基于IEEE802.11 WLAN QoS机制的研究

【摘要】：IEEE 802.11WLAN是目前发展最快、应用最广的无线网络协议之一。随着其不断的修订与完善其传输速率也越来越高。802.11a采用OFDM调制技术,最高传输速率可达54Mbps,目前802.11n工作组已经成立,802.11n采用MIMO-OFDM,计划将无线局域网的传输速率由54Mbps增至108Mbps,最高可达320Mbps,成为继802.11b、802.11a、802.11g后的另一个突破。无线局域网这么高的传输速率使它足可以满足多媒体等时限业务的要求,而对于一个商用无线网络来说,提供适当的QoS至关重要。专家预言,无线局域网对QoS要求的支持程度是它能否在未来无线领域获得成功的关键。 本文主要对IEEE 802.11 WLAN的QoS进行了研究。首先,论文介绍DCF和PCF两种MAC访问机制的工作原理以及两种机制在支持QoS方面的缺陷。然后,介绍了IEEE802.11 MAC增强机制802.11e,由于实际情况及研究条件的原因本文主要对基于竞争的增强信道接入机制(EDCF)进行了研究,并通过Markov模型的建立从理论上对EDCF机制进行了分析。EDCF机制通过引入了业务流分类(TC),把各种传输数据按照QoS的要求分为8个优先级,优先级高的数据流将会分配较小的IFS和CW,保证了高优先级数据可以先竞争接入信道,获得较大的传输带宽,从而使有时延、丢包率等QoS要求的应用得到了很好的满足,但仍存在一些问题,如吞吐量问题、高负载条件碰撞加剧导致信道利用率下降,这些都严重的影响了网络的QoS。基于此本文对IEEE 802.11 WLAN中MAC层QoS进行了更为深入的研究,提出了几种QoS增强方案。针对CFB机制,提出了一种群组ACK机制并从理论上分析了该机制的有效性,且建议把FEC/ARQ机制用于无线网络中以提高网络质量;对于无线网络中数据包的“连锁反应”提出了一种速率自适应机制(CBRA),减少数据分组间的碰撞提高信道利用率;以分组在网络队列中的时间作为参数因子,动态调整竞争窗口的大小,提高网络服务质量。并通过NS-2.26仿真工具对上述方法进行了功能验证和性能考察,针对吞吐量仿真曲线对其各自的性能进行了详尽的分析并得出结论。最后,从整个IP网络考虑,分析了端到端QoS机制。