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IEEE 802.11DCF模式下的优先级调度机制研究

作　者: 杜娟
导　师: 张连芳
学　校: 天津大学
专　业: 计算机应用技术
关键词: 无线局域网（WLAN）服务质量（QoS） IEEE 802.11 标准媒体访问控制（MAC）分布式优先级调度（DPS）先到达先服务（FCFS）
分类号: TN925
类　型: 硕士论文
年　份: 2004年
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内容摘要

随着无线局域网（WLAN）的广泛应用和对实时多媒体业务需求的不断增加，在无线局域网中提供质量保证服务（QoS，Quality of Service）已经成为一项重要的极具挑战性的任务。相对于传统的 Best Effort 型业务，实时业务对于诸如带宽、延迟、延迟抖动等网络服务参数有更加严格的要求。要为实时业务提供可靠的有质量保证的服务，无线网络媒体访问控制层（MAC）的优先级调度问题是一个关键。IEEE 802.11 标准是目前应用最为广泛的无线网络标准，它对 MAC 层的定义包括两种访问机制，分别是分布式协调功能（DCF）和点协调功能（PCF）。近年来，人们在该标准的基础上提出了很多有价值的 QoS 机制。包括 PCF 在内的一些机制，需要通过中心控制和对无线节点的不断轮询来实现，这样的要求极大地限制了无线局域网的运作模式。因此，大部分 QoS 机制采用的都是基于 DCF的更加灵活的分布式控制。然而，这些机制大都没有对实时业务的最大延迟限度问题给予足够的考虑，而且没有同时顾及全局的 QoS。对于实时业务来说，只保证较低的平均延迟是不够的，还应该尽量使每一个数据包都能够在最大延迟限度内传输成功。同时，鉴于无线网络的有限带宽，提供 QoS 支持的开销不宜过大，还应注意保证实时流间的公平性。本文详细地介绍了 IEEE 802.11 的 MAC 层机制，分析了实时业务在 DCF 机制下的性能表现，并较全面地讨论了当前基于 DCF 的各种 QoS 机制。针对这些机制的不足，本文提出了一种新的称为分布式优先级调度（DPS）的 QoS 机制。该机制通过后退时间方法为实时业务提供吞吐率和平均延迟方面的优先级，并在实时业务内部采用一种近似 FCFS 的调度方式和新的碰撞解决机制。仿真实验表明，该机制不但能够为实时业务提供高吞吐率和较小的平均延迟，还使得实时业务的最大延迟限度问题得到了很好的解决。同时，信道利用率没有因为实时数据的优先传送而明显降低，对实时流来说，DPS 机制还是一种比 DCF 更公平的机制。

全文目录

目录  5-7
第一章绪论  7-12
  1.1 研究背景  7-10
    1.1.1 无线局域网简介  7-9
    1.1.2 无线局域网中的 QoS 支持  9-10
  1.2 选题动机  10
  1.3 论文工作  10-11
  1.4 论文结构  11-12
第二章 IEEE 802.11 标准  12-33
  2.1 无线局域网标准进展  12-14
    2.1.1 IEEE 802.11 家族  12-13
    2.1.2 HiperLAN  13-14
    2.1.3 HomeRF  14
    2.1.4 蓝牙  14
  2.2 IEEE 802.11 无线局域网  14-17
    2.2.1 系统体系结构  14-16
    2.2.2 协议体系结构  16-17
  2.3 IEEE 802.11 标准的物理层  17-21
    2.3.1 跳频扩频(FHSS)  17-18
    2.3.2 直接序列扩频(DSSS)  18-19
    2.3.3 红外传输技术(IR)  19-20
    2.3.4 IEEE 802.11b 的增强物理层  20-21
  2.4 IEEE 802.11 的 MAC 层  21-33
    2.4.1 DCF 机制  21-27
    2.4.2 PCF 机制  27-30
    2.4.3 MAC 层的管理功能  30-33
第三章 IEEE 802.11 下的 QoS 机制  33-46
  3.1 IEEE 802.11 下实时业务的性能表现  33-38
    3.1.1 仿真软件 NS  34-35
    3.1.2 实时业务在 IEEE 802.11 下的性能  35-38
  3.2 IEEE 802.11 下 QoS 研究现状  38-46
    3.2.1 GAMA 机制  38-39
    3.2.2 Aad-Castelluccia 机制  39-40
    3.2.3 Deng 机制  40
    3.2.4 VMAC-VS 机制  40-41
    3.2.5 EDCF 机制  41-42
    3.2.6 AEDCF 机制  42-43
    3.2.7 Black-Burst 机制  43
    3.2.8 DFS 机制  43-44
    3.2.9 DBASE 机制  44-45
    3.2.10 DWOP 机制  45
    3.2.11 研究现状总结  45-46
第四章分布式优先级调度机制 DPS  46-68
  4.1 问题的提出:实时业务的 QoS 问题  46-47
    4.1.1 解决 QoS 问题的必要性  46
    4.1.2 现有机制存在的问题  46-47
  4.2 解决方案:分布式优先级调度 DPS  47-49
  4.3 实时业务流的调度  49-54
    4.3.1 近似 FCFS 调度方式  49-50
    4.3.2 后退时间的选取区间  50-53
    4.3.3 实时流的碰撞解决  53-54
  4.4 非实时业务流的调度  54-55
  4.5 DPS 机制的仿真实现  55-60
    4.5.1 DCF 机制在 NS 中的实现  55-58
    4.5.2 DPS 机制在 NS 中的实现  58-60
  4.6 DPS 机制的性能评价  60-68
    4.6.1 实验环境  60
    4.6.2 实验结果与分析  60-67
    4.6.4 DPS 总结  67-68
第五章结论与展望  68-70
  5.1 全文总结  68
  5.2 研究展望  68-70
参考文献  70-73
发表论文和参加科研情况说明  73-74
致谢  74

IEEE 802.11DCF模式下的优先级调度机制研究

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