【正文】 aketLength(i)=ExpDis(AveragePacketLength)。數(shù)據(jù)源采用最典型的突發(fā)模型：泊松數(shù)據(jù)源，即數(shù)據(jù)幀的到達(dá)時(shí)間服從指數(shù)分布，數(shù)據(jù)幀的長(zhǎng)度也符合指數(shù)分布。在設(shè)計(jì)研究單位和工業(yè)部門，MATLAB 被廣泛地用于研究和解決各種具體工程問(wèn)題。除此之外，MATLAB 還具有根強(qiáng)的功能擴(kuò)展能力，與它的主系統(tǒng)一起，可以配備各種各樣的工具箱，以完成一些特定的任務(wù)。 （4）MATLAB 數(shù)學(xué)函數(shù)庫(kù)這是對(duì) MATLAB 使用的各種數(shù)學(xué)算法的總稱。MTALAB 系統(tǒng)由五個(gè)主要部分組成，下面分別加以介紹。MATLAB 用更直觀的，符合人們思維習(xí)慣的代碼，代替了 C 和FORTRAN 語(yǔ)言的冗長(zhǎng)代碼。是優(yōu)點(diǎn)也是其缺點(diǎn)，如果你需要特殊的節(jié)點(diǎn)或很適合自己的節(jié)點(diǎn)就不如 NS2 方便。市場(chǎng)上主流的網(wǎng)絡(luò)仿真軟件有：OPNET、NSMATLAB 等。②減少了需要無(wú)線節(jié)點(diǎn)單獨(dú)發(fā)送的小數(shù)據(jù)包,使無(wú)線節(jié)點(diǎn)一直處于無(wú)包狀態(tài),這樣它們就不需要競(jìng)爭(zhēng)信道,從而可以減少 WLAN 中的發(fā)包沖突概率,提高 WLAN 的吞吐率。同時(shí)向無(wú)線節(jié)點(diǎn)發(fā)送正常的數(shù)據(jù)包。AP 的算法描述(收到 RTS 反饋包后的算法)如下：發(fā)送 RTS 后 ,并收到無(wú)線節(jié)點(diǎn)的反饋包。}當(dāng) AP 收到來(lái)自無(wú)線節(jié)點(diǎn)的反饋包后,首先要檢查這個(gè)包是數(shù)據(jù)包還是 CTS 控制包。無(wú)線節(jié)點(diǎn)的算法描述(收到 AP 來(lái)的 RTS 后的算法)如下：收到 AP 發(fā)來(lái)的 RTS。為了不破壞網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的分層思想，對(duì)鏈路層協(xié)議進(jìn)行改進(jìn)不需要鏈路層查看數(shù)據(jù)包的 IP 和 TCP 包頭來(lái)判斷數(shù)據(jù)包的類型，只是根據(jù)包的大小來(lái)選擇發(fā)送。有兩個(gè)主要的目標(biāo)：一是要使無(wú)線節(jié)點(diǎn)盡可能少的單獨(dú)的發(fā)送小的數(shù)據(jù)包(如：TCP 層的 ACK、Negative ACK、 Selective ACK 等) ；二是要使無(wú)線節(jié)點(diǎn)發(fā)送盡量少的發(fā)送控制包 CTS。根據(jù)網(wǎng)絡(luò)的分層思想，TCP 層的 ACK 相對(duì)于底層來(lái)說(shuō)就是數(shù)據(jù)，所以無(wú)線節(jié)點(diǎn)的介質(zhì)訪問(wèn)子層就必須把每一個(gè) TCP 層 ACK 封裝成單獨(dú)的小數(shù)據(jù)幀(frame)，然后發(fā)送出去。因此當(dāng)移動(dòng)節(jié)點(diǎn)向 AP 發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，有可能存在隱藏終端問(wèn)題，所以在無(wú)線局域網(wǎng)中用 RTS/CTS 接入方式還是非常有必要的；但是當(dāng)AP 向某個(gè)移動(dòng)節(jié)點(diǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包時(shí)，不存在隱藏終端問(wèn)題，只需 AP 發(fā)送 RTS，就可以成功的把信道預(yù)留下來(lái)，移動(dòng)節(jié)點(diǎn)再返回 CTS 是對(duì)無(wú)線帶寬的一種浪費(fèi)，這將降低無(wú)線局域網(wǎng)的吞吐率。當(dāng)源節(jié)點(diǎn)向目的節(jié)點(diǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包時(shí)，根據(jù)前面所描述的 RTS/CTS 方法，首先要發(fā)送RTS 控制包來(lái)預(yù)留信道，如果目的節(jié)點(diǎn)收到 RTS 就會(huì)返回一個(gè) CTS，然后再傳送數(shù)據(jù)。