石 春，何書前，鄧正杰，張 潔

（1.海南師范大學(xué) 信息科學(xué)技術(shù)學(xué)院，海南 ?？?71158；2.瓊臺(tái)師范高等?？茖W(xué)校 信息技術(shù)系，海南 ?？?71127）

0 引 言

為支持不同業(yè)務(wù)優(yōu)先等級(jí)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，IEEE 802.11［1，2］協(xié)議族提供了最普遍的信道接入控制機(jī)制，提供了滿足QoS服務(wù)相對(duì)應(yīng)的協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)。IEEE 802.11e處理碰撞的性能在文獻(xiàn) ［3－6］中得到比較詳細(xì)的分析；文獻(xiàn) ［3，4］分析討論了IEEE 802.11e的特性以及相關(guān)的QoS約束條件對(duì)于網(wǎng)絡(luò)性能的影響；文獻(xiàn) ［7－12］提出了一些最優(yōu)配置和自適應(yīng)接入機(jī)制，這些方法主要在IEEE 802.11e基礎(chǔ)上提供支持QoS需求。通常，現(xiàn)有方法會(huì)分析不同優(yōu)先等級(jí)之間節(jié)點(diǎn)的接入性能，忽略了相同優(yōu)先等級(jí)節(jié)點(diǎn)之間的競爭接入。

本文 從 信 道 狀 態(tài) 信 息 （channel status information，CSI）與接入?yún)?shù)之間的關(guān)系著手，分析不同優(yōu)先等級(jí)業(yè)務(wù)類型接入方案參數(shù)調(diào)整策略，提出分布式自適應(yīng)接入方案DAAM 方 案 （distributed and adaptive access mechanism，DAAM）。在該方案中，節(jié)點(diǎn)根據(jù)信道中節(jié)點(diǎn)數(shù)量，首先給出低優(yōu)先等級(jí)業(yè)務(wù)類型接入?yún)?shù)調(diào)整方案，然后再給予不同優(yōu)先等級(jí)業(yè)務(wù)類型比例關(guān)系，給出高優(yōu)先等級(jí)業(yè)務(wù)類型接入?yún)?shù)。

1 EDCA 接入方案退避策略

在IEEE802.11協(xié)議族的發(fā)展過程中，帶碰撞避免的載波偵聽多址接入 （carrier sense multiple access with collision avoidance，CSMA／CA）機(jī)制是解決數(shù)據(jù)傳輸碰撞問題的主要方法。在基于競爭的接入方案中，比如，DCF 和EDCA接入方案等，均采用CSMA／CA 機(jī)制。

和DCF 接入方案不同之處在于，在EDCA 接入方案中，首先根據(jù)接入類型，確定用戶的級(jí)別，進(jìn)而采用相應(yīng)參數(shù)進(jìn)行調(diào)整。

1.1 碰撞處理

在EDCA 方案中，采用了DCF方案同樣的碰撞處理策略，關(guān)鍵內(nèi)容是二進(jìn)制指數(shù)退避 （binary exponential back off，BEB）算法。

在BEB算法中，包含兩個(gè)基本步驟：第一步，設(shè)定CW 的大小，并在 ［0，CW］范圍內(nèi)隨機(jī)均勻選擇一個(gè)數(shù)值作為退避時(shí)間計(jì)數(shù)器初始數(shù)值；第二步，當(dāng)信道空閑時(shí)，逐一遞減計(jì)數(shù)器數(shù)值。

例如，節(jié)點(diǎn)A 采用BEB算法，當(dāng)其緩存隊(duì)列中有數(shù)據(jù)需要傳輸，節(jié)點(diǎn)A 首先設(shè)置一個(gè)初始CW 大小，然后在在［0，CW］范圍內(nèi)選擇一個(gè)數(shù)值作為計(jì)數(shù)器初始數(shù)值。當(dāng)確定了退避時(shí)間計(jì)數(shù)器后，節(jié)點(diǎn)A 監(jiān)測(cè)當(dāng)前信道的狀態(tài)。假如信道處于忙的狀態(tài)，節(jié)點(diǎn)A 則凍結(jié)計(jì)數(shù)器遞減過程；假如信道保持空閑一定時(shí)間，節(jié)點(diǎn)A 則逐一遞減計(jì)數(shù)器數(shù)值。當(dāng)計(jì)數(shù)器數(shù)值遞減至 ‘0’時(shí)，節(jié)點(diǎn)A 開始進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。

