員 創(chuàng)造了第一個基于封包式技術(shù)的無線電通訊網(wǎng)絡(luò)即alohnet網(wǎng)絡(luò)。由此將計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò) 帶入了無線網(wǎng)絡(luò)的時代。和現(xiàn)代的很多高科技最先都是在軍事上實(shí)現(xiàn)的一樣，無線網(wǎng)絡(luò) 對世界的重大變革最早可追溯至第二次世界大戰(zhàn)時期。當(dāng)時，由于無線網(wǎng)絡(luò)的應(yīng) 用，軍事訊息的傳輸能夠輕易、有效地越洋及越過敵軍戰(zhàn)線。此后，無線網(wǎng)絡(luò)技 術(shù)持續(xù)發(fā)展，地位也越來越重要。近年來，隨著無線通信技術(shù)迅速發(fā)展。wlan （wireless local area network,無線 局域網(wǎng)）作為一種寬帶無線網(wǎng)絡(luò)，也開始在很多場合下扮演著越來越重要的角色。1990 年，ieee工作組正

4、式啟用了 802.11項(xiàng)目，無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)逐漸走向成熟。隨著無線局域 網(wǎng)的快速發(fā)展，用戶對于qos （quality of service,服務(wù)質(zhì)量）的需求也與h俱增。業(yè) 務(wù)的多樣化對無線網(wǎng)絡(luò)提出了不同的要求，這就需要無線網(wǎng)絡(luò)為各種不同的用戶業(yè)務(wù)提 供不同的qos保證。所謂qos指的是數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)屮傳輸時所要滿足的一系列的服務(wù)要 求。但是無線網(wǎng)絡(luò)由于其具有連接實(shí)時變化、帶寬資源有限、節(jié)點(diǎn)具有移動性、高謀碼 率等這些因索。再加上原來的ieee8021中的dcf （distributed coordination function, 分布式協(xié)調(diào)功能）協(xié)議存在著一定的qos限制，導(dǎo)致無線網(wǎng)絡(luò)的qos很難

5、得到保證?，F(xiàn)在的無線網(wǎng)絡(luò)屮，齊種新的業(yè)務(wù)相繼出現(xiàn)，特別是音頻和視頻等多媒體實(shí)時業(yè)務(wù) 的涌現(xiàn)。而這些業(yè)務(wù)在吞吐率、帶寬、延時等方面乂有著很高的要求。為了滿足多媒體 實(shí)時業(yè)務(wù)在無線局域網(wǎng)上的應(yīng)用，如何確保wlan的qos便開始被提上日程。于是ieee 工作組又于2004年開始推岀802.lie協(xié)議。ieee802.11e標(biāo)準(zhǔn)小提出了兩種 mac （medium access control,媒質(zhì)訪問控制）機(jī)制，分別為：edca （enhanced distributed channel access,增強(qiáng)型分布式信道訪問）機(jī)制和 hcca （hybrid coordination function

6、 controlled channel access,混合協(xié)調(diào)功能控制信道訪問）機(jī)制。其中，edca作為分布 式的接入方式，向下兼容dcf （distributed coordination function,分布式協(xié)調(diào)功能）， 應(yīng)用更為廣泛。1.2研究目的和意義本論文是基于ns2下的802.lie edca協(xié)議的研究，其目的在于證明ieee工作組 提出的ieee802.11e edca協(xié)議的確可以提高無線網(wǎng)絡(luò)傳輸中的qos,證明過程在仿真 軟件ns2上進(jìn)行運(yùn)行。然后在此基礎(chǔ)上提出一種新的基于ieee802.11e edca的自適應(yīng) 算法，對新算法也在仿真軟件ns2 ±進(jìn)行驗(yàn)證，證明

7、新的算法比原來的edca機(jī)制能 更好的提高多媒體業(yè)務(wù)傳輸?shù)膓osoieee 802.11協(xié)議描述了用于無線局域網(wǎng)(wlan)的物理層和mac層協(xié)議，它提 供的基丁 csma/ca (carrier sense multiple access with collision avoidance,多重存取/碰撞 避免)的分布式協(xié)調(diào)功能機(jī)制，由于其分布式的特點(diǎn)而得到設(shè)備制造廠商的廣泛支持。 但dcf的不足z處在于它不能提供qos區(qū)分，所以dcf仍然不能滿足人們對實(shí)時業(yè) 務(wù)的要求。丁是ieee 802.lie的edca機(jī)制的引進(jìn)對無線網(wǎng)絡(luò)便有著十分重要的意義。 雖然ieee 802.lie edca為d

8、cf提供了 qos增強(qiáng)，但是也有不足之處。在多媒體業(yè)務(wù) 特別是視頻業(yè)務(wù)的傳輸屮，edca的協(xié)議參數(shù)不能隨負(fù)載情況自適應(yīng)地調(diào)整，且在傳輸 時不能對視頻格式的各幀進(jìn)行區(qū)分，這就使得系統(tǒng)性能無法實(shí)現(xiàn)最優(yōu)。所以在現(xiàn)有的 ieee802.11e edca機(jī)制的基礎(chǔ)上提出實(shí)現(xiàn)減少視頻傳輸延遲時間的自適應(yīng)算法是本文 研究的主要口標(biāo)。1.3論文的結(jié)構(gòu)安排本論文的內(nèi)容分為五部分：第一章為緒論部分，改部分說明研究的背景、目的及意義。第二章介紹ieee802.11eedca機(jī)制，包括服務(wù)質(zhì)量qos、無線局域網(wǎng)wlan、以 及 ieee802.11 與 ieee802.11eo第三章介紹ieee802.11e edc

9、a的mac層機(jī)構(gòu)和信道接入以及對ieee802.11e模 型進(jìn)行分析。通過與ieee802.il dcf相比較得岀ieee802.11e edca確實(shí)可以捉高無 線網(wǎng)絡(luò)屮視頻傳輸?shù)膓os,以此來證明ieee802jleedca確實(shí)可以提高無線網(wǎng)絡(luò)傳輸 的qos。證明過程在仿真軟件ns2上進(jìn)行。第四章在原冇的基礎(chǔ)上捉出一種新的基于edca i辦議的新算法，由于ieee802.11e edca的參數(shù)不能白適應(yīng)調(diào)整，所以本文針對此問題提出了一種新的自適應(yīng)分層映射算 法(a-edca),并在ns2上檢驗(yàn)其可行性。第五章為結(jié)論及展望2. 基于ns2的ieee802. 11e edca協(xié)議概述2. 1無線

