支持QoS的IEEE 802.11 EDCA性能研究

随着无线网络应用的不断发展,为了适应网络中不同类型业务的区分服务需要,IEEE 802.11工作组在IEEE 802.11 DCF(distributed coordination function)的基础上推出了支持QoS的IEEE 802.11 EDCA协议.针对EDCA(enhanced distributed channel access)协议的优先级区分信道接入特性,提出了一种基于Markov链的协议性能模型分析方法.与已有文献不同,该模型分析同时包含了EDCA主要的3个关键区分信道接入机制:Wmin/Wmax,AIFS(arbitration inter-frame space),TXOP(transmission opportunity).通过模型分析,获得了EDCA协议各优先级接入的传输吞吐量、信道接入延迟、数据丢失率等性能分析.不仅分析了饱和情形下的EDCA性能,而且还对非饱和情形下的EDCA性能进行了分析.仿真验证结果表明,模型分析结果和仿真结果取得了很好的一致性.利用给出的模型分析方法,提出了一种基于TXOP动态调整的D-TXOP(dynamic TXOP)接纳控制算法.算法根据网络中业务流的QoS要求,在动态调整各优先级的TXOP参数设置的基础上,对网络中新到业务流进行接纳控制,达到提高网络的业务承载能力的目的.     

AIFS 区分的IEEE 802.11e EDCA 吞吐率分析模型与自适应MAC 算法

针对IEEE 802.11e EDCA(enhanced distributed channel access)支持业务区分服务的特点,提出了一个基于AIFS(arbitration inter-frame space)区分的信道吞吐率分析模型,该模型将不同接入等级的业务统一到一个信道模型中进行分析.通过数值计算结果与仿真实验结果的对比,验证了该模型的准确性,尤其是在分析信道吞吐率方面更优于Xiao 的Markov 链模型.根据提出的分析模型,研究了近似优化条件,使得各类优先级业务的发送概率平衡虚拟发 送时间段中空闲时间与冲突持续时间对系统性能的影响,实现靠近最优的信道吞吐率,从而使计算复杂度大为减小. 利用数值分析的方法验证了近似优化条件实现靠近最优信道吞吐率的可行性.最后,提出的DPS(dynamicparameter-tuning scheme)算法根据负载情况自适应地调整不同级别业务的相应参数,使得系统时时满足优化条件,在各种场景下都能实现最大信道吞吐率,同时又满足EDCA 支持QoS 区分的要求.仿真结果验证了DPS 算法不仅能够根据竞争节点的数目变化对信道吞吐率进行优化,而且其性能也明显优于标准的IEEE 802.11e EDCA 机制.     

一种饱和状态下EDCA机制新的性能分析模型

针对支持QoS的IEEE 802.11e协议的优先级区分信道接入特性,提出了一种新的性能分析模型方法。考虑在饱和状态下,该模型分析包含了EDCA主要三个方面:AIFS(arbitribution inter-frame space)区分机制,信道和帧拥塞机制以及不同的竞争窗口大小。在不同的传输负荷,节点数和网络结构条件下。模型分析的值与仿真值在各个优先级接入的传输吞吐量,信道接入延迟和数据丢失率等性能有很好的一致性。     

支持服务区分的多智能体Q学习MAC算法

媒体访问控制(MAC)协议负责协调所有认知用户的空闲信道接入服务,是认知 Ad-hoc 网络支持服务质量(QoS)的关键技术之一。在二进制指数退避算法基础上,提出一种支持服务区分的多智能体Q学习MAC算法。实时调整传输概率,使系统信道接入服务达到最优,建立传输概率调节的Markov链模型,导出分组的传输概率与协议参数的关系,给出基于服务区分的信道吞吐率模型,建立基于MAC协议参数学习的多智能体Q学习算法。实验结果表明,该算法能满足高优先级业务的QoS,且吞吐率和时延性能优于IEEE 802.11e EDCA机制。     

IEEE 802.11e EDCA多优先级混合时隙传输方法

针对无线局域网中各种多媒体数据业务对传输QoS的不同需求,在IEEE 802.11e EDCA机制的基础上提出了一种多优先级混合时隙传输方法。该方法规定一段时间为一个混合时隙,期间包含的时隙数小于等于业务的种类数,各业务按照传输QoS的需求组合分配到不同优先级的时隙中进行传输,从而调节不同传输QoS需求业务在数据链路层的碰撞概率。与传统的IEEE 802.11e EDCA机制相比,多优先级混合时隙传输方法降低了站点之间的碰撞概率,提高了需求业务的吞吐量、丢包率、媒质访问延迟等网络性能指标。对于站点变动较大的网络,其具有较强的抗扰动性。     

