WLAN的服务质量分析

Ｗ　Ｌ　Ａ　Ｎ的服务质　里刀玎量分析　丌　韩熠刘　刚戴未央　据单元（ＭＳＤＵ　ｏ如图１所示，当一　摘要：介绍了传统无线局域网（ＷＬＡＮ）标准的服务质量（ＱｏＳ）机　制及其缺陷，并分析了新的ＷＬＡＮ标准８０２．１　１　ｅ的ＱｏＳ保证机制及其　个节点检测到物理信道空闲时间超　性能。　过分布式协作模式帧间隔（ＤＩＦＳ）　关键词：无线局域网；服务质量；　标准；分布式协作模式；点协作　之后，节点进入退避状态，每个节点　模式　维护一个退避计时器，此计时器从　Ｂａｃｋｏｆｆ—Ｔｉｍｅ＝Ｒａｎｄ［０，ＣＷ】　无线局域网（ＷＬＡＮ）使用无　作，本文简要介绍ＩＥＥＥＳ０２．１１　ｅ协　×ＳｌｏｔＴｉｍｅ中取值并按照时槽递　线信道来接入网络，为通信的移动　议的主要内容和ＷＬＡＮ支持ＱｏＳ方　减，这里ＣＷ为当前竞争窗口。当　化、个人化和多媒体应用提供了手　面的一些进展。　退避计时器为０时，节点发出请求　段。ＩＥＥＥ８０２．１ｌ作为全世界部署最　传统ＩＥＥＥ　８０２．１１的ＱｏＳ机制　发送（ＲＴＳ）信号。如果在规定时间　为广泛的ＷＬＡＮ技术成为宽带移动　１内没有允许发送（ＣＴＳ）信号返回，　接入的有效手段之一。ｗＬＡＮ应用　ＩＥＥＥ　８０２．１ｌ媒体接入控制　则节点认为发生了冲突，从而使竞　包括城市建筑群间通信、学校校园　（ＭＡ　Ｃ）子层协议定义了两种信道　争窗口加倍，选择新的退避计时器　网络、工矿企业厂区自动化控制与　接入方式：基本的在信道争用期的　重复上面的操作。　管理网络、矿山、水利、油田、港口、　分布式协作模式　（ＤＣＦ）和可选的　点协作模式使用接入点（ＡＰ）　码头、江河湖坝区、野外勘测实验、　在非信道争用　ＤＩＦＳ　二　军事流动网、公安流动网等。随着我　期的点协作模　ＳＩＦＳ１　国城市轨道交通的迅速发展和智能　式（ＰＣＦ）。　一化程度的提高，城市轨道交通系统　Ｄ　Ｃ　Ｆ采用　ＣＷｃ竞争兰　一个Ｍ　ｌ退避　中车上和地面之间的数据通信显得　载波侦听多路　ＳＴＡ移动终端　信道忙，ＮＮＮ￣ＮＮ—ｌ　越来越重要，ｗＬＡＮ由于其众多特　访问／冲突避免　图１　分布式协作模式　点成为解决车一地数据通信的有效　（ＣＳＭＡ／ＣＡ）的　手段。然而，由于ＩＥＥＥ８０２．１ｌ技术　媒体存取方式。　并没有内建对ＱＯＳ的支持，使得　移动终端在发　ＩＥＥＥ８０２．１ｌ　ＷＬＡＮ在提供音视频　送数据前要先　等需要ＱｏＳ保障的业务和列车自动　检测信道是否　控制等实时控制业务方面遇到了一　空闲，如果信道　些问题。为了增强ＩＥＥＥ８０２．１ｌ的　空闲则准备发　ＱｏＳ性能，人们已经做了大量的工　送ＭＡＣ业务数　韩　熠：铁道科学研究院通信信号研究所，博士研究生，北京１　０００８　●　ＭＯＤＥＲＮＵＲＢＡＮＴＲＡＮＳＩＴ　５／２００６项代垣巾轫蛆交癌　维普资讯 http://www.cqvip.com

控制的轮询调度策略，优先权由ＡＰ　制；接入点的轮询调度算法过于简　独立工作，首先在一个８０２．１ｌｅ节　中的点协调器（ＰＣ）来协调。ＰＣＦ　单，同样没有区分业务类型。所以传　点内部争夺传输机会（ＴＸＯＰ），获　发起数据传输的等待时间间隔称为　统的８０２．１ｌ协议对ＱｏＳ的支持存在　得传输机会的队列才能真正获得　ＰＩＦＳ，ＰＩＦＳ介于ＳＩＦＳ（最小帧间　很多问题。　间隔）和ＤＩＦＳ之间，因而ＰＣＦ比　信道接入的机会。如果有两个队列　ＤＣＦ的优先级高。