10、局域網(wǎng)wlan無線通信的思想在很久以前就被提出來了。早在1901年的時候，意大利物理學(xué)家 guglielmo marconi演示了從輪船向海岸發(fā)送無線電報(bào)的實(shí)驗(yàn)，在實(shí)驗(yàn)屮他使用了莫爾斯 編碼?，F(xiàn)代的數(shù)字無線系統(tǒng)相比以前來說其性能更好了，但是基本的思想并沒冇變化。 無線局域網(wǎng)是20世紀(jì)90年代計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與移動通信技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，它滿足了 人們對于寬帶無線接入網(wǎng)絡(luò)的迫切要求?，F(xiàn)在的wlan （wireless local-area network, 無線局威網(wǎng)）是指工作于2.5ghz或5ghz頻段，以無線方式構(gòu)成的局域網(wǎng)。與此同時， wlan所承載的業(yè)務(wù)也在不斷地豐富。wlan利用無線多址信

11、道的一種有效方法來支 持計(jì)算機(jī)之間的通信，并為通信的可移動化、個性化和多媒體應(yīng)用提供了可能。幾乎是在筆記本計(jì)算機(jī)剛出來的時候，許多人就們想著一邊在辦公室里走動，一邊 還可以讓他們的筆記本連接到internet ±o因此，有許多研究組很早就開始為這個口標(biāo) 而努力了。最為實(shí)際的一條途徑是，在辦公室和筆記本計(jì)算機(jī)上安裝上短距離的無線發(fā) 射器和接收器，從而允許它們之間進(jìn)行通信。這項(xiàng)工作很快就導(dǎo)致了 wlan的誕生， 并且有一些公司還將產(chǎn)品推廣到了市場上。目前，無線局域網(wǎng)根據(jù)其控制方式可以分為兩類：有屮心站點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)和無基礎(chǔ)設(shè)施 的網(wǎng)絡(luò)。wlan基本上可由通信設(shè)備、用戶終端和支持單元三個部分組成

12、。具體來說它 們是站、無線接入點(diǎn)、基本服務(wù)集、分布式對等網(wǎng)絡(luò)、基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)集小式網(wǎng)絡(luò)、分布式系 統(tǒng)和擴(kuò)展業(yè)務(wù)組。大致上，無線網(wǎng)絡(luò)乂可以分為系統(tǒng)互連、無線lan、無線wan三大 類。wlan是利用空屮的電磁波來發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，無需其它的線纜傳輸介質(zhì)。相比起 傳統(tǒng)的有線局域網(wǎng)而言，wlan具有高靈活性、建網(wǎng)容易、易于擴(kuò)展等優(yōu)勢。但盡管如 此，wlan還是存在不足。它存在著如性能不夠穩(wěn)定、帶寬與系統(tǒng)容量冇限、成本較高 等齊種問題。所以現(xiàn)在wlan述不是非常成熟，用戶的需求述不能完全的到滿足，受 到技術(shù)和各方面因索的限制，目前wlan比有線網(wǎng)絡(luò)成本要高出許多，因而目前它只 而向冇特定需求的用戶。但毋庸置疑

13、，無線網(wǎng)是現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的趨勢。因此，如何優(yōu)化 并解決無線局域網(wǎng)的這些缺陷，提高無線網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)質(zhì)量將是今后我們應(yīng)該重點(diǎn)關(guān)注的 問題。而本文所研究的ieee 802.1 le edca協(xié)議就是針對如何提高無線局域網(wǎng)的qos （quality of service,服務(wù)質(zhì)量）這一問題而提出的。2. 2服務(wù)質(zhì)量qosqos （quality of service,服務(wù)質(zhì)量）是指服務(wù)性能的聚集效應(yīng)，即多方面因素的綜 合反映。qos是無線局域網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)之一，是用來解決網(wǎng)絡(luò)延遲和擁塞等一系列問題 的一種技術(shù)，它反映了用戶對服務(wù)性能的要求。qos涉及到應(yīng)用程序、用戶終端、網(wǎng)絡(luò)、服務(wù)器齊部分。對關(guān)鍵應(yīng)用特別是

14、多媒體 應(yīng)用，qos保證十分重要要。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)過載或擁塞時，系統(tǒng)在保證網(wǎng)絡(luò)的高效運(yùn)行的 同時，述要確保重要業(yè)務(wù)的qos耍求。因此qos決定了用戶對特定服務(wù)的滿意程度， 同時也在很大程度上反映了網(wǎng)絡(luò)性能的優(yōu)劣。也就是說，qos是對通信網(wǎng)絡(luò)承載通信業(yè) 務(wù)時的業(yè)務(wù)性能的集中體現(xiàn)。從嚴(yán)格意義上說，qos指的是能夠滿足同步業(yè)務(wù)的傳輸所 需要的帶寬，保證在維持特定的連接質(zhì)量、延時、抖動參數(shù)的情況下，能夠達(dá)到的所需 帶寬的能力。一般來說，qos需求是人們對聲咅、咅頻、視頻等實(shí)時業(yè)務(wù)的感性認(rèn)識。 qos通常是一種端到端概念，網(wǎng)絡(luò)中出現(xiàn)的任何瓶頸都會影響服務(wù)質(zhì)量。qos可以用四個基本參數(shù)來描述，即：可靠性、延時

15、、抖動和帶寬。這四個特征合 起來決定了一個流所要求的服務(wù)質(zhì)量。（1）w靠性：它主要衡量傳輸介質(zhì)的質(zhì)量及網(wǎng)絡(luò)正確轉(zhuǎn)發(fā)用戶數(shù)據(jù)的能力?？煽?性主要表現(xiàn)在丟包率和課包率兩個方面。（2）延時：指數(shù)據(jù)包在網(wǎng)絡(luò)的兩個節(jié)點(diǎn)z間傳輸?shù)钠骄禃r間，網(wǎng)絡(luò)的傳輸延 時是信號源發(fā)送出第一個比特到信號接收端接收到第一個比特之間的時間差。（3）抖動：網(wǎng)絡(luò)傳輸延時的變化稱為網(wǎng)絡(luò)的抖動。無線網(wǎng)絡(luò)屮有些業(yè)務(wù)對抖動非 常墩感，如視頻業(yè)務(wù)。稍許的抖動就會破壞多媒體數(shù)據(jù)的同步，從而會影響到咅頻和視 頻信號的播放質(zhì)量。（4）吞吐量：吞吐量是指網(wǎng)絡(luò)傳送二進(jìn)制的速率，也稱比特率或帶寬。用來衡量 比特率變化的量稱為突發(fā)度。喬葉量的主耍指標(biāo)