基于802.11e EDCA的无线网络传输性能仿真与分析

首先从理论上对比分析了IEEE 802.11 DCF和IEEE 802.11e EDCA这两种MAC接入机制;然后运用NS2网络模拟软件,仿真网络中视频、FTP和背景流在不同MAC协议网络中的性能表现,证实了IEEE 802.11e EDCA能提供QoS支持,提升无线网络传输性能。     

IEEE 802.11e EDCA机制的一种参数调节策略

研究了IEEE 802.11e EDCA机制的原理和无线信道利用模型,阐明了EDCA参数设置对其性能的重要性。在此基础上,提出了一种简单有效的参数调节策略。仿真结果表明,该参数调节机制在保证实时业务要求的同时,可以显著提高数据流的吞吐率,优化了EDCA机制的运行性能。     

WLAN基于竞争的信道接入机制分析研究

在文中,首先介绍了IEEE802.11 MAC层采用的DCF接入机制,然后介绍了IEEE802.11e MAC层采用的EDCA机制。对比分析DCF和EDCA接入机制,指出优点和不足,提出了下一步的研究方向。     

IEEE802.11e无线局域网中的接入延迟分析模型

IEEE802.11e标准为各个服务类别制定了不同的信道竞争参数数值,使得无线局域网具备了业务区分能力。标准中所提出的增强型分布式接入方式主要包括虚拟碰撞、节点回退、最小竞争窗口以及仲裁帧间隔等机制。本文建立三维离散马尔可夫模型分析队列在接入过程中的竞争行为,进而准确估计各个队列的接入延迟。仿真结果表明,该模型能够准确地描述资源竞争情况,接入延迟计算法方法可根据不同系统参数精确地计算接入延迟性能。     

IEEE 802.11e EDCA协议吞吐率性能分析模型

对IEEE 802.11e增强的分布式控制接入协议进行了详细分析,对比分布式协调功能DCF与增强的分布式控制接入EDCA之间的差别,提出了一种四维马尔科夫链模型,该模型将饱和条件情况和非饱和条件情况进行统一.该模型不仅考虑了退避计时器冻结状态、发送冲突状态、最大重传次数,还充分考虑了不同接入优先级流的内部冲突和TXOP...     

无线局域网EDCA机制MAC接入延时分析

提出一种分析模型,基于信号流图和母函数方法分析了无线局域网中EDCA(enhanced distribution channel access)机制的MAC(medium access control)接入延时.得到了MAC接入延时的概率分布和相关的数字特征,包括接入延时的均值、方差、标准差和变异系数.仿真结果与模型的分析结果吻合良好,验证了模型和计算方法的正确性.进一步分析了各类AC(access category)的发送概率、碰撞概率、挂起概率和延时均值随终端数目变化的规律;分析了MAC接入延时的成因;指出了AIFS(arbitration inter frame spacing)值对MAC接入延时的影响;指出接入延时的变异系数大于1,因此,采用负指数分布作为MAC接入延时的近似分布,会错误地估计系统的服务能力.     

Saturated throughput analysis of IEEE 802.11e EDCA

IEEE 802.11e standard has been published to introduce quality of service (QoS) support to the conventional IEEE 802.11 wireless local area network (WLAN). Enhanced distributed channel access (EDCA) is used as the fundamental access mechanism for the medium access control (MAC) layer in IEEE 802.11e. In this paper, a novel Markov chain based model with a simple architecture for EDCA performance analysis under the saturated traffic load is proposed. Compared with the existing analytical models of EDCA, the proposed model incorporates more features of EDCA into the analysis. Firstly, we analyze the effect of using different arbitration interframe spaces (AIFSs) on the performance of EDCA. That is, the time interval from the end of the busy channel can be classified into different contention zones based on the different AIFSs used by different sets of stations, and these different sets of stations may have different transmission probabilities in the same contention zone. Secondly, we analyze the possibility that a station’s backoff procedure may be suspended due to transmission from other stations. We consider that the contention zone specific transmission probability caused by the use of different AIFSs can affect the occurrence and the duration of the backoff suspension procedure. Based on the proposed model, saturated throughput of EDCA is analyzed. Simulation study is performed, which demonstrates that the proposed model has better accuracy than those in the literature.     

