网站原创摘 要 ：本文提出了IEEE802.11无线局域网一种新的“常数竞争窗口/DCF”（DCF/W）MAC协议.首先提出了一个数学模型来分析DCF/CCW的吞吐量和访问时延情况.分析表明,DCF/CCW的性能在不同的网络规模下存在很大的区别.通过进一步分析研究说明,我们可以很容易获得一个已经给定的网络规模所对应的“最优常数竞争窗口”（optimal W）,从而最大限度地提高系统的吞吐量.所提供的优化机制“最优常数竞争窗口”（optimal-DCF/W）正是基于这方面的知识选择不同的网络规模对应的最优常数竞争窗口.仿真结果表明,与IEEE802.11 DCF相比,optimal-DCF/W在吞吐量和接入时延有了明显的改善.
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关 键 词 ：常数竞争窗口ADhoc
1.介绍
在广受欢迎的广泛应用WLANs IEEE802.11标准[1]的基础上,主要的MAC技术称之为分布式协调功能(DCF).DCF是基于多重存取载波监听和避碰(CA / CA)方案和开槽的二进制指数后退(BEB)规则.自从IEEE802.11协议问世以来,许多文献分析了DCF的性能.他们共同的结论是,虽然DCF简单且易实现的理想方案,但其性能并非最优,因为它需要多次尝试找到大致最好的竞争窗口,且每当传输成功后其最优竞争窗口将被还原到PHY层最小竞争窗口.
本文介绍的DCF方案是在检测定站点在一个给定的时间里不知道任何网络状态情况下进行的.然而,之前的一些文献表明一些网络动态信息可以通过监测频道获取.其中的一些文献已经开始使用这些信息来优化WLANs IEEE802.11的性能.参考文献[2]根据收到的网络竞争节点数量来选择竞争窗口.参考[3]给出一个复杂的自适应机制即通过给定的节点拥挤度来选择合适的竞争窗口的大小.参考[4]基于传输率提供了一个最佳常数窗口监测最佳传输概率.
在本文中,我们提出了一个新的MAC协议即DCF/常数竞争窗（DCF/CCW）协议在IEEE802.11的无线局域网实施.DCF/CCW的主旨是直接给出竞争节点一个常数竞争窗口来成为退避的机制,故而DCF/CCW没有最大竞争窗口或最小竞争窗口的概念.我们的分析证明,使网络吞吐量达到最大化的最佳常熟竞争窗口只与竞争节点的数量即网络动态竞争的终端数有关.基于文献[2-4]的结论,网络节点的一些必要信息可通过信道监测获取,用来帮助我们确定最佳常数竞争窗口.最佳常数竞争窗口通过两个步骤来确定.首先,每个站监控通道,估计必要的网络规模信息.其次,基于状态估计的信息,每站直接选择其最佳常数竞争窗口.这个直接选取的最佳CCW不会直接获得,“最佳常数竞争窗口”且不增加网络访问冲突,并且网络状态没有改变的情况下“最佳常数竞争窗口”的值不做调整.这就是为什么我们称之为“常数竞争窗口”.
2.运用OPNET验证optimal-DCF/W性能
为证明optimal-DCF/W优化算法的性能,我们运用OPNET来仿真系统验证.仿真系统检测设为一个覆盖范围为100m×100m的无线网络.起始有5个节点参与竞争,然后每分钟增加5个新竞争节点,到4~5分钟时,该系统存在25个竞争节点,直到5分钟时刻系统仿真结束(注:该系统不涉及隐藏终端的存在可能).各节点均工作在基本接入模式下且处在饱和状态,其余参数见表1.
图1为系统饱和吞吐量比较曲线.可见,系统随着竞争节点数递增,IEEE802.11的吞吐量急速降低,这是因为竞争结点递增从而致使碰撞概率的增大.但optimal-DCF/W优化选择的常数竞争窗口却可明显减少MAC帧之碰撞.所以,即使在网络节点数较大之情况下,optimal-DCF/W优化算法中的吞吐量也不会有显著减少.优化后的系统规一化饱和吞吐量始终维持在0.86左右.当然网络节点数比较大时optimal-DCF/W优化算法的性能改进体现的更为明显：例在4~5分之间,即当网络竞争节点数达到25后优化吞吐量比IEEE802.11提高近1/4.
图2是系统接入时延性能的比较.即使在optimal-DCF/W优化的常数竞争窗口是以最大化系统吞吐量为目的,从而推导出来的,然而仍可从图中明确看出系统接入延时性能同时得到明显加强.究其根本是因优化选择之常数竞争窗口避免了大量的潜在碰撞,MAC帧碰撞或然率Pc.并且从图2中还可以得到这以下结论：即经优化后之接入延时抖动比起IEEE802.11的接入延时抖动来的没有那么剧烈,这就很大程度上保证了系统的稳定性,尤其是当网络规模非常大的时候.
3.总结
在这份报告中,我们建议为WLANs IEEE802.11提供最佳常数竞争窗口（optimal-DCF/W）.以上分析也已经证明了此想法的可行性.理论上,只要CCW选择得合适,不同网络规模的吞吐量几乎是相同的.对于给定的网络规模来说,具体CCW大小的影响并不对接入时延产生很大影响.所有这些都说明了optimal W 的可行,并且optimal CCW可以被用来改进WLANs IEEE802.11的性能.衡量optimal W的方法表明它的值只跟网络状态相关,像竞争节点的数量.因此,我们对于optimal-DCF/W 的优化机制就是直接根据网络状态给站点一个optimal W .这个优化机制已经成功解决了DCF中的问题：除非连接到一个合适的最小数值的窗口,站点则会遭遇冲撞.计算机仿真实验告诉我们,由于很多潜在冲撞(同前面译法)被optimal CCW避免,和标准DCF相比,系统的吞吐量和接入时延由于optimal-DCF/W的选取得到大大改善.
optimal-DCF/W的使用必须获得网络状态的信息.因此,今后的研究应该关注如何建立一个高效精准的评价机制.