傳輸數(shù)據(jù)后，如果沒有接收到相應(yīng)應(yīng)答信號(hào)，節(jié)點(diǎn)A判斷數(shù)據(jù)傳輸過程發(fā)生碰撞。此時(shí)，節(jié)點(diǎn)A 將以倍數(shù)增大CW 的大小 （直至達(dá)到CW 的最大值 （CWmax）），然后在新的 ［0，CW］范圍內(nèi)重新選擇退避時(shí)間計(jì)數(shù)器數(shù)值，開始計(jì)數(shù)器遞減過程；如果數(shù)據(jù)傳輸成功，當(dāng)節(jié)點(diǎn)A 接收到應(yīng)答信號(hào)，則將CW 大小重置為最小值 （CWmin）。每一次數(shù)據(jù)傳輸，節(jié)點(diǎn)均重復(fù)以上參數(shù)調(diào)整過程。BEB 算法因其簡單性而被廣泛使用。在BEB 算法中，節(jié)點(diǎn)僅依據(jù)自身上一次數(shù)據(jù)傳輸?shù)臓顟B(tài)進(jìn)行相應(yīng)參數(shù)調(diào)整。雖然進(jìn)行了信道狀態(tài)的監(jiān)測(cè)，節(jié)點(diǎn)并沒有有效利用信道擁塞狀態(tài)信息。

EDCA 方案和DCF方案的最大差別在于：EDCA 方案根據(jù)QoS服務(wù)要求，設(shè)定了不同業(yè)務(wù)的接入類型和接入?yún)?shù)數(shù)值范圍。

1.2 EDCA用戶等級(jí)和接入類別

在表1中，給出了8 種用戶優(yōu)先等級(jí) （user priority，UP）和4種接入類別 （access category，AC）的映射關(guān)系。將接入類型劃分為背景業(yè)務(wù)、盡力而為業(yè)務(wù)、視頻業(yè)務(wù)和音頻業(yè)務(wù)4種類型。其中，音頻業(yè)務(wù)由于對(duì)于時(shí)延性能要求比較高，處于最高的優(yōu)先級(jí)別。背景業(yè)務(wù)則處于最低優(yōu)先級(jí)別。針對(duì)每一種接入類別AC，EDCA 方案提供了差異化和分布式信道接入，用于支持相應(yīng)QoS服務(wù)要求。

在EDCA 方案中，不僅需要處理節(jié)點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)傳輸碰撞，還需要解決內(nèi)部不同業(yè)務(wù)類型之間的信道接入。在標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議中，給出了一種參考應(yīng)用模型，如圖1所示。

表1 用戶優(yōu)先級(jí)別和接入類別映射關(guān)系

圖1 EDCA 方案參考應(yīng)用模型

在圖1中，節(jié)點(diǎn)內(nèi)部允許產(chǎn)生不同優(yōu)先級(jí)別的數(shù)據(jù)包。參照表1映射關(guān)系，節(jié)點(diǎn)內(nèi)部產(chǎn)生的數(shù)據(jù)包采用不同的接入?yún)?shù)，進(jìn)入相應(yīng)類別的數(shù)據(jù)緩沖區(qū)排隊(duì)，數(shù)據(jù)包被節(jié)點(diǎn)調(diào)度后參與信道接入競爭。

1.3 CW 數(shù)值范圍

在EDCA 方案中，不同的接入類別具有不同的數(shù)據(jù)傳輸優(yōu)先等級(jí)，分別采用不同的接入?yún)?shù)。核心的接入?yún)?shù)主要包括競爭窗口 （CWmin［AC］，CWmax［AC］），任意幀間隔 （AIFS ［AC］）和傳輸機(jī)會(huì) （TXOP ［AC］）。其中，AIFS和TXOP參數(shù)并不能有效解決網(wǎng)絡(luò)規(guī)模變化引起的性能下降問題［13］。由于調(diào)整范圍廣，競爭窗口CW 是優(yōu)化性能的主要研究內(nèi)容。表2給出相應(yīng)的參數(shù)數(shù)據(jù)。