16、是可用的帶寬大小，即指網(wǎng)絡(luò)的兩個節(jié) 點(diǎn)之間特定應(yīng)用業(yè)務(wù)流的平均速率，主要衡量用戶從網(wǎng)絡(luò)取得業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的能力。獲得最好的服務(wù)質(zhì)量一直是網(wǎng)絡(luò)工作者的最求。在口前眾多的關(guān)于無線局域網(wǎng)的 qos支持技術(shù)的研究當(dāng)中，支持qos的mac協(xié)議是非常重耍的一個組成部分。mac協(xié) 議是上層各種協(xié)議和機(jī)制所提供的qos能否得到保障的一個關(guān)鍵因素，它處在網(wǎng)絡(luò)協(xié)議 棧的底部，是所有數(shù)據(jù)報(bào)文和控制消息在無線信道上發(fā)送和接收的直接控制者，它能否 高效地使用無線信道是上層齊種協(xié)議是機(jī)制所提供的qos能否得到最終保障的一個關(guān) 鍵因素。2.3 ieee802.il 協(xié)議網(wǎng)絡(luò)協(xié)議即網(wǎng)絡(luò)中傳遞、管理信息的一種規(guī)范。就如如同人與人z間

17、相互交往是需 要遵循一定的規(guī)則一樣，計(jì)算機(jī)之間的相互通信也需要共同遵守一定的規(guī)則，這些規(guī)則 就稱為網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。而為各種無線設(shè)備相互通信而制定的規(guī)則我們則把它稱z為“無線網(wǎng) 絡(luò)協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)”。冃而常用的無線網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)是美國ieee （the institute of electrical and electronics engineers,電機(jī)電子工程師協(xié)會）工作組所制定的ieee802.11標(biāo)準(zhǔn)。ieee 802.11是無線局域網(wǎng)通用的標(biāo)準(zhǔn),它是由ieee所定義的無線網(wǎng)絡(luò)通信的標(biāo)準(zhǔn)。 ieee802協(xié)議是一種物理協(xié)議，其下有多種了協(xié)議。在無線局域網(wǎng)中，存在如下問題：網(wǎng)絡(luò)中各結(jié)點(diǎn)應(yīng)該以怎樣的規(guī)則共享媒體

18、才能保 證滿意的網(wǎng)絡(luò)性能？這種共享媒體的規(guī)則一般被稱為媒體訪問控制協(xié)議（media access control protocol）或簡稱mac協(xié)議。1997年6月，第一個無線局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)ieee 802.11 正式頒布實(shí)施，為無線局域網(wǎng)的物理層和媒體訪問控制層制定了統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，推動了無 線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的快速發(fā)展。wlan相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)有很多，其中以ieee802.il系列應(yīng)用最為廣泛。我們現(xiàn)在所通用 的ieee 802.11協(xié)議是國際電子工程師協(xié)會制定的關(guān)于無線局域網(wǎng)絡(luò)通信的通用標(biāo)準(zhǔn)。 它最早于1997年推出,除此之外,還有802.11c、802.lid. 802.lie等眾多協(xié)議。承襲ieee802系

19、列，ieee802.il規(guī)范了無線局域網(wǎng)絡(luò)的mac （medium access control ,介質(zhì)存取控制）層及phy （physical ,實(shí)體）層。而且由于實(shí)際應(yīng)用中無線傳 輸?shù)姆绞讲煌琲eee802.il在統(tǒng)一的mac層下面規(guī)范了各種不同的實(shí)體層，以適應(yīng)h 前的情況及未來的技術(shù)發(fā)展。所以ieee802.il標(biāo)準(zhǔn)歷經(jīng)近二十年的發(fā)展，它的系列協(xié) 議家族十分龐大。ieee 802.11 mac 的基本存取方式稱為 csma/ca （carrier sense multiple access with collision avoidance） o在eee 802.11中感測載波是由兩種方

20、式來達(dá)成，第一是實(shí)際 去聽是否有電波在傳，及加上優(yōu)先權(quán)的觀念。另一個是虛擬的感測載波，告知大家待會 有多久的時間我們要傳東四，以防止碰撞。為了盡量避免碰撞，eee 802.11的mac層 規(guī)定，所有的站在完成發(fā)送后，必須在等待一段很短的時間（繼續(xù)監(jiān)聽）才能發(fā)送下一幀, 這段時間統(tǒng)稱為幀間間隔ifs （inter frame space）。幀間間隔的長短取決于該站所要發(fā)送 的幀的類型。高優(yōu)先級的幀需要等待的時間較短，因而可以優(yōu)先獲得發(fā)送權(quán)，而低優(yōu)先 級的幀就必須等待較長的時間。若低優(yōu)先級的幀還沒來得及發(fā)送而其它站的高優(yōu)先級的 幀己經(jīng)發(fā)送到媒體，則媒體變成忙態(tài)，因而低優(yōu)先級的幀就只能推遲發(fā)送了。2

21、. 4.無線局域網(wǎng) ieee802.11e edca無線局域網(wǎng)的出現(xiàn)和迅速發(fā)展極大地豐富了互聯(lián)通信技術(shù)，但是傳統(tǒng)的基于ieee 802.11標(biāo)準(zhǔn)的wlan只能提供“盡力而為” (best-effort)的服務(wù)，而對服務(wù)質(zhì)量(qos) 沒有保障，特別是在網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)多樣化的今天，不能很好地支持多媒體實(shí)時業(yè)務(wù)特別是視 頻、語咅等。于是wlan能否進(jìn)一步發(fā)展的關(guān)鍵便是如何提高服務(wù)質(zhì)量(qos),以及支 持多業(yè)務(wù)。正是這些不同業(yè)務(wù)類型的不同需求，使得基于不同類的qos優(yōu)先級機(jī)制有 了存在的必要性。為了支持不同業(yè)務(wù)類型的qos, ieee 802.lie協(xié)議應(yīng)運(yùn)而生。2. 4. 1 ieee802.il 中

22、的 dcf 與 pcfieee802.il是網(wǎng)絡(luò)mac層標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)，普通的ieee802.il無線局域網(wǎng)有兩種通訊 方式:點(diǎn)協(xié)同式(pcf)和分布式協(xié)同式(dcf),它們都基于具有沖突檢測的載波偵聽多路 存取方法(cs-ma/ca) o在ieee802.il屮定義了兩種基本的存取標(biāo)準(zhǔn)dcf和pcf中， 其屮pcf是可選的，而dcf是802. 11設(shè)備必須實(shí)現(xiàn)的基本存取標(biāo)準(zhǔn)。ieee 802. 11 dcf 是 ieee 802. 11 下基于 cs-ma/ca 機(jī)制的盡力而為(best effort) 的基本mac接入機(jī)制。冇兩種工作方式,一種是基本接入方式(basic access mech

