摘 要：?在對EDCA(Enhanced Distributed Channel Access)的業務分級策略和工作方式進行研究與分析的基礎上，提出動態調整TXOP參數設置的控制算法DA-TXOP(dynamic adjust TXOP)。仿真結果表明，與EDCA中TXOP機制相比，改進機制在系統的吞吐量和信道利用率等性能上都有明顯提高。
關鍵詞：?IEEE802.11e EDCA； DA-TXOP；?服務質量； 吞吐量

基于IEEE 802.11標準的無線局域網近年來得到了快速、廣泛的應用，受到設備制造廠商的普遍支持。大多數網絡均采用了IEEE 802.11 DCF 協議[1]。盡管DCF(Distributed Coordination Function)協議可以比較方便地組建網絡,但由于各種新業務的相繼出現,對網絡性能有了更高的要求，不同業務在吞吐率、帶寬、延時等方面有著不同的要求。為了在 MAC 層為網絡業務傳輸提供一定程度的 QoS 服務支持,IEEE 802.11 工作組在 DCF 協議的基礎上進一步推出EDCA(Enhanced Distributed Channel Access)協議。EDCA可以為不同類型的業務提供有優先級區分的信道接入傳輸服務，以使得網絡中高優先級實時業務獲得較低優先級普通業務優先的 MAC 層傳輸。
由于網絡狀況的復雜性，EDCA中的靜態參數設置并不能使系統性能實現最優,很多研究表明[2-4]，在高負載狀況下由于網絡中有較高的沖突率，EDCA的性能表現并不如人意。因此，對協議參數的自適應調整以保證不同網絡負載情況下的協議性能成為當前研究的熱點。其中節點競爭發送機會TXOP(Transmission Opportunity)[1]對協議的性能有著重要影響，許多研究[3-4]對不同信道情況的TXOP設定進行了研究和實驗分析，但它們僅通過設定具體值進行比較分析，并沒有提出對TXOP的設置方法。本文先對EDCA的業務分級策略和工作方式進行了研究和分析，然后根據碰撞和重傳次數提出動態調整 TXOP 參數設置的控制算法DA-TXOP(dynamic adjust TXOP)。它能夠在網絡擁塞時提高TXOP值，在系統負載較輕的情況下減小TXOP的值。
1 IEEE 802.11e EDCA機制分析
1.1 EDCA機制的業務分級策略及工作方式
EDCA協議是在DCF協議基礎上經過QoS支持擴展而來的，能夠對不同的優先級業務提供不同的QoS服務。IEEE 802.11e EDCA定義了8類業務類TC(Traffic Category)和4類接入類別AC(Access Category)，8類TC分別映射至4類AC的隊列中：AC_VO、AC_VI、AC_BE和AC_BK，分別代表語音（Voice）類、視頻（Video）類、盡力而為（Best Effort）類和背景（Background）類。表1為優先級和接入類別的映射關系。

　不同的AC采用不同的參數設置控制其信道接入傳輸過程,這些參數包括CWmin/CWmax、AIFS 以及TXOP。AIFS由DIFS 擴展而來,其大小由式(1)確定:

其中AIFS[ACi]是AIFS[i]中包含的時隙個數，aSlotTime是時隙時間。EDCA為不同的業務定義了不同大小的CWmin和CWmax。這樣當業務回退時，擁有較小競爭窗口的業務就會比較快地回退，盡早地占用信道發送數據，從而擁有較高的優先級。高優先級的AC通常采用較小的AIFS設置。TXOP機制用于節點在成功獲得信道占用權之后,無競爭地突發傳輸多個同一AC隊列中的數據。突發傳輸的持續時間長度受參數設置 TXOPlimit 的限制。節點在TXOPlimit 時間內享有持續的信道占用權，可以直接進行數據傳輸而無須再為每個數據傳輸執行退避過程。顯然，越小的CWmin、CWmax和AIFS則意味著站點可以以更大的幾率接入信道，從而對應的優先級也越高。
802.11e EDCA的基本訪問機制如圖1所示。從圖中可以看出,不同AC的AIFS間隔與其他幀間間隔的關系，一個AIFS至少是一個DIFS的時間。在EDCA中，退避計數器的取值范圍為[0，CW-1]，其中不同的AC擁有不同的CW。

CWmin、CWmax、AIFS和TXOP應該結合在一起進行設置。需要注意的是：為高優先等級數據設置的CWmax值與AIFS值之和應該大于為低優先等級數據設置的CWmix值與AIFS值之和，這樣，低優先級業務就不會完全被封鎖。
1.2 EDCA的TXOP機制
　采用 TXOP 機制，節點在成功競爭獲得信道傳輸機會之后將連續傳輸多個數據。各個站點在檢測到信道空閑時，發送的是MAC服務數據單元MSDU（MAC Service Data Unit），IEEE 802.11 DCF機制每次只允許發送一個MSDU數據單元，發送成功后站點失去信道，如果想要發送下一個數據就需要進行新一輪的信道競爭。而EDCA中的TXOP機制就是允許站點在一定的時間（TXOPlimit）內發送多個MSDU而無需再次競爭信道，可以間隔 SIFS 時間連續地傳輸 TXOPN[i]個數據，如圖2所示，這種機制可以降低連續發送數據的點到點時延，提高信道的利用率。EDCA中的TXOP機制也可以稱為競爭空閑脈沖CFB（Contention Free Bursting）模式。

TXOP通過競爭產生或通過HCF授權,研究實驗證明TXOP[AC]不應超過傳送最大尺寸的數據幀的時間。由IEEE 802.11e EDCA為每個AC典型配置的TXOP[1]見表2，其中盡力而為業務和背景業務的TXOP為零，這表示它們除了傳送RTS/CTS幀只能發送一個數據幀了。EDCA機制能夠很好地支持高優先級業務傳輸。

除了使用HCF為各個AC設定的TXOP的值之外，許多研究都對不同信道情況下的TXOP設定進行了研究和實驗分析。參考文獻[5]中對系統飽和下CFB的性能分析后指出，系統在飽和狀態下，CFB增加了區分業務的能力，提高了系統性能。參考文獻[6]中分析：系統在非飽和狀態下，CFB能明顯地降低視頻數據和語音業務的時延，系統整體丟包率明顯減少。CFB增加了區分業務的能力，提高了系統性能。CFB模式下系統以犧牲低優先級的業務為代價保證了高優先級業務的服務質量。
可以得出，節點的TXOPN[i]參數設置得越大，信道的有效利用率就越大，同等情況下系統可以承載更多的業務數據傳輸。但是增大TXOPN[i]后卻帶來了另一個問題：節點的數據傳輸延遲隨著TXOPN[i]的增加而增加。當網絡中存在延遲敏感的業務時。延遲的增加將導致節點在傳輸這些業務時無法滿足其延遲方面的QoS要求。因此，TXOPN[i]參數的設置需要考慮增強系統吞吐量性能和保證數據傳輸延遲要求兩者之間的相互制約關系。

總結

以上是生活随笔為你收集整理的IEEE802.11e EDCA 中TXOP机制的分析与改进的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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