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为提高IEEE802.11 DCF在差错信道中的性能,本文在现有协议DCFf(DCF in fading channel)的基础上,通过改进网络规模调整参数q的算法,提出了一种新的基于网络规模的信道接入机制SDCFf(Scale-based DCF in fading channel)。该机制适用于带有噪音的无线衰落环境。本文通过数据成功发送概率和饱和吞吐量等度量来衡量SDCFf的性能,根据网络规模和信道状态,通过q值动态调整竞争窗口的加倍和重置,使无线局域网的性能达到最优,并利用Markov链对SDCFf进行数学建模和理论分析,模型考虑了传输误码对协议的影响。数学分析结果表明,当网络规模发生变化时,SDCFf在性能上明显优于DCFf。
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第 21 卷第 3 期
系 统 仿 真 学 报©
Vol. 21 No. 3
2009 年 2 月 Journal of System Simulation Feb., 2009
• 676 •
MANET 中支持 QoS 的自适应 MAC 协议退避机制
葛志辉
1,2
, 陈志刚
2
, 李陶深
1,2
,赵 明
2
(1.广西大学计算机与电子信息学院,南宁 530004;2.中南大学信息科学与工程学院,长沙 410083)
摘 要:已有的支持 QoS 的 MAC 层协议虽然在一定程度上可以提供区分服务的功能,但多是以
牺牲尽力而为业务的性能为代价的。提出了一种支持 QoS 的自适应 MAC 协议的退避机制,节点
可以根据感知到的负载状况自适应调整退避算法,在保障实时业务 QoS 要求的同时尽可能地提高
信道利用率。仿真结果表明,在不同网络负载的场景下,本文算法相对于 IEEE 802.11e 在 QoS 保
障以及信道利用率方面都有较好的表现。
关键词:自组网;服务质量;802.11e;退避
中图分类号:TP391.9 文献标识码:A 文章编号:1004-731X (2009) 03-0676-04
Adaptive QoS-Supported Backoff Mechanism for MAC Protocol in MANET
GE Zhi-hui
1,2
, CHEN Zhi-gang
2
, LI Tao-shen
1,2
, ZHAO Ming
2
(1. School of Computer, Electronics and Information, Guangxi University, Nanning 530004, China;
2. School of Information Science and Engineering, Central South University, Changsha 410083, China)
Abstract: Although the existing QoS-supported MAC Protocols can provide QoS guarantee at some degree, most of them
sacrifice the performance of best-effort traffic. An Adaptive QoS-supported Backoff Mechanism for MAC Protocol was
proposed, in which nodes could adjust their backoff algorithm according to the network load state they measured. So the
proposed adaptive backoff algorithm could improve the link utility while at the same time meeting the QoS demand of
real-time traffic. In simulation study, the algorithm shows better performance improvement over IEEE 802.11e in QoS
guarantee and link utility under various scenarios.
Key words: ad hoc; QoS; 802.11e; backoff
引 言
1
随着移动通信技术的发展和多媒体业务的日益增长,为
移动自组网(MANET)提供 QoS 保障已经成为一个研究热
点。MANET 高层 QoS 支持组件如 QoS 路由、QoS 信令等,
通常都假定存在一个支持业务区分和资源预留的介质访问
控制协议。因此,具有业务区分和资源预留能力的 MAC 协
议是 MANET 网络提供 QoS 支持的关键。
由于 MANET 是由一组移动节点组成,其没有固定的基
础设施,相邻节点间收发信号的相互干扰和显终端/隐终端
等问题,使得在 MAC 层的业务区分和资源预留功能很难实现。
目前在 MANET 中普遍采用的 MAC 协议为 IEEE 802.11
DCF。其在传输数据包之前在[0,CW]之间随机选择一个退避
计时器,其中 CW 为竞争窗口。IEEE 802.11 标准只提供尽
力而为的服务,对具有时延和带宽约束的实时业务支持很
差,不能满足 QoS 的要求。
1 相关研究工作
由于 IEEE 802.11 的 DCF 机制不能提供有效的 QoS 保
收稿日期:2007-07-02 修回日期:2007-08-27
基金项目:国家自然科学基金 (60573127); 广西高校人才小高地建设创
新团队资助计划(桂教人[2007]71 号); 广西自然科学基金项目(桂自科
0640026); 广西大学科研基金资助项目(X081814)
作者简介:葛志辉(1978-), 男, 河北唐山人, 博士生, 研究方向为移动自
组网;陈志刚(1964-), 男, 湖南长沙人, 博士, 教授, 博导, 研究方向为
网络计算、分布式处理与数据库技术。
障,目前已有许多基于 DCF 的改进工作
[1]
使其支持区分服
务。Deng 和 Chang 提出一种优先权机制
[2]
,通过为不同优
先权的业务设置不同的帧间间隔 IFS(Interframe Space,IFS)
和退避窗口来实现区分服务的功能。高优先权的业务使用较
小的点协调帧间间隔 PIFS(PCF Interframe Space,PIFS)和退
避窗口[0,2
i+1
-1],而低优先权的业务则使用较大的分布式
协调帧间间隔 DIFS(DCF Interframe Space,DIFS)和退避窗
口[2
i+1
,2
i+2
-1],其中 i 为退避指数。通过组合 IFS 和退避机
制可以实现四种优先权等级。
利用调整 IFS 和退避窗口来实现在不同流之间的区分
服务是比较简单有效的方法,并且不需要对 IEEE 802.11 做
太大改动即可实现。所以很多后继的研究都采用类似的方
法,如文献[3]提出了三种方法为 IEEE 802.11 提供区分服务
支持。一是为不同优先权的业务使用不同的退避算法;二是
为不同的优先权业务分配不同的 IFS;第三种方法是为每类
优先权业务规定最大允许发送的帧长。
IEEE 802.11e
[4]
是对 802.11 DCF 的改进,其增加了对
QoS 的支持。802.11e 引入了增强的分布式协调功能
(Enhanced Distributed Coordination Function,简称 EDCF)。
EDCF 在节点自身内建立多个业务流 Traffic Categories(TC)
并为每个 TC 设置不同的仲裁帧间间隔 AIFS (Arbitration
Interframe Space,AIFS)和竞争窗口,以此来实现 QoS 支持。
虽然上述算法都可以在一定程度上实现区分服务的功
能,但也同样存在一些不足之处。在通信繁忙的时候会导致
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