在后面我們可以通過(guò)仿真工具來(lái)考察各種參數(shù)對(duì)性能的影響。在純粹的 RTS/CTS 接入方式下43SmSIFDRTSCAK????考慮幀頭的因素， （35）[] 4E HDR?當(dāng)兩種接入方式均存在的時(shí)候，成功期的長(zhǎng)度即: （36）12[]{}[]{}[]SPTESPTES????其中 和 分別表示基本接入方式和純粹 RTS/CTS 方式下成功期的大小。③站點(diǎn)個(gè)數(shù) M. RTS/CTS 接入方式RTS/CTS 接入方式下性能的推導(dǎo)于基本接入方式下相似，只是沖突期的結(jié)果更為復(fù)雜一些。碰撞期由若干個(gè)沖突發(fā)送過(guò)程組成，每個(gè)沖突發(fā)送過(guò)程都由空閑期開(kāi)始，在這個(gè)期間，主機(jī)定時(shí)器重新開(kāi)始倒記時(shí)，一旦有主機(jī)定時(shí)器歸 0，則開(kāi)始發(fā)送過(guò)程。如果 frag2 不是要傳輸?shù)淖詈笠粋€(gè)分段，它應(yīng)該為第三個(gè)連續(xù)的傳輸預(yù)留信道。分段模式的新的特點(diǎn)就是它在 frag1 中包括了另外一個(gè)持續(xù)時(shí)間值。但是，用戶數(shù)據(jù)的分段機(jī)制對(duì)用戶應(yīng)該是透明的。這里有無(wú)線信道本身的誤碼的原因，也有其它站點(diǎn)的干擾原因。使用 RTS/CTS 會(huì)導(dǎo)致不可忽略的額外開(kāi)銷，從而導(dǎo)致帶寬的浪費(fèi)和較高的延遲。對(duì)于第三種情況，C應(yīng)該采取保守的但是安全的做法，不進(jìn)行發(fā)送。RTS/CTS 短幀交換方式是避免碰撞，提高網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)性能的有效措施，盡管短幀交換會(huì)帶來(lái)一定的時(shí)間開(kāi)銷。在這個(gè)過(guò)程中，接收到 CTS 的節(jié)點(diǎn)和接收到 RTS 的節(jié)點(diǎn)可能不是同一組節(jié)點(diǎn)。源節(jié)點(diǎn)接收到 CTS 后，經(jīng)過(guò)一個(gè) SIFS 間隔把 DATA 送出去。這個(gè)持續(xù)時(shí)間指的是傳輸整個(gè)數(shù)據(jù)幀和其應(yīng)答包所需要的所有時(shí)間。圖 33 顯示了在源節(jié)點(diǎn)和目的節(jié)點(diǎn)之間進(jìn)行 RTS/CTS 控制幀交換的過(guò)程。圖 32 暴露終端問(wèn)題為了解決隱藏與暴露終端問(wèn)題[9]， 定義了兩個(gè)控制包 RTS（Request To Send）和 CTS（Clear To Send） ，通過(guò)在源節(jié)點(diǎn)和目的節(jié)點(diǎn)之間進(jìn)行 RTS/CTS 交換的機(jī)制來(lái)避免用于存在隱藏節(jié)點(diǎn)而導(dǎo)致的丟包。圖 31 隱蔽終端問(wèn)題另外，A 在 B 的傳輸范圍內(nèi)。如圖 31所示，站 A、站 B、站 D，站 A 正向站 B 發(fā)送數(shù)據(jù)包，站 D 也要向 B 發(fā)送，由于 D 站在A 站發(fā)送信號(hào)的范圍外，未偵測(cè)到 A 也在向 B 發(fā)送數(shù)據(jù)，故 A 和 D 同時(shí)將數(shù)據(jù)包發(fā)送至B，引起數(shù)據(jù)包沖突，最終導(dǎo)致發(fā)送至 B 的信號(hào)都丟失了。為了便于從理論上得出這些參數(shù)和 DCF 機(jī)制性能之間的關(guān)系，采用了一種基于競(jìng)爭(zhēng)窗口的時(shí)間分析方法，有效分析了有限站點(diǎn)情況下網(wǎng)絡(luò)的流量性能[13] 。前兩種可以總結(jié)為分布式協(xié)調(diào)功能（DCF，Distributed Coordination Function） ，第三種方法稱為點(diǎn)協(xié)調(diào)功能（PCF ，Point Coordination Function） 。從而對(duì)于這種接入機(jī)制來(lái)說(shuō)用最大吞吐量做性能指標(biāo)是沒(méi)有意義的。 飽和吞吐量這是一個(gè)基本性能指標(biāo)，定義為[11]：當(dāng)負(fù)載增加時(shí)，系統(tǒng)吞吐量能達(dá)到的極限。定義歸一化的平均傳輸時(shí)延 D 為一幀的傳輸時(shí)間與平均傳輸時(shí)延的比值。