表2 EDCA 方案參數(shù) （單位：時(shí)隙）

表2給出了不同接入類別中參數(shù)范圍。其中，aCWmin數(shù)值 為31 （slots，時(shí) 隙），aCWmax數(shù) 值 為1023 （slots）。AIFS取值范圍較小 （＜10 （slots）），傳輸機(jī)會(huì)TXOP依據(jù)不同的物理?xiàng)l件參數(shù)稍有差別，這兩種參數(shù)對(duì)于節(jié)點(diǎn)競爭信道影響較小，可以優(yōu)化方式單一［14］。競爭窗口動(dòng)態(tài)范圍比較大 （8 （slots）～1024 （slots）），是優(yōu)化性能的核心參數(shù)，也是研究的熱點(diǎn)。

針對(duì)不同的接入類別，EDCA 接入方案中采用了差異化的競爭窗口參數(shù)動(dòng)態(tài)范圍。音頻業(yè)務(wù) （AC＿VO）是視頻業(yè)務(wù) （AC＿VI）的競爭窗口范圍一半；視頻業(yè)務(wù) （AC＿VI）是盡力而為業(yè)務(wù) （AC＿BE）的競爭窗口范圍一半。通過簡單限定不同業(yè)務(wù)類型的競爭窗口范圍，EDCA 方案提供了支持?jǐn)?shù)據(jù)優(yōu)先等級(jí)的QoS服務(wù)要求。體現(xiàn)了音頻業(yè)務(wù)優(yōu)先級(jí)＞視頻業(yè)務(wù)優(yōu)先級(jí)＞盡力而為業(yè)務(wù)優(yōu)先級(jí)。

1.4 CW 調(diào)整規(guī)則

在EDCA 方案中，每個(gè)數(shù)據(jù)包最大重傳次數(shù)為K＝7次，最大競爭退避階段 （競爭窗口倍數(shù)增長次數(shù)）為m＝5次。通常，對(duì)于時(shí)延性能QoS要求比較高的音頻和視頻業(yè)務(wù)限定退避階段只有兩次

其中，i（i≤5）表示競爭退避階段。如式 （1）所示，相應(yīng)接入類型的當(dāng)前CW ［AC］的大小僅依據(jù)其上一次數(shù)據(jù)傳輸?shù)臓顟B(tài)，監(jiān)測(cè)的信道狀態(tài)信息對(duì)參數(shù)調(diào)整并沒有任何作用。第 （i－1）次數(shù)據(jù)傳輸發(fā)生碰撞，第 （i）次的CW［AC］會(huì)增大一倍。倍數(shù)增大的方式可以有效降低碰撞概率的發(fā)生。當(dāng)數(shù)據(jù)傳輸成功后，節(jié)點(diǎn)A 會(huì)重置CW ［AC］為最小CWmin［AC］。

在EDCA 接入方案中，同樣存在DCF 方案中的問題，比如，網(wǎng)絡(luò)規(guī)模變化導(dǎo)致性能下降。同時(shí)，針對(duì)不同接入類型和需要處理QoS服務(wù)要求，EDCA 方案中簡單劃分了不同的競爭窗口范圍，在一定程度上增加了高優(yōu)先等級(jí)業(yè)務(wù)類型的接入概率，但另一方面，增加了信道中的碰撞概率，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)規(guī)模比較大的情況下，降低整個(gè)網(wǎng)絡(luò)吞吐量性能。

在EDCA 方案中，存在兩種類型的碰撞：第一種是相同業(yè)務(wù)類型的數(shù)據(jù)之間的碰撞；第二種是不同業(yè)務(wù)類型數(shù)據(jù)之間的碰撞。其中，第二種碰撞解決方案對(duì)于網(wǎng)絡(luò)性能影響很大。因此，在自適應(yīng)接入方案中，接入?yún)?shù)調(diào)整規(guī)則和參數(shù)范圍約束是研究的核心內(nèi)容。

