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基于EDCA中竞争窗口的改进机制分析 周雯 雷维礼 （电子科技大学通信与信息工程学院 成都 610054） 【摘要】：增强的分布式信道接入机制(EDCA，Enhanced Distributed Channel Access)是IEEE 802.11e工作组在IEEE 802.11协议DCF机制的基础上进行的QoS支持扩展，许多学者通过改进退避算法和自适应调整协议参数来提高EDCA的性能。本文主要分析比较其中一些基于竞争窗口（CW，Contension Windows）的改进机制。 关 键 词 ：EDCA；竞争窗口；退避机制。 引言 随着无线网络技术的不断发展，基于IEEE 802.11标准的无线局域网近年来得到了快速、广泛的应用。但由于各种新业务的相继出现，对网络性能有了更高的要求，不同业务在吞吐率、带宽、延时等方面有着不同的要求。增强分布式信道接入机制(EDCA，Enhanced Distributed Channel Access) 是IEEE 802.11e工作组在IEEE802.11中DCF机制的基础上进行的QoS支持扩展，MAC级QoS增强的引入使得无线局域网可以开始较好地为音频业务和视频业务等提供具有优先级的支撑。 但是由于网络状况的复杂性，EDCA中的静态参数设置并不能使系统性能实现最优，很多研究表明，在高负载状况下由于网络中有较高的冲突率，EDCA的性能表现并不如人意。因此，对协议参数的自适应调整以保证不同网络负载情况下的协议性能成为当前研究的热点。其中，竞争窗口（CW, contention windows）对协议的性能有着重要影响，许多学者都在研究关于CW的自适应调整机制及相关退避算法的改进。例如，Lamia Romdhani提出的自适应EDCF机制(AEDCF，Adaptive EDCF)，Younggoo Kwon提出的快速碰撞解决机制（FCR，fast collision resolutio），以及Mohammad Malli提出的自适应公平性EDCF机制（AFEDCF，Adaptive Fair EDCF）等。本文先对IEEE 802.11e EDCA中的竞争窗口CW及其相关的退避机制进行简要概述，然后分别描述不同学者在AEDCF、FCR、AFEDCF等机制中所做的改进，并进行简单的分析比较。 EDCA中基于竞争窗口的退避机制概述 为了保证实时业务的QoS要求，EDCA定义了8类业务类别（TC，Traffic Category）和4类基于IEEE 802.1D的接入类别（AC，Access Category），8类TC分别映射至4类AC的队列中：AC_VO，AC_VI，AC_BE和AC_BK，分别代表语音（Voice）类，视频（Video）类，尽力而为（Best Effort）类和背景（Background）类。每类AC具有不用的仲裁帧间间隔(AIFS，Arbitration Interframe Space)、最小竞争窗口值和最大竞争窗口。802.11e EDCA的基本访问机制如图2-1所示。 从图中可以看出，拥有较小的AIFS或竞争窗口的AC将优先获得无线信道的访问权。每个发送队列在竞争信道过程中，使用各自的, , 和最大重传次数。当因竞争信道发生冲突时，就进入退避过程。在此过程中，将退避计数器Backoff Timer置为[0,CW]范围内的任一整数值。 的初始值设为。当发生碰撞时，的值就增加为，当增加到时，就维持的值不变，不再增加。当数据帧成功发送之后，将的值重置为，继续侦听信道。退避计时器每检测到一个空闲时隙，其值（BT）减1，最先减到零的数据帧占用信道，若节点内多个AC的退避计时器同时减到零，则较高优先级队列的数据帧将占用信道，其他数据帧又进入新一轮的退避过程。 图2-1 802.11e EDCA的基本访问机制 各种基于竞争窗口的改进机制分析 3.1 AEDCF（Adaptive EDCF） 式（3-2） 为了使不同业务在更新其CW值时仍旧确保不同业务类别间的优先级关系，每类业务应使用不同的参数进行CW的调整，故而提出一个乘数因子MF（Multiplicator Factor），i类业务的乘数因子MF定义如下： 式（3-3） 式（3-3）使得高优先级业务用较小的MF值调整CW参数。 在AEDCF的退避机制中，每次成功传送i类业务的数据帧后，并不是简单的将重置为，而是以如下机制进行更新： 式（3-4） 式(3-4)保证了一直大于等于，并且维持其接入信道的优先级。 当i类业务的数据帧每一次传送失败时，也不再如EDCA