當(dāng)某幀被成功傳輸時(shí)，其時(shí)延時(shí)間主要由發(fā)送等待時(shí)間（即為獲得信道使用權(quán)的等待時(shí)間）和該幀在信道上的傳輸時(shí)間(T)組成。對(duì)于 MAC 協(xié)議，吞吐量特性與總業(yè)務(wù)量密切相關(guān)，S 隨總業(yè)務(wù)量的變化特性稱為吞吐量性能。一類是各站新產(chǎn)生的幀，另一類是由于碰撞或傳輸錯(cuò)誤要求重傳的幀。0?lSnTR? 式中 為每幀在信道上的發(fā)送時(shí)間。很顯然，信道時(shí)間浪費(fèi)的程度，可以反映 MAC 層協(xié)議的優(yōu)劣。 MAC 協(xié)議的性能指標(biāo)一個(gè) MAC 協(xié)議在實(shí)用中是否可行，如何對(duì)其性能做出定量的估計(jì)？這些問(wèn)題對(duì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)十分重要。虛擬載波監(jiān)聽(tīng)使用的是時(shí)間預(yù)留的方法預(yù)測(cè)信道的忙閑狀況。DCF 是以分布式控制方式實(shí)現(xiàn)介質(zhì)訪問(wèn)控制，以 CSMA/CA 為主，以 RTS/CTS 消息交換機(jī)制為輔。另外，被輪詢無(wú)線站點(diǎn)的傳輸時(shí)間是難控制的，因?yàn)閭鬏數(shù)膸笮〔还潭?，引入了變化的傳輸時(shí)間，并且被輪詢站點(diǎn)的物理層速率根據(jù)變化的信道狀況而改變。DCF 機(jī)制也僅僅支持盡力而為的服務(wù)，沒(méi)有基于數(shù)據(jù)流的區(qū)分和優(yōu)先級(jí)的規(guī)定，不適合實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)，但無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中的一些關(guān)鍵技術(shù)，比如 RTS/CTS，分段/重組[17] 等等一定程度上進(jìn)行了性能的彌補(bǔ)。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)負(fù)載很小時(shí)，大的競(jìng)爭(zhēng)窗口可能會(huì)導(dǎo)致信道不必要的空閑；相反，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)負(fù)載很大時(shí)，小的競(jìng)爭(zhēng)窗口可能會(huì)導(dǎo)致更多的沖突和退避。節(jié)點(diǎn) A 在狀態(tài) K 時(shí)，發(fā)送了一幀后，如成功，則 CW 重新設(shè)置為 CWmin；如失敗，而且重傳次數(shù)小于最大重傳次數(shù)，就選擇 min(k+1,m)作為下一個(gè)狀態(tài)，m 是最大回退狀態(tài)。當(dāng)節(jié)點(diǎn)A 有一幀要發(fā)送，它就執(zhí)行回退過(guò)程，再嘗試發(fā)送。競(jìng)爭(zhēng)窗口（CW ）參數(shù)初始值為 CWmin，并在每次不成功的發(fā)送 MPDU 從而導(dǎo)致發(fā)送站點(diǎn)重傳計(jì)數(shù)器增加之后，在序列（CW=2n1）中取下一個(gè)值，直到達(dá)到最大值 CWmax。這樣，不公平現(xiàn)象就發(fā)生了。退避時(shí)間直接決定了一個(gè)站點(diǎn)得到信道的可能性——退避時(shí)間越短，競(jìng)爭(zhēng)到信道的可能性越大。在本文中不對(duì)PCF 方式進(jìn)行更多的討論和研究。由于中心點(diǎn)協(xié)調(diào)機(jī)制的存在，PCF 一般能提供更低的時(shí)延，并能夠舍棄其他的沖突控制機(jī)制。 PCF 接入方式PCF 是一種集中式的控制方法，在基礎(chǔ)設(shè)施架構(gòu)網(wǎng)絡(luò)（infrastructure work）中，設(shè)置一個(gè)協(xié)調(diào)點(diǎn)采用輪詢機(jī)制控制所有站點(diǎn)對(duì)信道的訪問(wèn)。②利用短控制幀(RTS or CTS)的沖突代替長(zhǎng)數(shù)據(jù)幀的沖突，提高了帶寬的利用率。當(dāng)工作站 A 向工作站 B 發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí),而工作站 C 檢測(cè)不到工作站 A 發(fā)出的數(shù)據(jù)而認(rèn)為信道空閑也發(fā)送數(shù)據(jù)，這時(shí)在接收站 B 就發(fā)生了碰撞。