紅外無線局域網(wǎng)中的IEEE802.11脈沖確認(rèn)裝置的飽和度分析VIP

1、紅外無線局域網(wǎng)中的IEEE802.11脈沖確認(rèn)裝置的飽和度分析摘要：IEEE802.11通常作為擴(kuò)展的MAC協(xié)議來使用。其中一些新的插件可以加強(qiáng)協(xié)調(diào)分配功能（EDCF）以及具有脈沖確認(rèn)特性。論文提出了著名的停止等待機(jī)制的效率和增強(qiáng)型的脈沖運(yùn)行的分析和評(píng)價(jià)，是為了各種不同的鏈接參數(shù)而提出的，如競(jìng)爭(zhēng)終端單元（TUs）的數(shù)量，框架誤差率以及窗口大小。這樣的分析是在802.11控制信息基本參數(shù)（MID）基礎(chǔ)之上的?？梢酝ㄟ^該改變MID參數(shù)而應(yīng)用在802.11無線局域網(wǎng)絡(luò)中。關(guān)鍵詞：IEEE802.11協(xié)議，IEEE802.11脈沖確認(rèn)，性能評(píng)價(jià)1 導(dǎo)言在IEEE標(biāo)準(zhǔn)下設(shè)計(jì)的IR無線局域網(wǎng)絡(luò)，終端用戶必

2、須發(fā)射一種波長(zhǎng)在850nm到950nm的紅外線。分散式的IR無線傳輸?shù)氖褂谜故酒鋸?qiáng)大的優(yōu)勢(shì)并且不受聯(lián)邦通信委員會(huì)（FCC）規(guī)則的限制。使用散布式IR與一個(gè)系統(tǒng)相連和在戶外信號(hào)覆蓋的區(qū)域獲取信息以及TUs的移動(dòng)類似。IR的直接鏈接并沒用受多路徑的影響，然而當(dāng)傳輸速度達(dá)到10Mbps是將會(huì)受其影響1,2。IR鏈接中IEEE802.11標(biāo)準(zhǔn)所支持的傳輸速度為1Mbps和2Mbps，因此多路徑傳輸偏差可忽略。影響802.11MAC協(xié)議運(yùn)行的重要參數(shù)是框架錯(cuò)誤率（FER），參數(shù)FER由戶外物理層引入，在得到此參數(shù)時(shí)可以忽略物理層噪音的影響。我們必須強(qiáng)調(diào)的是802.11標(biāo)準(zhǔn)為IR無線網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行提供了不同的

3、信息管理參數(shù)（MIB）。另一個(gè)重要的參數(shù)是自動(dòng)請(qǐng)求（ARQ）策略。一種比較早使用了的流程控制為停止等待方式，這種方式在今天的802.11a和802.11b中也在使用。此機(jī)制能同時(shí)支持誤差和流程控制，并且在傳播延遲小的時(shí)候?qū)W(wǎng)絡(luò)非常有用，不過在其它情況下效率比較低。另外在升級(jí)版本802.11e中使用選擇性的否決策略（SRJ），信息發(fā)送源首先一個(gè)數(shù)據(jù)包窗口，之后等待響應(yīng)。響應(yīng)告知信息源哪些信息已丟失或損壞，之后余下的被發(fā)送出去。通常SRJ策略比SW更好但日益復(fù)雜。論文分析對(duì)比了IEEE802.11a的SW結(jié)構(gòu)和帶有由升級(jí)版本802.11e引入的脈沖確認(rèn)裝置的802.11b。此分析對(duì)比主要是針對(duì)在M

4、IB上的紅外連接。近期的研究對(duì)這些有關(guān)無線傳播Air-Irda協(xié)議下的紅外傳播和脈沖確認(rèn)機(jī)制的方案進(jìn)行了檢測(cè)。2 脈沖機(jī)制802.11e中的脈沖確認(rèn)機(jī)制簡(jiǎn)要的概括如下：802.11e下的數(shù)據(jù)傳輸3個(gè)階段完成。a)設(shè)置階段，b)發(fā)送數(shù)據(jù)和產(chǎn)生脈沖階段，c)析構(gòu)階段，如圖1。設(shè)置階段通過定義脈沖請(qǐng)求以及發(fā)送者和接收者間的響應(yīng)框架來初始化的。初始化完成后第2階段開始。在第2 階段發(fā)送者準(zhǔn)許在SIFs期間獨(dú)立的傳播Qos脈沖。當(dāng)發(fā)送者想要在發(fā)送MPDUs后得到確認(rèn)，將會(huì)發(fā)送以一個(gè)脈沖確認(rèn)請(qǐng)求并等待其響應(yīng)。有兩種脈沖確認(rèn)機(jī)制：a)立即型的，b)延遲型的。析構(gòu)階段負(fù)責(zé)發(fā)送余下的信息，通過刪除脈沖請(qǐng)求和刪除

