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AdHoc网络是一组无线移动终端所组成的临时自治系统,具有多跳、分布式、自组织等技术特征。目前AdHoc网络物理层和MAC层的技术与WLAN相同,物理层采用的主要技术为IEEE802.11a/b/g/n,MAC层采用的主要技术为IEEE802.11DCF。近年来IPTV、视频会议等多媒体应用的使用越来越普遍,无线网络技术也发展迅速,人们迫切的希望可以通过无线网络访问多媒体服务,而多媒体应用往往具有严格的时延、吞吐量和丢包率等QoS需求。针对这一问题,IEEE工作组提出了802.11e协议,对802.11的MAC进行了服务质量功能增强。它定义了两种介质访问机制:增强型分布式协调接入(EDCA)和HCF控制信道接入(HCCA)。其中EDCA因为机制简单获得了普遍应用。
本文对802.11eEDCA在AdHoc网络中的性能进行分析和评价,通过实验发现不公平竞争问题会严重削弱EDCA的性能,在此基础上本文通过参数调整、AC自适应调整等方法来缓解不公平竞争问题,并进一步提出了将EDCA技术与多信道技术相结合的方法,提升高优先级业务的吞吐量。论文工作主要贡献包括:
1.设计了一种参数动态调整模型对EDCA在AdHoc网络中的性能进行量化分析。对EDCA性能进行提升大多采取参数动态调整的方法,不同调整策略有不同的关注点,目前尚未发现有文献采用统一模型对不同参数的性能提升效果进行量化分析。本文提出了一种参数动态调整模型,量化分析不同参数对EDCA性能的影响,在此基础上给出了AIFS动态调整机制、Cwmin动态调整机制和Cwmax动态调整机制。仿真结果表明,各个参数在改善系统吞吐量方面都有明显效果,其中Cwmin的贡献度最大,但是参数调整却无法缓解不公平竞争问题,甚至会加重不公平性,而且参数调整无法改善端到端时延。由此可见,EDCA仅仅是提供了单跳的服务区分,参数动态调整只对EDCA在单跳WLAN网络中的性能改进才有效,依靠参数调整来改善EDCA在多跳环境下的性能是不可行的。
2.提出了一种适用于AdHoc网络的基于队列长度的逐跳AC自适应机制(OIACSA)。QLACSA机制的设计目标是为时延敏感的业务流提供可靠地端到端时延保证,缓解EDCA在AdHoc网络中的不公平竞争问题,实现业务均衡。QLACSA机制作用于MAC层,对时延敏感的业务流,将其全局时延需求合理地划分成逐跳的期望时延,根据数据包的实际时延状况,执行AC重估,并在AC的选择过程中综合考虑数据包的本地时延需求、队列的排队情况、成功传输的数据包平均时延。QLACSA还采用了整流策略,通过三次主动丢包实现“优胜劣汰”,将已经过期或有可能过期的数据包丢弃从而降低可能的信道资源浪费,为具有更高传输成功率的数据包提供更多的传输机会。仿真结果表明,OLACSA机制在满足端到端时延需求的同时,将路径较长的业务流吞吐量提高了211%～245%左右,并且不影响系统吞吐量。
3.提出了一种针对EDCA的带优先级区分的多信道多接口解决方案(MCMI-PrioDiff)。单信道容量的局限性导致OLACSA无法同时满足AdHoc网络中多个视频流的带宽需求,可考虑加入多信道技术来提供足够的带宽支持,目前没有合适的关于在多信道分配过程中考虑EDCA优先级的方案。MCMI-PrioDiff方案将节点的可用接口分为一个固定接口和多个可转换接口:固定接口仅用来接收数据,其使用的信道为固定信道;可转换接口通过将信道切换至邻居节点的固定信道来实现数据传输。MCMI-PrioDiff方案引入了NT和CUL两种数据结构,定义了基于AC队列长度的带优先级区分的信道权重计算方法,节点的信道使用信息是在寻路和数据包转发过程中由路由控制包RREO、RREP和Hello包携带进行交互。仿真实验表明,MCMI-PrioDiff在提高系统吞吐量的同时,能够实现良好的优先级区分,对高优先级业务流的吞吐量提升效果好于对低优先级业务流的吞吐量提升。