2 自適應(yīng)接入方案退避策略

網(wǎng)絡(luò)中傳輸?shù)牟煌瑪?shù)據(jù)業(yè)務(wù)類型直接和相應(yīng)接入?yún)?shù)關(guān)聯(lián)。高優(yōu)先等級(jí)業(yè)務(wù)類型通常采用比較小的競爭窗口參與信道競爭。而低優(yōu)先等級(jí)業(yè)務(wù)類型則采用比較大的競爭窗口。在網(wǎng)絡(luò)中存在多種業(yè)務(wù)類型，自適應(yīng)接入方案則需要處理兩種類型之間的碰撞：相同類型數(shù)據(jù)之間碰撞和不同類型數(shù)據(jù)之間的碰撞，處理碰撞的核心依然是接入方案的調(diào)整策略。高優(yōu)先等級(jí)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)參數(shù)調(diào)整不僅影響高優(yōu)先等級(jí)業(yè)務(wù)類型之間的碰撞，還會(huì)影響低優(yōu)先等級(jí)業(yè)務(wù)類型的碰撞，因此，如何調(diào)整高優(yōu)先等級(jí)業(yè)務(wù)的接入?yún)?shù)是自適應(yīng)接入方案的關(guān)鍵。

自適應(yīng)接入方案提供QoS服務(wù)，支持不同數(shù)據(jù)優(yōu)先等級(jí)，需要給出不同業(yè)務(wù)類型的接入?yún)?shù)調(diào)整方案。本文從研究低優(yōu)先等級(jí)接入?yún)?shù)入手，分析給出高優(yōu)先等級(jí)業(yè)務(wù)類型接入?yún)?shù)調(diào)整方案。

2.1 分析條件假設(shè)

在EDCA 方案中，在節(jié)點(diǎn)內(nèi)部產(chǎn)生不同的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)類型。為簡化分析，本文假設(shè)每個(gè)節(jié)點(diǎn)只產(chǎn)生一種業(yè)務(wù)類型，并且在整個(gè)過程中保持不變；高優(yōu)先等級(jí)吞吐量SH和低優(yōu)先等級(jí)吞吐量SL之間比例關(guān)系為

采用上述假設(shè)條件，能簡化分析難度，同時(shí)也符合多優(yōu)先等級(jí)業(yè)務(wù)類型的實(shí)際運(yùn)用環(huán)境。為簡化分析，本文分析兩種不同業(yè)務(wù)類型的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，假定通過IP地址劃分不同業(yè)務(wù)類型，采用末尾0～100 為低優(yōu)先等級(jí)業(yè)務(wù)類型，101～200為高優(yōu)先等級(jí)業(yè)務(wù)類型。

2.2 低優(yōu)先等級(jí)參數(shù)

低優(yōu)先等級(jí)參數(shù)調(diào)整主要針對(duì)低優(yōu)先等級(jí)業(yè)務(wù)類型進(jìn)行的接入?yún)?shù)調(diào)整。在分析過程中，假設(shè)信道中只存在同一種低優(yōu)先等級(jí)業(yè)務(wù)類型，是研究支持QoS服務(wù)需求自適應(yīng)接入方案的基礎(chǔ)。

基于文獻(xiàn)［13］研究，競爭窗口CW 和活動(dòng)節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)N之間保持線性關(guān)系，通過調(diào)整競爭窗口指標(biāo)CWI，可以獲得最優(yōu)的吞吐量等網(wǎng)絡(luò)性能。即存在CWI（θ）和CW，如下

式中：N——活動(dòng)節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)，并沒有區(qū)分活動(dòng)節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)發(fā)送數(shù)據(jù)類型是高優(yōu)先等級(jí)還是低優(yōu)先等級(jí)。結(jié)合低優(yōu)先等級(jí)業(yè)務(wù)類型接入?yún)?shù)調(diào)整方案，可以得到

式中：CWL——低優(yōu)先等級(jí)業(yè)務(wù)類型使用的接入?yún)?shù)。當(dāng)確定了接入方案，可以計(jì)算得到最優(yōu)的競爭窗口指標(biāo)參數(shù)（θopt），獲得低優(yōu)先等級(jí)業(yè)務(wù)類型環(huán)境下的最優(yōu)網(wǎng)絡(luò)性能。

2.3 高優(yōu)先等級(jí)參數(shù)