一旦它達(dá)到 CWmax，它會(huì)一直保持這個(gè)值除非它被重置。CW 是競(jìng)爭(zhēng)窗口的大小，在特定的物理層參數(shù) CWmin 和 CWmax 之間取值，即CWmin≤CW≤CWmax 。當(dāng)計(jì)數(shù)器減少到零，站點(diǎn)馬上發(fā)送報(bào)文。如果信道忙，它就會(huì)推遲傳輸直到信道變得空閑；空閑之后達(dá)到 DIFS 時(shí)間后，站點(diǎn)開(kāi)始退避過(guò)程（backoff procedure） 。IFS 時(shí)間被定義為信道上的時(shí)間間隔，而 IFS 的取值也由相對(duì)應(yīng)的物理層來(lái)決定。這就使得采用隨機(jī)退避過(guò)程從而解決信道競(jìng)爭(zhēng)沖突的機(jī)制成為必要。載波偵聽(tīng)機(jī)制融合了 NAV 的狀態(tài)和物理層信號(hào)偵聽(tīng)的狀態(tài)來(lái)判定信道的忙閑。如果一個(gè)站點(diǎn)沒(méi)有聽(tīng)到持續(xù)時(shí)間字段，比如偵聽(tīng)載波時(shí)，幀的持續(xù)時(shí)間字段已經(jīng)傳過(guò)，站點(diǎn)只能依靠物理層檢測(cè)。（1）載波偵聽(tīng)機(jī)制CSMA/CA 機(jī)制里，載波偵聽(tīng)是非常重要的技術(shù)。同時(shí)，所有成功接收?qǐng)?bào)文的站點(diǎn)都要立即返回一個(gè)正確確認(rèn)（ACK）報(bào)文給源站點(diǎn)。而點(diǎn)協(xié)調(diào)功能需要一個(gè)管理整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的中心結(jié)點(diǎn)，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中信道的分配由中心結(jié)點(diǎn)完成，不存在沖突，故在基礎(chǔ)設(shè)施架構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)用。在獨(dú)立基本服務(wù)集(IBSS)[11]網(wǎng)絡(luò)中，沒(méi)有 AP 提供緩存服務(wù)，向節(jié)能站發(fā)送數(shù)據(jù)的站需事先發(fā)送提醒接收的控制幀，節(jié)能站定時(shí)被喚醒以檢查有沒(méi)有需要接收的數(shù)據(jù)，如果有就發(fā)送質(zhì)詢幀,發(fā)送站接收到質(zhì)詢幀立即發(fā)送該數(shù)據(jù)幀。 節(jié)能管理由于在移動(dòng)環(huán)境下對(duì)筆記本計(jì)算機(jī)節(jié)能的要求，IEEE 規(guī)定了節(jié)能的工作模式。CW 在 CWmin 和 CWmax 之間選擇，當(dāng)一幀進(jìn)入發(fā)送緩存時(shí) CW 初始化為CWmin，以后每次嘗試重傳后 CW 加倍直至 CW max。DIFS 用于分布控制方式，競(jìng)爭(zhēng)期的站點(diǎn)獲得介質(zhì)訪問(wèn)權(quán)的時(shí)間間隔，這種時(shí)間間隔使得工作于 PCF 方式下的工作站獲得比工作于 DCF 方式下工作站享有更高的幀發(fā)送優(yōu)先級(jí)。 中有四種幀間隔，其長(zhǎng)度由小到大依次分別是 SIFS(Short interframe space)，PIFS(PCF interframe space)，DIFS(DCF interframe space)，EIFS(Extended interframe space)。 IEEE MAC 中的主要技術(shù) 虛擬載波監(jiān)聽(tīng)技術(shù)由于天線半雙工的工作方式和信號(hào)空間傳播的復(fù)雜性，無(wú)線網(wǎng)絡(luò)相對(duì)于有線網(wǎng)絡(luò)更易發(fā)生沖突，這個(gè)問(wèn)題在物理層難以解決。為了適應(yīng)異步數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)和實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)各自不同的特點(diǎn)， 協(xié)議族規(guī)定了兩種不同的 MAC 層訪問(wèn)機(jī)制，一種是分布式協(xié)調(diào)功能( Distributed Coordination Function，DCF)，被設(shè)計(jì)用來(lái)傳輸異步數(shù)據(jù)，同時(shí)也是支持 PCF機(jī)制的基礎(chǔ)。