湯鵬杰，唐鳳仙

（河池學(xué)院 計(jì)算機(jī)與信息科學(xué)系，廣西 宜州 546300）

隨著生活水平的提高和技術(shù)的發(fā)展，人們?cè)隗w驗(yàn)到WLAN接入的便捷性之后，對(duì)其服務(wù)質(zhì)量（QoS）也提出了更高的要求，如語(yǔ)音數(shù)據(jù)、視頻數(shù)據(jù)及其他大量數(shù)據(jù)傳輸時(shí)的服務(wù)質(zhì)量。由此IEEE工作委員會(huì)提出了保證WLAN QoS的802.11e標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)以混合協(xié)調(diào)功能（HCF）訪問(wèn)方式代替了分散協(xié)調(diào)功能（DCF）和單點(diǎn)協(xié)調(diào)功能（PCF）訪問(wèn)方式。HCF以增強(qiáng)分布式協(xié)調(diào)訪問(wèn)（EDCA）擴(kuò)展了DCF的功能。EDCA和傳統(tǒng)的DCF不同，它可以為不同類型的業(yè)務(wù)提供按優(yōu)先級(jí)高低的信道接入和數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)。這種對(duì)業(yè)務(wù)有所區(qū)分的做法保證了高優(yōu)先級(jí)的業(yè)務(wù)更加快捷地被傳送，而低優(yōu)先級(jí)業(yè)務(wù)則只能等待[1-2]。

本文通過(guò)改變相應(yīng)的參數(shù)來(lái)改善EDCA的性能，并通過(guò)仿真實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了所設(shè)參數(shù)是非常有效的，不僅縮短了接入延遲，也提高了整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的吞吐量。

1 EDCA協(xié)議

不同于DCF中所有的流量共享一個(gè)共同的隊(duì)列，EDCA定義了 4個(gè)傳輸隊(duì)列，也稱為訪問(wèn)類別（AC），分別為背景流量（Background Traffic）、盡力而為流量（Best Effort Traffic）、視頻流量 （Video Traffic）和語(yǔ)音流量（Voice Traffic）。通過(guò)改變相應(yīng)的訪問(wèn)類別參數(shù)，可以實(shí)現(xiàn)不同的訪問(wèn)類別[3-5]。這些參數(shù)包括競(jìng)爭(zhēng)窗口的長(zhǎng)度、退避或傳輸之前工作站的等待時(shí)間以及工作站接入媒介后的傳輸時(shí)間。

競(jìng)爭(zhēng)窗口用來(lái)在工作站接入媒介之前計(jì)算退避時(shí)間片的個(gè)數(shù)，可以使用CWmin和CWmax來(lái)表示競(jìng)爭(zhēng)窗口的最小值和最大值，通過(guò)改變 CWmin和 CWmax的值，可以為相關(guān)的訪問(wèn)類別賦予一個(gè)較高的優(yōu)先級(jí)[6]。

EDCA中還定義了仲裁幀間間隔數(shù)（AIFSN）來(lái)表示在工作站開(kāi)始傳輸數(shù)據(jù)或調(diào)用退避算法之前推遲一個(gè)短幀幀間間隔（SIFS）后的時(shí)槽個(gè)數(shù)[7]。AIFSN會(huì)影響仲裁幀間間隔（AIFS），因此，為 AIFSN設(shè)定一個(gè)較小的值也可以為相關(guān)的訪問(wèn)類別賦予一個(gè)高的優(yōu)先級(jí)。

發(fā)送機(jī)會(huì)限制（TXOP）也是 EDCA用于確定訪問(wèn)類別優(yōu)先級(jí)的一個(gè)重要參數(shù)。它可以定義工作站一次發(fā)送的最大數(shù)據(jù)長(zhǎng)度，如果需要發(fā)送的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度超過(guò)了TXOP的限制，也可以將本段數(shù)據(jù)分多次發(fā)送。如果給TXOP設(shè)置一個(gè)較大的值，則相應(yīng)的訪問(wèn)類別優(yōu)先級(jí)也越高。

每個(gè)AC在競(jìng)爭(zhēng)TXOP時(shí)都是獨(dú)立的，一旦某個(gè)AC發(fā)現(xiàn)傳輸媒介上至少一個(gè)AIFS[AC]空閑，則其立即啟動(dòng)退避計(jì)時(shí)器開(kāi)始計(jì)時(shí)；如果在同一個(gè)工作站中有兩個(gè)或以上的AC在同一時(shí)槽中發(fā)送數(shù)據(jù)，則會(huì)產(chǎn)生和物理媒介上信號(hào)碰撞相似的沖突。