根據(jù)式 （2）條件，高優(yōu)先等級(jí)業(yè)務(wù)類型和低優(yōu)先等級(jí)業(yè)務(wù)類型吞吐量之間存在比例關(guān)系。體現(xiàn)在接入?yún)?shù)，在同一個(gè)數(shù)據(jù)傳輸周期內(nèi)，高優(yōu)先等級(jí)業(yè)務(wù)類型接入信道概率和低優(yōu)先等級(jí)業(yè)務(wù)類型接入信道概率近似符合吞吐量比例關(guān)系，即

式中：τH和τL——高優(yōu)先等級(jí)和低優(yōu)先等級(jí)業(yè)務(wù)類型在任一時(shí)隙接入信道的概率。根據(jù)文獻(xiàn) ［13］，τ≈2／CW，則式（5）可以進(jìn)一步化簡，得到

式 （6）進(jìn)一步給出了不同業(yè)務(wù)類型在接入?yún)?shù)之間的比例關(guān)系，結(jié)合式 （4），可以進(jìn)一步得到

式中：λ——調(diào)整因子 （0.1≤λ≤0.3）。在上述推導(dǎo)過程中，均采用了近似的優(yōu)化方案，因此，調(diào)整因子的主要目的是優(yōu)化競爭窗口CW 的取值范圍，使得網(wǎng)絡(luò)性能接近QoS服務(wù)質(zhì)量需求。調(diào)整近似計(jì)算中的誤差幅度，主要目的增大高優(yōu)先等級(jí)節(jié)點(diǎn)接入?yún)?shù)CW 范圍，可以降低網(wǎng)絡(luò)碰撞概率，也可以更有效獲得信道狀態(tài)信息。

2.4 業(yè)務(wù)類型測(cè)量

在不同優(yōu)先等級(jí)接入?yún)?shù)分析計(jì)算中，核心內(nèi)容是業(yè)務(wù)類型參數(shù)N 的統(tǒng)計(jì)測(cè)量。在具有不同優(yōu)先等級(jí)的網(wǎng)絡(luò)中，根據(jù)本文假設(shè)，業(yè)務(wù)類型數(shù)量等價(jià)于網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)數(shù)量?？梢缘玫焦?jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)測(cè)量方法

在式 （8）中，相關(guān)參數(shù)通過接收信道中數(shù)據(jù)包，比如，分析地址信息，節(jié)點(diǎn)可以獲得的關(guān)于不同業(yè)務(wù)類型的信息。NC表示信道中發(fā)生碰撞的次數(shù)信息。NS表示信道中成功進(jìn)行傳輸?shù)墓?jié)點(diǎn)信息，包含了兩種不同業(yè)務(wù)類型的節(jié)點(diǎn)，即

式中：NH——節(jié)點(diǎn)分析得到的信道中高優(yōu)先等級(jí)節(jié)點(diǎn)數(shù)量；NL——信道中低優(yōu)先等級(jí)節(jié)點(diǎn)數(shù)量。在不同優(yōu)先等級(jí)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，部分高優(yōu)先等級(jí)節(jié)點(diǎn)存在多次傳輸數(shù)據(jù)的情況，在式 （9）的計(jì)算中，僅統(tǒng)計(jì)一次高優(yōu)先等級(jí)節(jié)點(diǎn)。這種方式可以有效避免高優(yōu)先等級(jí)節(jié)點(diǎn)多次傳輸從而造成測(cè)量的誤差。

上述分析過程中，給出了信道中不同業(yè)務(wù)類型節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)的統(tǒng)計(jì)分析方法如式 （8）所示，基于獲得的節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)信息，分別給出了計(jì)算低優(yōu)先等級(jí)接入?yún)?shù)方法如 （4）所示和高優(yōu)先等級(jí)接入?yún)?shù)方法如式 （7）所示，從而實(shí)現(xiàn)了完整的接入方案退避策略。

3 自適應(yīng)接入方案

基于網(wǎng)絡(luò)基本信息統(tǒng)計(jì)測(cè)量如式 （8）所示，采用對(duì)應(yīng)高優(yōu)先等級(jí)接入?yún)?shù)計(jì)算方法如式 （7）所示和低優(yōu)先等級(jí)接入?yún)?shù)計(jì)算方法如式 （4）所示，不同類型的節(jié)點(diǎn)可以獲得滿足QoS服務(wù)質(zhì)量要求的網(wǎng)絡(luò)性能?，F(xiàn)對(duì)自適應(yīng)接入方案總結(jié)如下：

