【導(dǎo)讀】重慶交通學(xué)院二00五屆畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）·論文。無線局域網(wǎng)媒體訪問控制機(jī)制研究。摘要本文所研究的DFS算法是在無線局域網(wǎng)現(xiàn)有的MAC層訪問機(jī)制的基礎(chǔ)。上，運(yùn)用循環(huán)隊(duì)列的思想提出的一種完全分布式的公平隊(duì)列調(diào)度算法，該算法通過修改。仿真結(jié)果表明該方法可以在一定范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)公平隊(duì)列調(diào)度。關(guān)鍵詞，無線局域網(wǎng)，分布式協(xié)調(diào)功能，點(diǎn)協(xié)調(diào)功能，分布式公平調(diào)度

　　

【正文】 通學(xué)院二 00 五屆畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 論文 17 點(diǎn)成功發(fā)送了一定長的數(shù)據(jù)之后，就按一定規(guī)則使 cw增大，由于大的 CW 會(huì)使得隨機(jī)選取的 backof時(shí)間可能增大，這樣該節(jié)點(diǎn)下一次競爭媒介的時(shí)候就會(huì)減少了成功的概率，從而一定程度上阻止了該節(jié)點(diǎn)不公平的使用帶寬。當(dāng) CW 增大至某一門限值 CW2后，就讓 CW 等于 CW1(CW1CW2)，再次獲得相對較高的發(fā)送概率。這樣 CW 在一定范圍內(nèi)循環(huán)變化影響對應(yīng)節(jié)點(diǎn)訪問媒介的概率，從而達(dá)到帶寬公平分配的目的。 循環(huán)區(qū)間的選擇和 CW 循環(huán)變 化的規(guī)則 CW初始值為一固定值： CW0=，本文提出的 DWRR算法改變了 CW值的取值，讓它在一個(gè)動(dòng)態(tài)區(qū)間循環(huán)變化，這里選取參數(shù) p1和 p2(pl１，P2+Pl0)，節(jié)點(diǎn) i的競爭窗口 CWi變化區(qū)間根據(jù)式 (1)計(jì)算 (式中符號“ ”表示下取整運(yùn) 讓 CWi∈ {CWmin,CWmax},因子 pl+p2反應(yīng)了算法中循環(huán)隊(duì)列的強(qiáng)度：如果很大，則區(qū)間長度很大，使得 CWi在一個(gè)比較大的循環(huán)范圍里變化，這樣就可以獲得比較細(xì)小的帶寬公平化保證，但是另一方面，如果變化區(qū)間太大，就會(huì)使 得單個(gè)節(jié)點(diǎn)的循環(huán)一次的周期加大，則可能會(huì)使得網(wǎng)絡(luò)總體帶寬利用率下降 (本文的仿真對這個(gè)影響做了討論和分析 )。節(jié)點(diǎn)的 Cw 的值將在區(qū)間 [CWmin,CWmax]上循環(huán)取值。設(shè) CWi， k表示節(jié)點(diǎn) i在發(fā)送了第 k幀數(shù)據(jù)之后 CW 的大小，最簡單的 CW 變化函數(shù)如下： 式 (2)中的△ 是變化步長，它決定 CW 的循環(huán)周期?！? 選取的一個(gè)簡單的計(jì)算方法就是選定一個(gè)循環(huán)周期，然后再計(jì)算步長。例如，設(shè)定 CW 的循環(huán)周期是 T 次，那么可以令 △ =int((CWi,max— CWi,min )／ T) 帶寬分配權(quán)值的實(shí)現(xiàn) 為了實(shí)現(xiàn)對不同服務(wù)質(zhì)量 (QoS)的控制，算法給不同節(jié)點(diǎn)賦予不同的訪問權(quán)值，利用權(quán)值來控制節(jié)點(diǎn)訪問媒介時(shí)的帶寬分配的比重。對式 (1)進(jìn)一步修改，獲得了式 (3)： 式 (3)中的參變量 ui是權(quán)值的體現(xiàn)。直觀地看，如果兩個(gè)節(jié)點(diǎn)的 取值分別為 1和 2，那么這兩個(gè)節(jié)點(diǎn) CW 的取值區(qū)間將彼此錯(cuò)開， 取值為 1的節(jié)點(diǎn)對應(yīng)的 CW 變化區(qū)間整體要小于取值為 2的節(jié)點(diǎn)的 CW 變化區(qū)間，前者可獲得更高的鏈路訪問概率，從而獲得更多的帶寬。區(qū)間移動(dòng)的力度由參數(shù) 決定，式 (3)中設(shè)定 為變化區(qū)間長度的一半，這樣考慮可以使得相鄰的權(quán)值產(chǎn)生 的變化區(qū)間可以比較好地錯(cuò)開 參數(shù) 的選取方法可以進(jìn)一步研究，以獲得更好的區(qū)間劃分策略，為了使本論文論述的主題明確而集中，本文中將采用式 (3)的計(jì)算方法，對參數(shù) 的進(jìn)一步深入分析將作為后續(xù)工作繼續(xù)研究。 重慶交通學(xué)院二 00 五屆畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 論文 18 分組長度的考慮 注意到式 (2)中的循環(huán)算法考慮的只是發(fā)送一幀數(shù)據(jù)后對 CW 進(jìn)行變化，但是沒有考慮所發(fā)送的幀的長度帶來的影響。如果一個(gè)節(jié)點(diǎn)發(fā)送了大分組，那么一次發(fā)送它所占用的網(wǎng)絡(luò)帶寬顯然要大于其發(fā)送小分組的情況．