23、anism) 即cs-ma/ca；另一種是可選的rts/cts接入方式。二者都基于載波監(jiān)聽多址訪問/碰 撞避免(carrier sense multi. access/collision avoidance, csma/ca)機(jī)制和二進(jìn)制指數(shù)退 避算法。雖然dcf比較容易實(shí)現(xiàn)，但是dcf并不提供任何延時或帶寬的保證，因此難于滿 足部分對延時和帶寬敏感的應(yīng)用的qos要求。于是另一種可選的訪問方法pcf以其支 持用戶終端的而向連接和無競爭的數(shù)據(jù)幀傳送而填補(bǔ)了這一缺陷。點(diǎn)協(xié)同方式pcf只適 用于通過點(diǎn)協(xié)調(diào)器來控制信道接入的情況，該方法能支持有限的qos。在無線局域網(wǎng)屮， pcf只是其可選模式，所以它

24、的輪詢的細(xì)則并沒有在標(biāo)準(zhǔn)屮得到規(guī)定，而使用i占i定循環(huán) 列表的“循環(huán)賽(round robin)"輪詢機(jī)制效率很低，因?yàn)檎军c(diǎn)必須按次序檢查每個終 端有無分組需要發(fā)送，從而帶來很大的帶寬浪費(fèi)，并給那些有分組排隊(duì)的終端增加了不 必要的時延。但是無論是分布式協(xié)同述是點(diǎn)協(xié)同，它們都沒冇對數(shù)據(jù)源和數(shù)據(jù)類型進(jìn)行區(qū)分，各 種數(shù)據(jù)同時競爭接入信道的時候若發(fā)生碰撞，都不能對無線局域網(wǎng)的qos進(jìn)行有效的管 理和提供一定的保證。因此，需要對上述方式進(jìn)行增強(qiáng)以保證無線局域網(wǎng)的qos, ieee 802. lie正是基于此點(diǎn)對ieee 802. 11的mac層進(jìn)行了增強(qiáng)。2.4.2 ieee802.11e 中

25、的 edcaieee 802.11的mac層提供兩種信道接入機(jī)制對所有業(yè)務(wù)都提供“盡力而為”的服 務(wù)，因此不能對業(yè)務(wù)的服務(wù)質(zhì)量提供很好的支持。為此，ieee 802.12應(yīng)運(yùn)而生。ieee 802.lie edca機(jī)制是在ieee 802.11 dcf機(jī)制上的改進(jìn)，也就是引入了新的接入類別 的概念，其基本原理是相似的。ieee802.11e標(biāo)準(zhǔn)定義了 hcf （hybrid coordination function,混合協(xié)調(diào)方式），旨在為mac層提供優(yōu)先級區(qū)分和參數(shù)化的qos。hcf包括 了一種分布式的基于競爭的信道接入機(jī)制，稱為edca （enhanced distributed chan

26、nel access,增強(qiáng)型分布式信道訪問機(jī)制），它擴(kuò)展了 dcf的功能。另外hcf還包括一種集 中式的基于輪詢的信道接入機(jī)制，稱為hcca （hcf controlled channel access,混合控 制信道訪問機(jī)制），它擴(kuò)展了擴(kuò)展了 pcf的功能。對pcf的改良稱為hcf,采用hcca方式，該方法只提供有限的qos。在這種方 式下，時間被分割成為重復(fù)出現(xiàn)的超級幀。無線接入點(diǎn)設(shè)備在幀與幀之間周期性地發(fā)出 信號測試幀，通過該測試幀與網(wǎng)絡(luò)屮的其它無線設(shè)備就網(wǎng)絡(luò)識別、網(wǎng)絡(luò)管理參數(shù)等進(jìn)行 信息的交互。同pcf 一樣，hcca是一種輪詢協(xié)議。但是由于hcca實(shí)現(xiàn)機(jī)制比較復(fù) 雜，而且犧牲了無線網(wǎng)

27、絡(luò)分布式控制的優(yōu)點(diǎn)，也無法應(yīng)用在adhoc網(wǎng)絡(luò)中，其實(shí)際應(yīng) 用的比較少。因此，一般而言，網(wǎng)絡(luò)研究的重點(diǎn)放在edca接入機(jī)制上。對dcf的修訂標(biāo)準(zhǔn)稱為edcf,采用edca方式oedca是hcca的基礎(chǔ)，在edca 和hcca混合的情況下，系統(tǒng)優(yōu)先選擇hcca方式進(jìn)行信道接入。在ieee802.11e中， edca （增強(qiáng)型分布式信道訪問機(jī)制）是對dcf的擴(kuò)展，它提供了有差別的服務(wù)，能夠 有效的保證高優(yōu)先級業(yè)務(wù)的qos,適用于系統(tǒng)中齊業(yè)務(wù)的競爭時段中基于競爭的信道接 入。傳統(tǒng)的基于802.11標(biāo)準(zhǔn)的wlan只能提供be （best effort,盡力而為數(shù)據(jù)）服務(wù), 對qos沒有保障。ieee8

28、02.11e的edca是為實(shí)現(xiàn)更好服務(wù)質(zhì)量而提出的基于優(yōu)先級的 信道接入機(jī)制，edca在傳統(tǒng)802.11的基砒上增加了 qos參數(shù)，也稱edca參數(shù)。它 定義了四種 ac （access category,接入級別）即：vo （voice,語音）、vi （video, 視頻）、be （best effort,盡力而為）和 bk （back ground,背景流），使用 8 利1 up （user priority,用戶優(yōu)先級）來接入無線媒體，為不同的業(yè)務(wù)類型提供不同的業(yè)務(wù)等級，使得 那些實(shí)時業(yè)務(wù)有較高的優(yōu)先級優(yōu)先接入信道。edca在傳統(tǒng)802.11的基礎(chǔ)上增加了 qos參數(shù)，也稱edca參數(shù)。