一般 情況下 ，EDCA 的 CWmin、CWmax、AIFS 和 TXOP 4個(gè)參數(shù)要根據(jù)具體的應(yīng)用結(jié)合起來(lái)使用才有意義[8]。

2 性能仿真與分析

為驗(yàn)證DECA的性能，本文使用OPNET設(shè)計(jì)了仿真程序。在默認(rèn)情況下，EDCA中各接入類別的參數(shù)計(jì)算按如以下公式進(jìn)行。

設(shè)變量t為2的整數(shù)次方，其初值為2。若AC是Voice類型，則有：

若AC是Video類型，則有：

若AC是Best Effort類型，則有：

若AC是Background類型，則有：

其中，phy_cw_min是在仿真之前所設(shè)置的CWmin的值，phy_cw_max是CWmax的值。這樣設(shè)置是為了保證具有高優(yōu)先級(jí)的AC比較低優(yōu)先級(jí)的AC更早地發(fā)送數(shù)據(jù)。CW越短，則其優(yōu)先級(jí)越高，而對(duì)于某個(gè)AC，其 CW的取值是在CWmin～CWmax之間。對(duì)于以上公式，可以看出，Voice類型的數(shù)據(jù)優(yōu)先級(jí)最高，其CWmax的值等于Video類型數(shù)據(jù)的CWmin的值，而Video類型的CW都小于Background類型和Best Effort類型的CW，從而保證了Voice的CW在所有AC中一直具有最小值。

對(duì)于TXOPlimit參數(shù)，它用于規(guī)定某個(gè)AC占用信道的權(quán)值，其值越大，則當(dāng)前AC可占用信道時(shí)間越長(zhǎng)。仿真時(shí)設(shè)置TXOPlimit值的公式如下：

AIFS也是一個(gè)衡量某個(gè)AC優(yōu)先級(jí)的重要參數(shù)。對(duì)于不同的AC數(shù)據(jù)幀，具有不同的幀間隔。某個(gè)AC要發(fā)送數(shù)據(jù)之前必須等待一個(gè)AIFS的時(shí)間間隔，并啟動(dòng)退避過(guò)程。退避時(shí)間為（1，CW[AC]+1）個(gè)時(shí)槽。AIFS值按以下公式進(jìn)行計(jì)算：

圖1為仿真場(chǎng)景。場(chǎng)景中共有4個(gè)工作站，其中node_0是無(wú)線接入點(diǎn)（AP），負(fù)責(zé)發(fā)送數(shù)據(jù)，其他工作站為普通站點(diǎn)，負(fù)責(zé)接收數(shù)據(jù)。4個(gè)工作站中，不設(shè)訪問(wèn)類別，由工作站自己選擇。

表1是仿真開(kāi)始前設(shè)置的EDCA初始參數(shù)。

表1 EDCA初始參數(shù)

仿真開(kāi)始前，設(shè)置種子數(shù)為128，仿真時(shí)間是15 h。圖2和圖3分別是收集到的平均延遲時(shí)間和平均吞吐量。從仿真結(jié)果可以看出，其平均延遲時(shí)間接近0.001 5 s，吞吐量將穩(wěn)定在2 200 b/s。

3 改進(jìn)的EDCA性能分析與仿真

為改善其性能，可以修改競(jìng)爭(zhēng)窗口CW公式中的部分參數(shù)，以得到更佳的參數(shù)組合，提高性能。經(jīng)過(guò)多次實(shí)驗(yàn)，得出以下結(jié)論，可以設(shè)置Voice的CW：

設(shè)置Video的CW：

設(shè)置 Best Effort的 CW：

設(shè)置Background的CW：

初始參數(shù)設(shè)置不變，得到的仿真結(jié)果如圖4和圖5所示。從圖4和圖5可以看出，改進(jìn)后的平均延遲時(shí)間接近于0.001 3 s，比改進(jìn)前延遲時(shí)間少了近0.000 2 s；改進(jìn)后吞吐量為2 400 b/s，峰值更是在2 600 b/s以上，平均比改進(jìn)前的吞吐量快了近200 b/s。

而如果設(shè)置各AC的CW計(jì)算公式中t的整數(shù)次方超過(guò)原計(jì)算式中的3倍，則性能不會(huì)再有提升。

本文通過(guò)分析EDCA協(xié)議的工作機(jī)制，指出為AC設(shè)置不同的EDCA參數(shù)可以改善其網(wǎng)絡(luò)性能、提高吞吐率并減少接入延遲。仿真結(jié)果表明，通過(guò)改變CW計(jì)算公式的部分參數(shù)，其延遲減少了近1/7，而吞吐率提高了1/11左右，改善了整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的性能。

[1]IEEE Draft standard 802.1le／D6.0[S].

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