如图２，ＰＣＦ的　传输时间被划分为重复的周期，即　２　８０２．１１ｅ的ＱｏＳ机制　同时获得传输机会，则通过一个调　度器来根据优先级调度一个队列　８０２．１ｌｅ改善了８０２．１ｌ协议对　接入信道。　如图４，在增强分布式协作模式　交替出现的竞争周期（ＣＰ）和非竞　于ＱｏＳ的支持。它引入了增强分布　争周期（ＣＦＰ）。ＡＰ通过检测信道　空闲点协作模式帧间隔（ＰＩＦＳ）来　抢先捕获信道，通过发送信标来发　起信标间隔。信标帧是一种管理帧，　它维持移动终端内本地定时器的同　步，并负责传送协议相关的参数。　ＰＣ周期性地产生信标帧，下一个信　标帧到来的时间被称为目标信标帧　传输时间（ＴＢＴＴ），每个信标帧都　携带该信息。每个移动终端被ＰＣ轮　询后发送数据，因而不会发生冲突。　ＰＣ通过发送ＣＦ－Ｐｏｌｌ帧轮询有数　据要发送的移动终端，移动终端接　收到轮询帧以后给出确认。若ＰＣ在　等待了一个ＰＩＦＳ的时间后没有收　到移动终端的响应，可以继续轮询　其他的移动终端，一直到ＣＦＰ的结　束。ＰＣ通过发送一个特殊的控制帧　ＣＦ－Ｅｎｄ来指示ＣＦＰ的结束并进入　竞争期周期。　从上面的描述可以看出，分布　式协作模式没有区分业务类型，各　种业务在同一优先级下竞争信道，　仅仅提供了“尽力而为”型的服务，　没有任何ＱｏＳ保证。对于点协作模　式，其ＱｏＳ支持也具有很大的局限　性：由于竞争期节点发送的数据长　度不能控制，使得下一个目标信标　传输时间（ＴＢＴＴ）的信标发送产生　延迟；而在非竞争期被轮询的节点　发送的数据大小也不可控，因此节　点的传送时间也不易被接入点控　式协作模式（ＥＤＣＦ）和混合协作模　中，还有一个重要的概念是仲裁帧　式（ＨＣＦ）两种机制。ＥＤＣＦ只在　间隔（ＡＩＦＳ）。在节点内部，不同队　ＣＰ阶段使用，ＨＣＦ在ＣＰ和ＣＦＰ期　列所拥有的帧间隔、退避时间和竞　间都可以使用。　争窗口各不相同。增强分布式协作　ＥＤＣＦ是ＨＣＦ的基础，它通过　模式中的帧间隔用有优先级区分的　引入业务流分类（ＴＣ）来实现ＱｏＳ支　Ａ　Ｉ　Ｆ　Ｓ［Ａ　Ｃ　ｉ】：Ａ　Ｉ　Ｆ　Ｓ　Ｎ［Ａ　Ｃ　ｉ】×　持，在此协议中，所有业务被分为４　Ｓｌ　ＯｔＴｉｍ　ｅ＋ＳＩＦＳ来表示。每　种接人类别（Ａｃｃｅｓｓ　Ｃａｔｅｇｏｒｙ），　个接人类别队列的退避算法为　并引入了８种业务流（Ｔ　ｒａｆｆｉ　Ｃ　Ｂａｃｋｏｆｆ—Ｔｉｍｅ［ＡＣｉ】：Ｒａｎｄ（１，　Ｓｔｒｅａｍ）以区分优先级。ＥＤＣＦ引　ＣＷ［ＡＣｉ】×ＳｌｏｔＴｉｍｅ），其竞争窗　入了４个队列，这４个队列对应于　口计算为：ｎｅｗＣＷ［ＡＣｉ］＝（ｏｌｄＣＷ　８个优先级（图３）。每个队列都　［ＡＣｉ］：１×ＰＦ）一１。图４表示了增强　ＵＺ．１ｌｅ　高优先级　………………………．．　錾…………………………．　退避　（ＡＩＦＳ）　（ＣＷ）　胤　橐　ＩＩ（　发送数据　发送数据　图３　增强分布式协作模式的业务分类　图４　增强分布式协作模式　坝代垣巾轫晤交圈５／２００６　ＭＯＤＥＲＮＵＲＢＡＮＴＲＡＮＳＩＴ＿　维普资讯 http://www.cqvip.com