29、如何設(shè)置edca 參數(shù)是實(shí)現(xiàn)qos保證的關(guān)鍵，由于802.lie中僅提供了一組參考值而并沒有定義edca 參數(shù)的調(diào)整原則，因此，對于edca參數(shù)的研究非常有意義。3. ieee802. 11e edca 仿真與分析3.1仿真軟件ns2計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)是一個相當(dāng)復(fù)雜的系統(tǒng)，在現(xiàn)實(shí)屮組建好無線網(wǎng)絡(luò)去驗(yàn)證每一個網(wǎng)絡(luò)機(jī) 制是一件很繁雜且代價(jià)昂貴的事情，而包含了各種通信協(xié)議和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)仿真軟件 則使得無線網(wǎng)絡(luò)的研究變得相對簡單。它使很多研究人員能夠在碩件條件不具備的情況 下研究大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)，因此，網(wǎng)絡(luò)仿真是網(wǎng)絡(luò)通信研究屮一種非常重要的方法。網(wǎng)絡(luò)通信的研究一般分為理論研究、網(wǎng)絡(luò)仿真、實(shí)驗(yàn)網(wǎng)三個階段，而由于客觀

30、條件 限制，現(xiàn)在的網(wǎng)絡(luò)仿真一般都采用仿真軟件進(jìn)行模擬。目前主流的仿真軟件有opent、 matlab、ns2、spd 等。ns2 (network simulator version 2)是一種針對網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的源代碼公開的、免費(fèi)的 軟件模擬平臺。它是一個可擴(kuò)展的、易配置的、可編程的離散事件驅(qū)動的模擬器，英網(wǎng) 絡(luò)模型庫包括拓?fù)淠Ｐ?、流量模型和協(xié)議模型等。它是面向?qū)﹀璧?，離散事件驅(qū)動的網(wǎng) 絡(luò)環(huán)境模擬器，主要用于解決網(wǎng)絡(luò)研究方面的問題。ns2本身有一個虛擬時鐘，所有的仿真都由離散事件驅(qū)動的。其核心是一個離散事 件模擬引擎，它的調(diào)度器負(fù)責(zé)記錄當(dāng)前的時間，調(diào)度網(wǎng)絡(luò)小的事件隊(duì)列小的事件，并提 供函數(shù)產(chǎn)生新事

31、件，指定該事件發(fā)生的時間。ns2定義了相關(guān)的模塊用于記錄模擬的結(jié) 果，可以指定文件名對模擬過程及相關(guān)參數(shù)進(jìn)行跟蹤。它捉供了 xgraph用來以圖形的 方式顯示模擬結(jié)果，nam (network animator)用來動態(tài)展示模擬場景的動畫效果。ns2 將各種網(wǎng)絡(luò)設(shè)備抽象為節(jié)點(diǎn)，因此不能對具體設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)處理能力進(jìn)行模擬。當(dāng)仿真腳 本運(yùn)行結(jié)束后，系統(tǒng)會將運(yùn)行過程屮的所有事件記錄在腳本中指定的mee文件屮。gee 文件根據(jù)腳本的耍求按照事件發(fā)生的時間順序逐條詳細(xì)記錄了整個仿真模擬過程的全 部細(xì)節(jié)信息，是分析仿真過程的重要文件。ns2采用兩級體系結(jié)構(gòu)，為了提高代碼的執(zhí)行效率，ns2將數(shù)據(jù)操作與控制部分

32、的 實(shí)現(xiàn)相分離，事件調(diào)度器和大部分基本的網(wǎng)絡(luò)組件對象后臺使用c+實(shí)現(xiàn)和編譯，稱為 編譯層，主要功能是實(shí)現(xiàn)對數(shù)據(jù)包的處理。.ns2的前端是一個otcl解釋器，稱為解釋 層，主要功能是對模擬環(huán)境的配置、建立。從用戶角度看，ns2是一個具冇仿真事件驅(qū) 動、網(wǎng)絡(luò)構(gòu)件對象庫和網(wǎng)絡(luò)配置模塊庫的otcl腳本解釋器。ns2屮編譯類對彖通過otcl 連接建立了與之對應(yīng)的解釋類對象，這樣用戶間能夠方便地對c+對象的函數(shù)進(jìn)行修改 與配置，充分體現(xiàn)了仿真器的一致性和靈活性。3. 2 ieee 802.lie 對 qos 的支持ieee 802.lie沒有修改ieee 802.11標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)計(jì)框架，而是沿用其網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和節(jié)

33、點(diǎn) 結(jié)構(gòu)，只對必要的部分進(jìn)行相應(yīng)的升級，在原有的基礎(chǔ)上增強(qiáng)qos支持，盡可能保證符 合ieee 802.lie標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)備和符合ieee 802.11標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)備在同時工作時兼容。ieee802.11e中，四種接入等級區(qū)分了業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的四種優(yōu)先級別，每一種優(yōu)先級別 擁有自c的退避實(shí)體，按照系統(tǒng)參數(shù)獨(dú)立的改變各自退避時的競爭窗口值。當(dāng)在某個時 隙屮優(yōu)先級別不同的數(shù)據(jù)同時準(zhǔn)備發(fā)送時，系統(tǒng)會優(yōu)先發(fā)送高優(yōu)先級別的數(shù)據(jù)，低優(yōu)先 級別的數(shù)據(jù)就會按照發(fā)生碰撞時的情況執(zhí)行。在相同條件下，ieee802le始終優(yōu)先保 證高優(yōu)先級別的業(yè)務(wù)的傳輸。在ieee 802.11eedca中，對于聲音、圖像、best effor

34、t、 background都有其對應(yīng)的隊(duì)列，不同的參數(shù)設(shè)置如表3所示，acaifscwmincwmaxtxop0 (back ground)731102301 (best effort)331102302(video)215310.0063 (audio)27150.003表3.1不同ac的edca參數(shù)不同的對應(yīng)隊(duì)列可以讓這些隊(duì)列在競爭信道吋的優(yōu)先權(quán)有差異性。各隊(duì)列的傳送優(yōu) 先級分別為聲音 > 圖像> best effort > background。在802. 11協(xié)議中如果一個分組沒有 得到傳輸機(jī)會，它不會在mac層上被丟棄而是讓它繼續(xù)參與到下一次的競爭中。這種 機(jī)制的好

35、處是可以保證業(yè)務(wù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性。在實(shí)時業(yè)務(wù)較少的情況下，改善了各分組的 傳輸環(huán)境，達(dá)到了保障qos h的。ieee802.11e協(xié)議主要在于提供更佳的服務(wù)質(zhì)量(qos),主要原因在于過去802.11 對于數(shù)據(jù)的重要性一視同仁，所有各式各樣的數(shù)據(jù)都會被放到同一個隊(duì)列里等待傳送， 因此往往冇些實(shí)時性的數(shù)據(jù)無法立即被服務(wù)，而非實(shí)時性的數(shù)據(jù)卻占用信道的時間，故 在802.lie中定義了 8個ac (access category,隊(duì)列)，每個隊(duì)列其傳送的優(yōu)先權(quán)不同。 對于各式的數(shù)據(jù)，分別進(jìn)入到其對應(yīng)的隊(duì)列里，目前的研究或商品以4個隊(duì)列最為常見, 如圖3.2所示。msdu映射到 訪問分類訪問分類 伎輸隊(duì)列