鑒于這個(gè)差異，IEEE 協(xié)議族標(biāo)準(zhǔn)對(duì) CSMA/CD 進(jìn)行了一些調(diào)整，采用了新的載波偵聽(tīng)多重接入/沖突避免( Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance，CSMA/CA)機(jī)制。在本章中，將分別從協(xié)議開(kāi)銷、發(fā)送失敗的原因以及介質(zhì)接入的公平性問(wèn)題[10]三個(gè)方面詳細(xì)分析 協(xié)議，重點(diǎn)分析二進(jìn)制指數(shù)退避算法的不足。雖然在物理層上新的技術(shù)不斷推出，但是發(fā)展相對(duì)緩慢的 MAC 層技術(shù)卻極大地制約了無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的性能提升。在該仿真平臺(tái)下，仿真出了系統(tǒng)吞吐量的變化，驗(yàn)證了理論分析模型。首先闡述了無(wú)線局域網(wǎng) IEEE MAC 協(xié)議的基本概念，其次介紹了 MAC 層的主要技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)工作方式，其中著重強(qiáng)調(diào)了幀間間隔、退避機(jī)制的工作原理，以及基本訪問(wèn)機(jī)制和 RSC/TS 訪問(wèn)機(jī)制的基本原理。除了上面已說(shuō)明的標(biāo)準(zhǔn)之外， 系列標(biāo)準(zhǔn)中，還有一個(gè) 標(biāo)準(zhǔn)，標(biāo)準(zhǔn)定義了一些物理層方面的要求(諸如信道化、跳頻模式等)以適應(yīng) 設(shè)備在一些國(guó)家應(yīng)用時(shí)這些國(guó)家無(wú)線電管制上的特殊要求。 標(biāo)準(zhǔn)定義了一套稱之為 IAPP(InterAccess Point Protocol)的協(xié)議，以實(shí)現(xiàn)不同供應(yīng)商的接入點(diǎn) AP 間的互操作性。除了 、 這四個(gè)標(biāo)準(zhǔn)涉及物理層外，為了促進(jìn) 在歐洲的推廣發(fā)展，與 ETSI 的 HiperLAN/2 競(jìng)爭(zhēng)，IEEE 又提出了 標(biāo)準(zhǔn)，在 基礎(chǔ)上增加自動(dòng)頻率選擇(DFS)和發(fā)送功率控制(TPC)功能，以適應(yīng) 在歐洲推廣發(fā)展的需要，符合歐洲有關(guān)管制規(guī)定的要求。由于 標(biāo)準(zhǔn)尚未完成，而符合 標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品已經(jīng)出現(xiàn)，相信 將會(huì)得到較快發(fā)展，在一定程度上占據(jù)先機(jī)。需要注意的是， 和工作在 5GHz 頻帶上的 標(biāo)準(zhǔn)不兼容。（3） 工作于 5GHz 的頻帶，它采用 OFDM(正交頻分復(fù)用)技術(shù)，物理層速率可達(dá) 54Mbps，這就基本滿足了現(xiàn)行局域網(wǎng)絕大多數(shù)應(yīng)用的速度要求。（1）IEEE 是 IEEE 最初制定的一個(gè)無(wú)線局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，主要用于實(shí)現(xiàn)辦公室局域網(wǎng)和校園網(wǎng)中用戶的無(wú)線接入，業(yè)務(wù)主要限于數(shù)據(jù)存取，速率最高只能達(dá)到 2Mbps。IEEE 無(wú)線局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)工作組任務(wù)為研究 1Mb/s 和 2Mb/s 數(shù)據(jù)速率、工作在 開(kāi)放頻段的無(wú)線設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的全球標(biāo)準(zhǔn)，并于 1997 年 6 月公布了該標(biāo)準(zhǔn)，它是第一代無(wú)線局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)之一。各種新標(biāo)準(zhǔn)的迅速發(fā)展，展現(xiàn)了無(wú)線局域網(wǎng)領(lǐng)域旺盛的創(chuàng)造力和無(wú)限的發(fā)展機(jī)遇。 無(wú)線局域網(wǎng)的發(fā)展及研究現(xiàn)狀近年