论文摘要
无线局域网(WLAN)以其移动性和灵活性的特点得到了广泛应用。随着网络速率的不断提高以及多媒体应用的发展，人们更希望无线网络能够提供更好的服务质量(Quality of Service，QoS)保证，而如何保证各用户公平地享有带宽是提供QoS保证的基础。公平性问题也因此成为解决QoS的关键问题之一。本文讨论基础结构模式的无线局域网中TCP上下行流之间的公平性问题。IEEE802.11标准是目前应用最为广泛的无线网络标准。而在实际使用的802.11无线网络设备中，一般利用分布式协调功能(DCF)作为其接入方式。该机制采用的CSMA／CA协议虽然能够保证各个接入终端之间公平的享有带宽，但是并不满足各个TCP流之间的公平。而且TCP协议的控制机制同样也影响到TCP上下行流之间的公平性。正是由于上面两个原因，在大部分情况下会造成下行数据流速率明显小于上行数据流的速率。而考虑一般用户对无线网络的使用情况(如网页浏览，数据下载等)，更多的是依赖于下行流的数据。因此保证下行流的速率，维护无线网络TCP公平性十分必要。对于此问题现已提出多种解决方案，其中大部分方法都试图对上行数据流进行一定程度的限制，来保证下行数据流的吞吐率，但这些方法都需对已存在的无线网络架构进行较大的改动，实际实现较为困难。本文参考现有的各种方法，结合DiffServ机制，提出对每个数据流进行流量调控，在有线网络部分对上行流数据的发送进行限制，从而使AP缓存大小满足数据报文的需要，实现数据流的公平性。由于DiffServ是一种在计算机网络中已广泛使用的QoS保证机制，因此无需对现有的网络结构进行较大的修改。在之后的实验分析中，发现此方法的确能够较好的实现数据流的公平性，但由于DiffServ机制不能对低速数据流进行动态带宽调节，当出现低速数据流时会产生一部分闲置带宽没有得到利用，而总体带宽不足的情况。为此，本文在接下去对DiffServ机制进行了改进，提出动态自适应的算法。当有新的数据流接入网络时，对照DiffServ路由器原先维护的队列规则，确定网络中现存的数据流数量，并将无线带宽平均分配给所有的数据流；DiffServ路由器定时测量的各数据流的速率，自适应算法根据此数据动态对不同速率的数据流的带宽进行调节；当数据流停止时，自适应算法会检测到此情况，收回分配的带宽，并将其分配给剩余的数据流。此后的一系列实验结果表明该算法在单个上行多个下行流和多个上下行流的情况下上下行平均速率之比能够较好的维持在一左右。同时，此算法在总体网络吞吐量、平均网络延时以及丢包率等网络性能上都获得了较好的表现：网络吞吐量保持在5Mbps左右；在大部分情况下，平均时延和丢包率都比普通的无线网络环境下的实验结果有明显的降低。此外，DiffServ动态自适应调节算法对硬件部分不做任何改动，算法实现简单。因此该算法完全可以应用在无线网络架构中，解决TCP上下行流之间的带宽分配问题。