36、edca參數(shù)圖3.2 edca業(yè)務(wù)隊(duì)列ieee 802.lie edca屮當(dāng)信道閑置時，各隊(duì)列等待的時間由各隊(duì)列的aifs決定， 而如果需耍額外等待back off的時間，因?yàn)檩^高傳送優(yōu)先權(quán)的隊(duì)列其競爭窗口較小，故 隨機(jī)產(chǎn)生的back off值也較小，即擁有較大的概率競爭到通道的使用權(quán)。此外，ieee 802.1 le edca機(jī)制述引入了一個很重要的概念txop(transmission opportunity,發(fā)送機(jī)會)。所謂發(fā)送機(jī)會qsta(qos sta)是指競爭上信道后可以在txop 限制時間內(nèi)一直使用信道。一旦qsta競爭上信道并成功發(fā)送一幀后，如果仍然有數(shù)據(jù) 幀要發(fā)送，則該qst

37、a將在txop限制時間內(nèi)獲得txop的延續(xù)得到連續(xù)發(fā)送的機(jī)會, 即該qsta只需等待sifs就可以發(fā)送接下來的一個數(shù)據(jù)幀。當(dāng)達(dá)到txop時間限制值 或者沒有數(shù)據(jù)幀要發(fā)送時，txop結(jié)束，開始新的競爭。txop對于qos服務(wù)至關(guān)重要。3.3仿真與分析由于當(dāng)前廣泛應(yīng)用的接入方式仍為傳統(tǒng)的dcf,因而將edca同傳統(tǒng)的dcf方式進(jìn)行性能比較是一種證明edca對qos保障的可行方案。木文將采用網(wǎng)絡(luò)仿真軟件ns2 分別對dcf和edca進(jìn)行仿真，在仿真過程中，可以固定網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浜途W(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)需求， edca用到的參數(shù)取802.11e中提供的參考值，從而量化比較二者在相同的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境屮的 網(wǎng)絡(luò)性能如吞吐量、時延、

38、丟包率等。進(jìn)而證明ieee工作組提出的ieee 802. lie能提 供qos支持，并提升wlan性能。本實(shí)驗(yàn)仿真在ns2平臺下進(jìn)行，比較在dcf和edca下影片傳輸?shù)姆?wù)質(zhì)量。實(shí) 驗(yàn)是一個無線網(wǎng)絡(luò)，當(dāng)中有3個無線網(wǎng)絡(luò)結(jié)點(diǎn)n0、nl、n2o n0會傳送影片數(shù)據(jù)給nl, nl會送一個ftp流給n2, n2會傳送一個exponentialtraffic給n0。在802le環(huán)境下， 影片會被設(shè)置成video（prio_會被設(shè)為1）, ftp流會被設(shè)為best effort（prio_會被設(shè)為2）, exponential traffic 會被設(shè)為 background（prio_會被設(shè)為 3）。如圖

39、 3.3 所示：n0nlvideo、exponential traffic在ns2中的tel腳本中設(shè)置網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行時間為50s,采用的edca參數(shù)為ieee 802. lie 標(biāo)準(zhǔn)屮給的建議值。建議值為表3.4所示。分別采用mac/802.11模塊和mac/802.11e模 塊進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)仿真。對于仿真得出的trace文件,得出psnr值，利用gawk腳木提取出 時延與時間的關(guān)系，通過比較dcf和edca在視頻傳輸時的psnr值和平均延遲時間。 以此來證明的ieee 802. lie確實(shí)可以有效提高qos。類型幀長幀間隔數(shù)據(jù)發(fā)送速率video2048 b2 ms8192 kbpsftp1500 b20

40、 ms600 kbpsexponential traffic1500b80 ms1024 kbps表3.4仿真數(shù)據(jù)流參數(shù)3.3. 1實(shí)驗(yàn)仿真ieee802.il dcf機(jī)制卜視頻業(yè)務(wù)的傳輸(1)執(zhí)行 802.11 dcf圖 3.5 執(zhí).行 802.11dcf（2）計(jì)算在dcf機(jī)制下，視頻傳輸?shù)钠骄鵳snr值。圖3.6 dcf機(jī)制f,視頻傳輸?shù)膒snr值由圖3.6可以得知，仿真過程中在dcf機(jī)制下，視頻傳輸?shù)钠骄鵳snr值為:33.991658。(3)計(jì)算在dcf機(jī)制下視頻傳輸?shù)淖畲笱舆t時間和平均延遲時間。在dcf機(jī)制f,視頻傳輸?shù)钠骄舆t時間為:0.881965o最大延遲時間為:1.25706

41、9圖3.7 dcf機(jī)制下，視頻傳輸?shù)难舆t時間(4)這個過程會得到一個名為udelay_foreman_qcife.txtv的文檔。這就是實(shí)驗(yàn)所 得到的延遲數(shù)據(jù)，其中文檔中的第一列為封包序號，第三列為封包延遲時間。輸入“awk 4print $1, $3' delay_foreman_qcife.txt > dfc_delay"將數(shù)據(jù)打印到 dfc_delay 文件中。并 用gnuplot進(jìn)行繪圖并保存為gif格式的圖片，輸出的gif圖片效果為圖3.8所示：o羽)巻4忽至100300350150200250packet sequence"def_delay&qu

42、ot; .21400ieee802.11e edca機(jī)制下視頻業(yè)務(wù)的傳輸:叵巴(1) 執(zhí)行 802.11 edca/ns-allinone-2. 28/ns-2. 28/>ac/comparehmallko6smallko-hpds $ cd nsallinone2.28/ns-2.28/nac/conparesmallko(?smallko-hpds /ns-allinone-2 28/ns 2.28/nac/conpareb ns lab24.tel 1nun_nodes is set 3initialize the list xlisthead18.371000000000002s

43、taftt： 20006789999999999 secendt： 20.371679 secchannel.cc:sendup 一 calc highestantermaz_ and distcst_ highestantennaz_ = 1.5, distcst = 550.0 sorting lists done?400 recordssmallkopsnallko-hpds /ns-allinone 28/ns-2 28/nac/conpare5 ./etnp4 sd rd forenan_qcif.st forenan_qcif.mp4 forenan_qcifesma1lkopsm

