基于IEEE 802.11 EDCA的服务质量保障机制研究

论文摘要

WLAN（无线局域网）是20世纪90年代计算机网络技术与移动通信技术相结合的产物,它满足了人们对于宽带无线接入网络的迫切要求。伴随着话音、视频等多媒体业务的不断增多,用户对于QoS（服务质量）的需求与日俱增,业务的多样化需要网络为各种不同的用户业务提供不同的服务质量保证。目前无线局域网产品普遍采用传统的IEEE802.11标准,其MAC（媒质接入控制）层的协调功能DCF（分布式协调功能）和PCF（点协调功能）却不能提供QoS支持。为了应对QoS的迫切需要,IEEE802.11工作组在2005年11月发布了IEEE802.11e协议的草案,2007年6月发布了IEEE802.11-2007,将IEEE802.11e的内容包含在其中。在IEEE802.11e中,提出了HCF（混合式协调功能）,HCF包括EDCA（增强分布信道访问）和HCCA（混合控制信道访问）:EDCA是DCF的增强版,提供基于优先级的QoS;HCCA类似于PCF,提供参数化的QoS。但是众多的研究已经表明,HCF所能提供的QoS支持是存在不足的。本文在分析当前WLAN对QoS的支持情况以及IEEE802.11标准的MAC协议的基础上,将提升IEEE802.11在MAC层的QoS支持作为研究目标,并将研究重点放在了基于竞争的EDCA机制上,希望设计出基于EDCA的服务质量保障机制,为实时业务提供更进一步的QoS支持。本文选取EDCA作为研究对象的原因在于,EDCA基于竞争,应用范围较HCCA更广,且实现较简单,为市场所青睐。虽然EDCA为不同的业务类别设定了不同的EDCA参数集,以此提供针对不同优先级别的区分服务功能。但在实际运用中,要通过固定的EDCA参数来使网络达到一个接近理想的状态是非常困难的。网络的负载总是时刻变化着,只有动态地跟随网络状态变化的EDCA参数值,才能更好地适应网络,从而达到提供良好QoS支持的目的。同时,接纳控制策略也是必要的,它可以避免网络中已有的业务流受到新接入业务流的影响。因此,一种综合考虑了动态参数调节和接纳控制的全面服务质量保障机制被认为是有效解决当前WLAN中QoS支持不足的良好途径。在分析比较了现有的众多服务质量保障方案的基础上,本文提出了一种面向业务QoS需求的自适应的服务质量保障机制。此机制主要内容包括:动态自适应调节EDCA参数,分为两个阶段:第一阶段的differentiationadaptation以降低实时业务延时为目标;第二阶段的basedadaptation在维护第一阶段较低延时的成果前提下,提高系统吞吐量。接纳控制策略,对请求接入网络的实时业务进行接纳控制,降低其可能给网络中已有业务通信带来的影响。本方案涉及了业务流的吞吐量、端到端延时、丢包率,对QoS参数的考虑较全面,参数调节和接纳控制的策略简单有效,容易实现。本文最后利用OPNET网络仿真工具对本文所提出的机制进行了仿真,对仿真结果的分析表明,本文所提出的机制能够有效弥补IEEE802.11 EDCA对QoS支持能力不足的缺点,达到了预期目标。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 研究意义
• 1.3 研究内容和论文结构
• 第二章 QoS 背景与 IEEE802.11 对 QoS 的支持
• 2.1 QoS 背景知识
• 2.1.1 QoS 简介
• 2.1.2 QoS 的衡量准则
• 2.1.3 在无线网络实现QoS 的困难
• 2.2 IEEE802.11 的 QoS 支持机制
• 2.2.1 IEEE802.11 基础
• 2.2.2 IEEE802.11 对QoS 支持的演进历程
• 2.3 本章小结
• 第三章 IEEE802.11 QoS 改进技术方案研究与分析
• 3.1 IEEE802.11 QoS 改进技术方案概述
• 3.2 基于测量的方案
• 3.2.1 Time-Window/Measured Sum MBAC Scheme
• 3.2.2 Distributed Access Channel
• 3.2.3 Relative Qccupied Bandwith/Average Collision Ratio Method
• 3.2.4 IFS Based Service Differentiation
• 3.2.5 Per-Stream QoS
• 3.3 基于模型的方案
• 3.3.1 Call Admission Control
• 3.3.2 Three Dimensional Markov Chain Model
• 3.3.3 CMM-CAC
• 3.4 其他方案
• 3.5 本章小结
• 第四章 面向业务自适应服务质量保障机制的设计
• 4.1 面向业务自适应服务质量保障机制的功能概述
• 4.2 链路层质量监测LQM
• 4.2.1 丢包率
• 4.2.2 链路层端到端延时
• 4.2.3 吞吐量
• 4.2.4 采样周期
• 4.2.5 关于LQM 的说明
• 4.3 EDCA 参数调节算法
• 4.3.1 EDCA 参数构成
• 4.3.2 参数调节之阶段一
• 4.3.3 参数调节之阶段二
• 4.4 接纳控制
• 4.4.1 QAP 的接纳控制流程
• 4.4.2 接纳控制算法
• 4.5 本章小结
• 第五章 OPNET 仿真设计与结果分析
• 5.1 OPNET 仿真软件
• 5.2 本文机制的仿真设计
• 5.2.1 网络场景设计
• 5.2.2 节点模型设计
• 5.2.3 进程模型设计
• 5.3 仿真结果分析
• 5.3.1 端到端延时分析
• 5.3.2 吞吐量分析
• 5.4 本章小结
• 第六章 总结
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间的研究成果