分布式协作模式的一些细节。　非竞争期　Ｉ　竞争期　ＨＣＦ的ＱｏＳ保障是基于接入点　和节点间的业务量规范（Ｔｒａｆｆｉｃ　Ｓｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎ）协商而建立的。混　合协调器（ＨＣ）为各个移动终端提　供集中控制功能。在开始发送有　ＱｏＳ要求的数据之前，接入点（ＡＰ）　和节点之间建立一种叫做业务流的　虚拟连接，通过此连接，移动终端　（发送ＡＩＦＳ和退避之后）　将平均数据速率、时延限制等　图５　混合协作模式　ＴＳＰＥ　Ｃ参数传递给接入点，接入点　突发模式（Ｃ０ｎｔ　ｅｎｔｉ０ｎ—ｆｒｅｅ　的业务能力和保证业务性能的机制，　根据这些参数计算分配给各个节点　ｂｕｒｓｔ）连续地发送多个ＭＡＣ帧，　相对于传统的８０２．１ｌ　ＷＬＡＮ而言，　的Ｐｏｌｌｅｄ—ＴＸＯＰ（图５），并将各　其接入信道的时间总和不能超过接　已经有了质的飞跃，已经能够在　个Ｐｏｌｌｅｄ—ＴＸＯＰ与节点关联起　入机会的时间限制。如果节点没有　ＷＬＡＮ上为语音视频和其他实时应　来。通过这种方式，每个节点中的　数据发送，则发送一个ＱｏＳ—Ｎｕｌｌ　用提供服务。但是，由于无线环境的　调度器根据不同的优先级将发送机　帧返回给ＡＰ，接入点接着轮询其他　复杂特性以及网络负载情况的不同，　会和业务流联系起来。值得注意的　的节点。　这些相对比较简单的ＱｏＳ机制还需　是，在ＩＥＥＥ　８０２．１ｌ　ｅ的竞争周期，　３结论　要进一步地改进和完善，另外，当移　ＡＰ可以随时控制信道，这个时间段　动终端在ＷＬＡＮ覆盖范围内的不同　称为控制接入阶段（ＣＡＰ）。在ＡＰ　通过前面的叙述，可以看到采　ＡＰ漫游切换的过程中，ＱｏＳ机制的　控制时间内，当一个节点收到ＱｏＳ　用了８０２．１ｌｅ协议以后，ＷＬＡＮ已　保证也是非常重要和需要改善的。　ＣＦ—Ｐｏｌｌ帧之后，被允许以无竞争　经具备了区分对待有不同ＱｏＳ需求　收稿日期２００６—０５—１０　（上接第１３页）总线通信，通信速率　取代了大量的点对点的长距离信号　新型的网络集成式全分布式控制系　提高，网络仲裁效率高，提高了系统　电缆，节省大量电缆，减少了工程造　统一一现场总线控制系统。然而，每　的实时控制能力；数据传送全数字　价和施工以及调试工作量，可加快　种现场总线技术的侧重面不同，没　化，提高了系统的抗干扰能力。　工程进度，而且可以取消传统的大　有一种现场总线适合所有的应用领　（２）提高了系统的可靠性。由　控制室设计，节约用地和建筑面　域。因此，多种现场总线之间的集成　于系统的结构简化，设备间连线减　积；另外，由于自动化程度的提高，　以及现场总线与传统的控制系统间　少，现场仪表功ＩＩＩＩ强，减少了信号　减少了值班人员。　的集成是今后一段时间内现场总线　的往返传输，提高了系统的工作可　总之，现场总线技术的引进大　技术发展的一个主要趋势。　靠性。　大提高了各监控子系统的可靠性、　参考文献　（３）具有良好的扩展性。现场　经济性和自动化水平。　ｌ　阳宪惠．现场总线技术及其应用．　总线网络系统是开放的，各不同厂　家的设备之间可以进行互连，因此，　５结论　北京：清华大学出版社，ｌ９９９　２　魏晓东．城市轨道交通自动化系　将来对系统进行扩展很方便。　现场总线技术是当今自动化领　统与技术．北京：电子工业出版　（４）提高了经济效益。系统采　域技术发展的热点之一，同时也使　社．２００４　用面向对象的分散分布式设计，用　综合监控系统朝着智能化、数字化、　极少量的通信电缆所组成的通信网　信息化、网络化的方向迈进，形成　收稿日期２００６—０７—２４　●　ＭＯＤＥＲＮＵＲＢＡＮＴＲＡＮＳＩＴ　５１２００６坝代城市轨朦交嘎