44、a1lkohpds /ns-allinone-2.28/ns-2.28/nac/compare6 ./ffnpeg.exe -i foremanqcife.mp4 foreman-qcife.yuumpeg uersion cus. build 3342336. copyright <c> 2000-2004 fabrice behardconf iguration： enable-xvid enable-gpl disable-uhook enable-x264 dis able-zlibbuilt on dec 21 2005 19 ：30：53gcc: 3.4.4 ccygn

45、ing special) <gdc 0.12，using d圖 3.9 執(zhí)行 802.lie edca(2) 用7avgpsnr.exe 176 144 420 foreman_qcif.yuv foreman_qcif.yuv 可以得111 psnr 值。在dcf機(jī)制下,視頻傳輸?shù)钠骄鵳snr值為：34.887196。圖3.10 edca機(jī)制下，視頻傳輸?shù)膒snr值（3）計(jì)算在dcf機(jī)制下視頻傳輸?shù)淖畲笱舆t時間和平均延遲時間。在dcf機(jī)制下，視頻傳輸?shù)钠骄舆t時間為：0.081828o最大延遲時間為：0.495100ons-allinone-2. 28/ns-2. 28/aac/co&

46、gt;pare圖3.11 edca機(jī)制下，視頻傳輸?shù)难舆t時間（4）這個過程也會得到一個名為udelay_foreman_qcife.txtv的文檔（這里要覆蓋 原來生成的文檔）。即是實(shí)驗(yàn)所得到的延遲數(shù)據(jù)，其中文檔中的第一列為封包序號，第 三列為封包延遲吋間。輸入 "awk 4print $1, $3' delay_foreman_qcife.txt > edca_delay 將數(shù)據(jù)打卬到edca.delay文件中。并用gnuplot進(jìn)行繪圖并保存為gif格式的圖片：0.50.450.40.350.10100300400o 0.329z00packe

47、t sequence圖3.12 edca機(jī)制下，視頻傳輸?shù)难舆t吋間圖3. 3. 2數(shù)據(jù)分析psnr (peak signalto noise ratio,峰值信噪比)值是一種評價(jià)圖像的客觀標(biāo)準(zhǔn)。一 般是用于最大值信號和背景噪音之間的一個工程項(xiàng)目。通常在經(jīng)過影像壓縮之后，輸出 的影像通常都會有某種程度與原始影像不一樣。為了衡量經(jīng)過處理后的影像品質(zhì)，我們 通常會參考psnr值來認(rèn)定某個處理程序夠不夠令人滿意。psnr也是最普遍，最廣泛 使用的評鑒畫質(zhì)的客觀量測法。通過仿真比較，在edca協(xié)議卜傳輸視頻的psnr值和在dcf協(xié)議卜傳輸視頻的 psnr值如表3.13所示：協(xié)議psnr ftedca34

48、.887196dcf33.991658表3.13 dcf和edca機(jī)制下視頻傳輸?shù)膒snr值通過3.13我們可以很直觀的得知：視頻經(jīng)過edca傳輸?shù)钠涫鲈Ч冉?jīng)dcf 好。延遲指數(shù)據(jù)包在網(wǎng)絡(luò)的兩個節(jié)點(diǎn)z間傳送的平均往返時間，網(wǎng)絡(luò)的傳輸延遲是信源 發(fā)送出第一個比特到接收點(diǎn)接收到第一個比特z間的時間差。通過仿真出來的數(shù)據(jù)可以 得出經(jīng)dcf和經(jīng)edca傳輸?shù)囊曨l的延遲時間。延遲時間為表3. 14所示。平均延遲吋間(average delay)最大延遲吋間(max delay)dcf0. 8819651. 257069edca0.0818280. 495100延遲時間比較0. 8001370. 7

49、61969表3. 14 dcf與edca的延遲時間通過表314可以得知，經(jīng)edca傳輸?shù)囊曨l，英最大延遲時間和平均延遲時間都 比dcf要小。為了形象直觀的比較延遲時間，還可以用gnuplot繪圖同時畫出edca_delay和dcfldelay:l.z0200250300400圖3. 15延遲時間對比圖經(jīng)過實(shí)驗(yàn)仿真的數(shù)據(jù)和圖表得出的結(jié)果，可以形象直觀的比較在edca協(xié)議下和 dcf協(xié)議下視頻傳輸?shù)膫鬏斮|(zhì)量和及時性。通過以上的仿真實(shí)驗(yàn)可以證明，視頻通過 edca傳輸不僅可以得到良好的傳輸質(zhì)量，而冃平均延遲吋間也很小。所以由此可以證 明ieee802.lie edca確實(shí)可以提高實(shí)

50、吋視頻業(yè)務(wù)的的服務(wù)質(zhì)量(qos),從而提升 wlan的性能。4 一種基于edca機(jī)制的自適應(yīng)分層映射算法4. 1 ieee802.il在視頻業(yè)務(wù)中對qos支持的局限性ieee802edca機(jī)制實(shí)現(xiàn)了優(yōu)先級的區(qū)分服務(wù)，且適合分布式網(wǎng)絡(luò)，為市場所 青睞。但是edca機(jī)制也有它的缺點(diǎn)，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)負(fù)載較重時，在多媒體業(yè)務(wù)的傳輸特別是 視頻傳輸屮，站點(diǎn)對信道的競爭會非常激烈，由丁缺乏更進(jìn)一步的服務(wù)質(zhì)量保障機(jī)制， 網(wǎng)絡(luò)的沖突難以避免，其支持qos的效率將會大打折扣。在ieee802.11e屮定義了四種接入級別，它們分別具有不同的傳輸優(yōu)先級。在ac 隊(duì)列屮，優(yōu)先級越高，則其擁冇更大的傳輸機(jī)會。ieee802.1

51、1e edca機(jī)制主耍在傳統(tǒng) 的dcf機(jī)制上提供了區(qū)分服務(wù)，將個優(yōu)先級的業(yè)務(wù)映射到ac隊(duì)列，并為齊ac設(shè)置不 同的edca參數(shù)（cwmin、cwmax、aifsn、txop等），從而使得不同優(yōu)先級的業(yè)務(wù) 流獲得區(qū)分優(yōu)先級得接入信道的機(jī)會。但是，如何設(shè)置最優(yōu)的edca參數(shù)使得不同優(yōu)先 級得業(yè)務(wù)達(dá)到最好的qos是-件非常困難的事情。在一個無線網(wǎng)絡(luò)屮，網(wǎng)絡(luò)負(fù)載總是隨 時變化著，用i占i定的edca參數(shù)來保證qos是兒乎不可能的。而且有限的無線網(wǎng)絡(luò)資 源使得信道的沖突難以避免，再加上不可預(yù)知的丟包，以及數(shù)據(jù)延遲等種種原因，使得 無線網(wǎng)絡(luò)屮數(shù)據(jù)傳輸遇到了瓶頸，服務(wù)質(zhì)量述是難以得到保障。在edca定義的四