步驟1 統(tǒng)計(jì)信息。在退避計(jì)數(shù)器遞減過程中，節(jié)點(diǎn)感知信道狀態(tài)并接收數(shù)據(jù)包信息。通過分析成功接收的數(shù)據(jù)包，根據(jù)發(fā)送源IP地質(zhì)信息和式 （9），節(jié)點(diǎn)統(tǒng)計(jì)得到信道中成功傳輸?shù)墓?jié)點(diǎn)信息NS；令NC等于信道中發(fā)送的碰撞次數(shù)信息，根據(jù)式 （8），節(jié)點(diǎn)可以獲得網(wǎng)絡(luò)基本業(yè)務(wù)信息數(shù)據(jù)。

步驟2 調(diào)整參數(shù)。根據(jù) （步驟1）統(tǒng)計(jì)業(yè)務(wù)類型數(shù)值，不同接入類型節(jié)點(diǎn)根據(jù)式 （4）和式 （7）調(diào)整相應(yīng)接入?yún)?shù)CW ［AC］。其中，高優(yōu)先等級(jí)節(jié)點(diǎn)需要結(jié)合信道狀態(tài)信息確定式 （7）中的調(diào)整因子λ，通常，取λ＝2。當(dāng)確定了不同業(yè)務(wù)類型接入?yún)?shù)，節(jié)點(diǎn)在 ［0，CW］中隨機(jī)選擇退避時(shí)間計(jì)數(shù)器數(shù)值并開始計(jì)數(shù)器遞減過程，并依據(jù)步驟1統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)；

步驟3 傳輸數(shù)據(jù)。當(dāng)計(jì)數(shù)器數(shù)值遞減到 ‘0’時(shí)，節(jié)點(diǎn)發(fā)送RTS幀進(jìn)行信道預(yù)約，并開始數(shù)據(jù)傳輸。當(dāng)數(shù)據(jù)傳輸成功或者信道預(yù)約失敗，節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)到步驟2進(jìn)行參數(shù)調(diào)整；

步驟4 轉(zhuǎn)換狀態(tài)。當(dāng)緩存隊(duì)列不為空，或者有數(shù)據(jù)需要重傳，節(jié)點(diǎn)均需要啟動(dòng)步驟1，在退避過程中進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，處于信道監(jiān)測(cè)狀態(tài)；當(dāng)退避計(jì)數(shù)器遞減到 ‘0’，節(jié)點(diǎn)則進(jìn)入步驟3，開始數(shù)據(jù)傳輸狀態(tài)。當(dāng)節(jié)點(diǎn)完成一次傳輸，或者傳輸發(fā)生碰撞，節(jié)點(diǎn)則轉(zhuǎn)入步驟2，調(diào)整參數(shù)后開始新一輪的數(shù)據(jù)傳輸過程。

與文獻(xiàn) ［7－12］相比較，本文提出的分布式自適應(yīng)接入方案保留了EDCA 方案中的過程和功能，并沒有增加算法的復(fù)雜性。該分布式自適應(yīng)接入方案，優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面：第一，參數(shù)調(diào)整主要結(jié)合信道狀態(tài)信息的分析測(cè)量結(jié)果，從而消除了參數(shù)調(diào)整和節(jié)點(diǎn)自身數(shù)據(jù)傳輸狀態(tài)之間的依賴關(guān)系，能保持網(wǎng)絡(luò)中較低的碰撞概率；第二，基于信道狀態(tài)信息的線性接入?yún)?shù)CW 調(diào)整規(guī)則，沒有CW 范圍約束，進(jìn)一步提高了接入方案的可擴(kuò)展性能。