5、脈沖響應(yīng)的互換來完成。3 分析此論文修正和擴(kuò)展了7 中的分析。特別明確的對(duì)比了立即型的脈沖確認(rèn)和SW機(jī)制，并檢測(cè)了為了傳送一種特殊的MAC協(xié)議數(shù)據(jù)單元（MPDUs）數(shù)目（N）而進(jìn)入的不恰當(dāng)?shù)募t外通道。網(wǎng)絡(luò)使用了802.11MAC協(xié)議的DCF模型并選用了請(qǐng)求發(fā)送/跳過發(fā)送（RTS/CTS）方式，其傳播速度R為1Mbps。為了完成此類分析，隨機(jī)的TU獲取無線媒體平均的爭(zhēng)奪時(shí)間（Tcp）如圖2所示。Tcp是一個(gè)函數(shù)包含的DIFs的時(shí)間間隔并可能由于碰撞在此獲得。3.1 停止等待分析SW的效率將首先被檢查。TU傳送正確的MAC協(xié)議數(shù)據(jù)單元所需的平均時(shí)間為：此時(shí)tsw 為一個(gè)TU為準(zhǔn)備發(fā)送和MPDU的確

6、認(rèn)所需的平均時(shí)間，其值為；Pe為框架錯(cuò)誤率，i為需要傳送的信息包總數(shù)，最后，一種特殊的TU只傳送正確一個(gè)信息包，其余的j-1個(gè)將被破壞。Psu=1/M是TU獲取無線媒體的幾率，而Prest=Psuc（M-1）為媒體被其它TUs獲取的幾率。ttrans表示MPDU請(qǐng)求的傳送時(shí)間，此時(shí)考慮到了其上的物理層和MAC層，其值為：其中假設(shè)RTS,CTA,ACK都沒有誤差。3.2 脈沖應(yīng)答分析脈沖應(yīng)答機(jī)制效率的檢查方式如下：TU傳送脈沖的平均時(shí)間為：此時(shí)tBURST為對(duì)于在TU研究下一個(gè)脈沖傳輸所需的平均時(shí)間，i為需要傳送的脈沖總數(shù)。tBURST 為： T1,T4分別為建立階段和析構(gòu)階段所引入的，因此：

7、T2為MPDUs傳送的平均時(shí)間，其值為： 這里i為為了確保其中的N個(gè)數(shù)據(jù)傳輸準(zhǔn)確，TU所需傳送的信息包總數(shù)。T3為重發(fā)損壞的信息所導(dǎo)致的量，其值為： Pbk為為了完成N個(gè)信息包的傳送所需的額外k個(gè)脈沖的概率，k=0，1，2，3。由于使用3個(gè)額外脈沖以上的概率基本為0（少于10-7） ，所以我們只考慮3個(gè)此類脈沖。所以當(dāng)k0時(shí)： 然而當(dāng)k1，k2，k3和k4的概率分別為：這里Pn,m指發(fā)送m個(gè)信息包有n個(gè)信息包損壞的概率，其值為：最后，當(dāng)k=0，1，2，3其對(duì)應(yīng)的概率為：假定DFBARQ, DFBARS, DLBARQ, DLBARS, BACK, 和BARQ 無誤差。4 評(píng)價(jià)結(jié)果主要的協(xié)議和參

8、數(shù)如表1。為了比較兩種機(jī)制的工作效率，定義了參數(shù)U=TBURSTACK/TSW。由于脈沖確定機(jī)制標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)定義，所以我們的目標(biāo)是使U的值盡量小于1。圖3說明了脈沖確認(rèn)結(jié)構(gòu)在U1時(shí)比SW更好。值得一提的是由于Pe的值高于4*10-2，為了避免錯(cuò)誤結(jié)果的發(fā)生，可以考慮使用3個(gè)以上的額外脈沖。脈沖確認(rèn)的效率會(huì)隨著數(shù)值N的增加而提高。更詳細(xì)的描述見圖4，圖4 把整個(gè)坐標(biāo)系分為了2大區(qū)域：在N10的情況下，U會(huì)隨著N的小幅度增大而大幅度的減小。在N10時(shí)，U會(huì)隨著N的增大而平穩(wěn)的上升，當(dāng)m=200octets和M=10TUs時(shí)，U大約為0.76時(shí)，N達(dá)到比較高的值。圖5描述了當(dāng)MPDU=200octets，N=30時(shí)，U和M之間的關(guān)系。在此，有趣的是當(dāng)M4，F(xiàn)ER為低時(shí)，相對(duì)于FER為高時(shí)U的值較小。當(dāng)M4時(shí)情況剛好相反。對(duì)于M4，當(dāng)M增加時(shí)，U也會(huì)隨著增加直至M=9.然而當(dāng)M9時(shí)，隨著M值的增加U值會(huì)緩慢減小。需要強(qiáng)調(diào)的是上述結(jié)果已經(jīng)在Matlab中驗(yàn)證過了，但由仿真結(jié)果和分析結(jié)果一致，所以在此沒有列出來。從分析結(jié)果中可知，升級(jí)版的802.11MAC協(xié)議中的脈沖確認(rèn)機(jī)制大約優(yōu)于SW機(jī)制20-25%。在大尺寸窗口或高TUs值甚至是FER值高時(shí)它的優(yōu)勢(shì)不用質(zhì)疑。5 結(jié)論 論文為了對(duì)比停止等待機(jī)制和802.11eMAC協(xié)議中飛入確認(rèn)策略二提出了一種解析模型。關(guān)于不同鏈接參