Throughput analysis of IEEE 802.11e EDCA under heterogeneous traffic

The amended version of IEEE 802.11e defines the enhanced distributed channel access (EDCA) for quality of service (QoS) connections. EDCA provides a priority scheme to classify different traffic categories by the arbitration inter-frame space (AIFS), and the initial and maximum contention window sizes. Most previous Markov chain analyses of EDCA have concentrated on the effect of contention window size, they neglected the effect of AIFS. In this paper, we consider of AIFS events among each back-off procedure and evaluate the saturation throughput of the IEEE 802.11e EDCA under heterogeneous traffic scenarios. The analytical model is based on the differentiated AIFS and uses the discrete time slot to analyses the external collision time. We take advantage of extensive simulation studies to validate the accuracy of the proposed model. Our models accurately estimate the effects of varied back-off window size and AIFS under heterogeneous traffic.     

交通路口场景下基于802.11p的车队通信性能分析模型

编队策略作为无人驾驶的关键技术之一已经受到广泛的研究与实际的测试了。车队经过红绿灯管制的交通路口场景时,会受到红绿灯时间、队内(外)间距、速度和前进方向等参数的影响,此时因为车队通信网络复杂多变,所以难以维持车队行驶的稳定性,因此可能会进一步造成车队中采用802.11p协议通信的车辆不能在规定的时延限制内接收到完整的重要信息,从而引发道路安全问题。针对此问题,文章考虑802.11p中支持4种传输优先级的数据接入信道的机制,即增强分布式信道接入(Enhanced Distributed Channel Access,EDCA)机制,提出了一种交通路口场景下无人驾驶车队通信性能分析模型。首先构建交通路口处车辆的通信连通网络,并通过建立无人驾驶车队移动模型获得网络通信性能;然后采用概率母函数的方法将典型的描述802.11p EDCA机制的马尔可夫模型转化为z域线性模型,针对4种接入类别的优先级差异,推导车队通信时延与包传递率(Packet Delivery Ratio,PDR)的分析模型;最后通过迭代方法计算出车队通信时延。仿真结果验证了分析模型的准确性,由实验结果可知,该模型中经过交通路口时的车队通信时延低于802.11p协议规定的100 ms且包传递率均高于0.95,因此,该模型能够保证车队通信的及时性与完整性。     

基于EDCA的WIAN QoS性能分析与仿真

分析了保证WLAN服务质量的EDCA协议的工作机制,提出了通过改变不同接入类别计算公式中的参数来改善WLAN的性能。仿真结果表明,通过改变不同接入类别的竞争窗口,可以使整个网络的平均延迟减少,而吞吐率却有大幅提高。     

Supporting QoS in IEEE 802.11e wireless LANs over fading channel

Transferring real-time traffic such as voice and video over wireless LAN networks (WLAN) requires stringent delay and jitter requirements. Recently IEEE 802.11e standard has been emerged to support QoS in WLAN. One of the methods to provide QoS in this standard is Enhanced Distributed Channel Access (EDCA) which benefits form the concept of traffic categories. However, EDCA is a contention based method; therefore it can not guarantee strict QoS required by real-time services without proper network control mechanisms. In this paper, we analyze the effect of loss and delay caused by fading channel on EDCA performance. Then, we propose a modification to the media access scheme, called CAFD (Collision Avoidance with Fading Detection) to elevate the performance against channel failures. Moreover an adjustment for the maximum number of retransmissions is proposed to maintain the delay and jitter requirements of the real-time traffic. The performances of the proposed methods are evaluated by simulations.     

非饱和状态下TCP/UDP混合流的EDCA模型分析

IEEE 802. lle EDCA机制允许采用CFB(竟争空闲突发)模式,使站点在整个TXOP中都能对媒体进行控制,进而省去部分竞争信道的时间,提高服务质量,然而很少有文献考虑动态TXOP非饱和状态模型。提出了非饱和状态下TCP/UDP混合流的简单分析模型,该模型考虑了提高服务质量的竞争自由脉冲(CFB)模式。仿真结果表明,该模型能有效地预测混合流的EDCA机制性能,并反映出混合TCP/UDP流共用信道时会产生相互影响。     

基于跨层的自适应预留带宽和多重QoS保证的EDCA流接纳控制

提出了基于跨层的自适应带宽预留和多重QoS保证的802.11eEDCA分布式流接纳控制。首先自适应分配各站点OFDM子载波比特以最大化信道容量,并将比特率跨层传送到MAC层。基于此,提出了基于分布式测量的动态带宽预留机制,使预留带宽自适应各用户信道特点和业务特征;提出了半模式化的中心控制的剩余因子估计方法,从而克服了直接测量的不准确性和分布式估计的局部性,并降低了计算复杂度;提出了基于协议模型的带宽和碰撞率双重接纳标准,使多重QoS参数同时得到保证。通过这些措施得到自上至下的自适应接纳控制。仿真表明,提出的接纳控制机制能较大地提高资源利用率,更好地保证业务质量。