4 仿真與分析

本章使用了OPNET （version 14.5）驗(yàn)證本文提出的分布式自適應(yīng)DAAM 方案，并和EDCA 接入方案進(jìn)行比較。假設(shè)信道處于無噪聲的理想環(huán)境，傳輸碰撞主要來自于兩個(gè)或者更多節(jié)點(diǎn)同時(shí)進(jìn)行的數(shù)據(jù)傳輸。節(jié)點(diǎn)在數(shù)據(jù)傳輸之前均使用RTS／CTS幀進(jìn)行信道預(yù)約機(jī)制。網(wǎng)絡(luò)仿真環(huán)境中，節(jié)點(diǎn)處于飽和狀態(tài)，不同接入類型節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)相同，且變化范圍在10個(gè)到50個(gè)之間。為簡化分析，本文只分析網(wǎng)絡(luò)中存在兩種不同優(yōu)先等級(jí)的情況，且SH／SL＝α／β＝2／1，調(diào)整因子λ＝0.2。在EDCA 方案中，低優(yōu)先等級(jí)業(yè)務(wù)類型CWH范圍 ［32，128］；高優(yōu)先等級(jí)業(yè)務(wù)類型CWL范圍 ［16，64］。

根據(jù)表3 參數(shù)，可以計(jì)算得到RTS／CTS 機(jī)制中最佳CWI（θopt≈10）。進(jìn)一步得到仿真結(jié)果吞吐量 （圖2）、不同優(yōu)先等級(jí)吞吐量比例關(guān)系 （圖3）和接入時(shí)延 （圖4）。

如圖2和圖3所示，隨著網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)數(shù)數(shù)量變化，在EDCA 方案中，吞吐量性能隨著節(jié)點(diǎn)數(shù)量增加而急劇下降（超過40%），不能維持業(yè)務(wù)類型之間的比例關(guān)系 （誤差甚至超過35%）。在本文提出的DAAM 方案中，吞吐量曲線呈現(xiàn)較高的性能，波動(dòng)幅度很小，并且基本保持了高優(yōu)先等級(jí)業(yè)務(wù)類型與低優(yōu)先等級(jí)業(yè)務(wù)類型之間比例關(guān)系 （誤差小于5%）。

表3 主要仿真參數(shù)

圖2 吞吐量

圖3 吞吐量比例關(guān)系

圖4 接入時(shí)延

DAAM 方案能達(dá)到比較好的性能，主要原因在于：第一，調(diào)整方案中采用信道擁塞狀態(tài)信息；第二，線性調(diào)整接入?yún)?shù)，沒有約束CW 的范圍，從而能有效降低信道碰撞概率，保持較好的吞吐量性能，能滿足不同業(yè)務(wù)類型的QoS需求。

圖4接入時(shí)延性能曲線中，DAAM 方案中的接入時(shí)延隨著網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)數(shù)量增加而遞增。結(jié)合式 （4）和式 （7）的調(diào)整策略，自適應(yīng)DAAM 方案接入?yún)?shù)CW 和網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)數(shù)量之間關(guān)聯(lián)，隨著節(jié)點(diǎn)數(shù)量增加而增大，因此，接入時(shí)延呈線性遞增關(guān)系。在EDCA 方案中，由于采用了固定競爭窗口CW 的方式，當(dāng)信道中碰撞概率較大的時(shí)候，存在最大的接入時(shí)延限制，超過一定時(shí)延的數(shù)據(jù)包均被丟失。因此，結(jié)合圖4的曲線，自適應(yīng)DAAM 方案不適宜時(shí)延敏感的業(yè)務(wù)類型。

5 結(jié)束語

通過分析研究支持不同優(yōu)先等級(jí)業(yè)務(wù)類型的接入方案，本文提出分布式自適應(yīng)DAAM 方案。該方案解決了EDCA方案中參數(shù)調(diào)整策略沒有結(jié)合信道狀態(tài)信息和簡單限定接入?yún)?shù)范圍的兩個(gè)影響性能的關(guān)鍵問題，提出了支持不同優(yōu)先等級(jí)業(yè)務(wù)類型的線性調(diào)整接入方案策略。新的參數(shù)調(diào)整方案綜合了信道中活動(dòng)節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)信息和不同優(yōu)先等級(jí)業(yè)務(wù)類型之間的比例關(guān)系，從而可以有效應(yīng)對(duì)網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的動(dòng)態(tài)變化，有效控制網(wǎng)絡(luò)碰撞概率，保持高的吞吐量性能和良好的吞吐量比例關(guān)系。仿真驗(yàn)證了算法的有效性和可擴(kuò)展性。

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