52、個ac屮，以ac_video的傳輸優(yōu)先級最高。而對于視頻流，編 碼視頻數(shù)據(jù)的方法冇很多種，英屮分層編碼在無線網(wǎng)絡(luò)屮對視頻的傳輸起著很重耍的作 用。然ffn' ieee802.11e edca機(jī)制對ac隊(duì)列小的視頻流各數(shù)據(jù)沒有進(jìn)行區(qū)分，更沒有 專門對視頻編碼的各層進(jìn)行考慮。所以本文針對此問題提出一種新的基于edca機(jī)制上 的自適應(yīng)分層映射算法（a-edca算法），該算法在視頻業(yè)務(wù)的傳輸中，對視頻數(shù)據(jù)的各 層進(jìn)行區(qū)分，從而進(jìn)一步提高視頻傳輸?shù)馁|(zhì)量?？谇爸饕囊曨l格式有mpeg、avi、 wmv、rmvb等，其中mpeg-4視頻格式在傳輸屮只占用很窄的帶寬，它通過幀重建 技術(shù)，壓縮和傳輸數(shù)據(jù)

53、，可以最少的數(shù)據(jù)獲得最佳的圖像質(zhì)量。所以本文選擇mpeg-4 格式的視頻來做新算法的驗(yàn)證。mpeg - 4標(biāo)準(zhǔn)定義了壓縮視頻流的三種類型的視頻幀, 包括i幀（內(nèi)部編碼）,p幀（預(yù)測編碼）和b幀（雙向預(yù)測編碼）。具中i幀在mpeg 編碼屮是獨(dú)立存在的。因此，i幀僅僅是一個作為靜態(tài)圖像編碼幀，它只是作為隨即訪 問的參考點(diǎn)。p幀由在它前面的p幀或者i幀預(yù)測而來，它比較與它前而的p幀或者i 幀之間的相同信息或數(shù)據(jù)，即考慮運(yùn)動的特性進(jìn)行幀間壓縮。b幀根據(jù)相鄰的前一幀、 本幀以及后一幀數(shù)據(jù)的不同點(diǎn)來壓縮而成，它即僅記錄本幀與前后幀的差值。4.2自適應(yīng)分層映射算法：a-edca木文提出的基t edca機(jī)制的

54、口適應(yīng)跨層映射算法，用于提高ieee 802.lie無線 網(wǎng)絡(luò)的多媒體業(yè)務(wù)傳輸質(zhì)量。在自適應(yīng)跨層方法中，視頻數(shù)據(jù)包動態(tài)映射到相對應(yīng)的 流上。所有的映射都以視頻數(shù)據(jù)和網(wǎng)絡(luò)流量負(fù)載為基礎(chǔ)。通過利用分層映射方法，我們 可以優(yōu)先考慮的重要視頻數(shù)據(jù)傳輸，提高隊(duì)列空間利用率。applicationlayeribbbbbb/z/zz/z/zz/z/z/zze/adaptive mapping algorithmac3ac2aciac0圖4.1 口適應(yīng)跨層體系映射方案圖4.1描述了分層結(jié)構(gòu)，并顯示視頻數(shù)據(jù)的所傳遞的信息，這些信息從應(yīng)用層到 mac層。為了保證視頻服務(wù)質(zhì)量，自適應(yīng)映射算法綜合視頻類型和網(wǎng)絡(luò)流量負(fù)

55、載動態(tài) 調(diào)控視頻的傳輸。在視頻流屮，視頻幀丟失將導(dǎo)致視頻質(zhì)量惡化。例如，一個i幀的 損失將影響到所有相同的gop （mpeg所使用的一種視頻壓縮技術(shù)）的幀，但是一個 b幀丟失卻只是影響到b幀自c。所以在a-edca算法的視頻傳輸框架中，優(yōu)先級最 高的是i幀；p幀次z,而b幀優(yōu)先級最低。為了盡可能的分配mac層重要的視頻 數(shù)據(jù)到更高的優(yōu)先級隊(duì)列，我們給視頻幀規(guī)定映射概率，定義為prob_type ,不同類 型的視頻幀有其不同的映射概率。在傳輸屮，低優(yōu)先級的幀有著更高的映射概率，這 樣才可以保證整個視頻傳輸?shù)姆€(wěn)定性。因此，在mpeg - 4視頻格式中，視頻編解碼 器的各個幀類型的映射概率為：pro

56、b_b > prob_p > prob_i ,其所有的概率都是介于1 和0之間。此外，為了動態(tài)適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)流量負(fù)載的變化，我們利用當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)流量負(fù)載的mac隊(duì) 列長度作為參考。根據(jù)teee 802. lie的機(jī)制，無線網(wǎng)絡(luò)的傳輸中，超過規(guī)定數(shù)據(jù)長度的 mpeg-4視頻包都放在ac的隊(duì)列屮，這樣視頻數(shù)據(jù)就比ac隊(duì)列屮的其它業(yè)務(wù)具有 更好的機(jī)會進(jìn)入傳輸隊(duì)列。但后果是，當(dāng)視頻流的增加，這個隊(duì)列會迅速發(fā)生信道堵塞 和傳輸延遲。出于這個原因，自適應(yīng)映射算法將會重新調(diào)整最近收到的其他可用的低優(yōu) 先級隊(duì)列視頻數(shù)據(jù)包，與此同時ac2的隊(duì)列將越來越趨于飽和。為了避免因提前執(zhí) 行隊(duì)列管理而發(fā)生的擁塞情況，這

57、里定義兩個參數(shù)thresholdjow （表示隊(duì)列的長度閾值 下限）和threshold_high （表示隊(duì)列的氏度閾值上限）。這兩個參數(shù)將用于算法公式中：ptw = prob_type =如（22-加皿皿/一皿）公式：threshoiild _high 一 threshould _low在這個公式中，原來預(yù)定的視頻幀的傳輸機(jī)會prob.type都將會隨著冃前的隊(duì)列 長度和閾值血調(diào)整，從血得到一個新的映射下的傳輸機(jī)會prob_new。prob_new越高, 就具有更大的傳輸機(jī)會。當(dāng)一個視頻包到達(dá)時，系統(tǒng)將會檢測ac2的第一個隊(duì)列長度，并將其和設(shè)置的閾 值threshold_high和thresholdjow進(jìn)行比較。此時，如果隊(duì)列長度值低于閾值的下限 threshol