无线局域网MAC层QoS机制论述.docVIP

无线局域网MAC层QoS机制论述 摘要：无线局域网由于技术简单、成本低廉并能提供高速率的数据传输而得到广泛的应用，如何在有限的网络资源和不稳定的物理介质前提下在MAC层提供有效QoS服务,成了无线网络研究界的一个新的课题。本文分析并总结了当前在无线局域网提供QoS的技术难点和主要的QoS提供策略,对现存的QoS提供机制从两个角度进行了分类和概括,最后指明了MAC层QoS研究的发展方向。 关键字：无线局域网，QoS，802.11，802.11e Abstract WLAN is widely applied due to its simplicity, low-cost and high-speed data transmission. what we can do to provide effective QoS support at MAC layer is an important research issue. In the light of recent QoS research on WLAN at MAC layer, this paper summarizes the difficulties and principles of QoS provisioning for WLAN. Taxonomy of the existing QoS schemes is given which guides the analysis of various QoS protocols and mechanisms. Finally, this paper pointed out the research trend of QoS MAC schemes for WLAN. Keywords WLAN, QoS, 802.11, 802.11e 引文 由IEEE组织制定的802.11标准体系是当前最为广泛使用的WLAN技术,但是就802.11协议本身来说并不直接对QoS具有支持,这已经成为802.11网络不能被QoS要求高的多媒体无线应用(如VOIP, DTV)所接受的主要原因。因此,一批新近的研究围绕无线局域网的QoS问题提出了不同的解决方案, 本文分析了传统802.11 协议的MAC 层，指出了它在QoS 支 持上的局限性，并进一步讨论了802.11e协议中针对QoS要求对传统802.11协议作出的改进。 一 MAC层在无线QoS中的作用 无线介质和有线介质传输的固有特性决定了这两类网络在提供QoS时必须对所关注的协议层各有所侧重。在有线介质的网络中,QoS提供往往更关注网络层和传输层,但WLAN作为一种典型的共享信道网络,对其实现QoS支持更需要来自于MAC层的支持。这里的原因具体可以通过归纳有线网络和WLAN的媒质访问的区别来进行解释。WLAN和传统LAN具有不同的竞争模型。在有线网络中,竞争被有效地控制在传播介质上(图1a), 图中任何2个节点需要通信时,4个节点通过介质的连结而自然地成为一个竞争域。而在无线环境中,竞争则是位置相关的。如图1b所示,如果A与B需要进行双向通信,C由于在B的广播范围内而成为竞争域的成员,而D仍然是自由的,所以只有ABC互相竞争。若C和D要进行双向通信,竞争域的成员将是BCD。而若B与C进行双向通信,4个节点都将成为竞争域的一员而互相竞争介质访问权。这种复杂的竞争关系为设计一种有效利用WLAN介质资源的协议增加了难度。以上所述的节点竞争关系是一种位置相关(Location Depend-ent)的竞争。此外,无线节点对介质当前所处状态具有不确定性。无线网络中节点之间无法相互感知对方的收发状态,由此造成所谓的隐藏终端和暴露终端的问题。在隐藏终端问题里,发送方错误以为接受方为空闲状态而发送不可能被收到的数据帧。而在暴露终端问题中,发送方错误地以为接受方繁忙而丧失了成功发送数据帧的机会。正是由于WLAN中网络节点的通讯是通过访问共享的无线介质来实现的,通讯的效率其实也就是无线介质访问的效率。因此WLAN的MAC层在提供QoS支持上就显得尤为重要。 二、 传统802.11 的MAC 访问协调机制 IEEE802.11协议用划分时间段的方法来避免冲突。基本思路是：当某个站点需要发送数据时，必须在监测到信道空闲期间大于某一时间间隔以后再开始发送帧，否则进入退避并延迟发送，直至监测到所需要的帧间隔。该协议MAC 层定义了两种信道接入方式：基本的分布式协作模式（DCF）和可选的点协作模式（PCF）。 2.1 基本的分布式协作模式（DCF） DCF 是IEEE802.11MAC 的基本访问方法。DCF是基于载波监听、冲突避免机制（CSMA\CA）的。当一个节点有数据要发送