基于這一點(diǎn)，我們進(jìn)一步對節(jié)點(diǎn) CW 取值區(qū)間進(jìn)行考慮，對節(jié)點(diǎn) i的 CW 取值區(qū)間進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整， 使用 CWi， min ， k和 CWi， max ， 來標(biāo)記發(fā)送了第憊幀數(shù)據(jù)時(shí)候 CW 的動(dòng)態(tài)變化區(qū)間的下限和上限，式 (4)體現(xiàn)了這一調(diào)整：對于 k=0，即系統(tǒng)初始化時(shí)，直接由式 (3)計(jì)算，對于 k0，則 在式 (4)中 li,k— l是節(jié)點(diǎn) i發(fā)送的第 k一 1幀數(shù)據(jù)的長度， f 。是網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)幀平均長度， Scale因子反應(yīng)的是分組長度的影響力度。如果本次發(fā)送了大于平均幀長的數(shù)據(jù)幀，那么下次發(fā)送時(shí)，根據(jù)式 (4)計(jì)算出 CW 的變化區(qū)間的上限和下限都將增大，從而使得在此區(qū)間上選取的 Cw 也變大，于是降低了發(fā)送的概率；如果分組長 度很短，那么由式 (4)計(jì)算得到的相應(yīng)的 Cw上下限將變小，從而提高了下次發(fā)送的概率。 f 。應(yīng)根據(jù)對無線局域網(wǎng)的統(tǒng)計(jì)而選取，例如節(jié)點(diǎn)可以偵聽一段時(shí)間內(nèi)網(wǎng)上傳送的數(shù)據(jù)幀的長度從而動(dòng)態(tài)計(jì)算這個(gè)值，也可以事先由其他專門的工具對網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和分析并得出這個(gè)值， Scale因子可以設(shè)置為式 (3)中的 A的數(shù)值。 碰撞 ，若鏈路發(fā)生擁塞，則將 CW 加倍，然后進(jìn)入下一次競爭過程。仿真中發(fā)現(xiàn)， 性能，特別是當(dāng)沖突較多時(shí)，加 倍增加的 CW 很快就會(huì)破壞試圖通過控制 CW 的大小而實(shí)現(xiàn)帶寬分配 的想法。因此，對發(fā)生碰撞之后 Cw 的變化規(guī)則做了修正，采用線性遞增的方法，見式(5)： CW =CW+Inc (5) 式 (5)中的 Inc是每次遞增的量，是一個(gè)選定的常量。 DFS 算法 綜合考慮式 (1)~(5),本文提出的 DFS 算法如下 : 對于節(jié)點(diǎn) i,發(fā)送第 k 個(gè)數(shù)據(jù)的時(shí)候的 如下選取 :首先 其變化區(qū)間如下更新 : 對于 k=0,即系統(tǒng)開始運(yùn)行的時(shí)候 : 重慶交通學(xué)院二 00 五屆畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 論文 19 對于 k0,則 而 CWi,k 的選擇是 對于 k0,則 如果 則令 如果發(fā)生碰撞， CWi,k1 采用線增加 重慶交通學(xué)院二 00 五屆畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 論文 20 第 5 章 DFS 接入機(jī)制仿真 本章根據(jù) DFS 協(xié)議設(shè)計(jì)仿真程序并介紹仿真的環(huán)境，對仿真程序進(jìn)行系統(tǒng)，對主要功能模塊給出實(shí)現(xiàn)代碼。 仿真拓?fù)渑c仿真參數(shù) 站點(diǎn)發(fā)送三種業(yè)務(wù)流：音頻，視頻，數(shù)據(jù)。每個(gè)站點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)到 AP。 由于物理層采用 DSSS,其基本參數(shù)見下表。信道總帶寬為 11Mbit/s。三種業(yè)務(wù)流和ＤＦＳ參數(shù)配置見下表： DSSS 物理層基本參數(shù) 參數(shù)名稱 Slot Time RxTxTA Time SIFS Time Preamble Length Preamble Header Length PLCP Data Rate 參數(shù)設(shè)置 20us 20us 10us 144bits 48bits 1Mbps 業(yè)務(wù)流和 DFS 參數(shù) 業(yè)務(wù)類型 幀長 P1 P2 Inc CW0 Scale △ 音頻 128 20 20 70 0 70 視頻 1280 20 20 70 0 70 數(shù)據(jù) 1500 20 20 70 0 70 其它的一些環(huán)境參數(shù)設(shè)置 1. 站點(diǎn)在一個(gè) bss 中，忽略隱藏站點(diǎn)問題。 2. 假定物理層提供完全可靠的傳輸 3. 仿真過程中的一些參數(shù)設(shè)置，也均理想化 4. 傳輸過程不涉及到復(fù)雜的路由及擁塞控制 重慶交通學(xué)院二 00 五屆畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 論文 21 5. 站點(diǎn)采用 3 次限制重傳機(jī)制 系統(tǒng)的框架 仿真程序主要由三個(gè)模塊組成： MAC 模塊， STA 模塊，同步調(diào)度模塊。每個(gè)站點(diǎn)都有 STA 模塊和 MAC 模塊。 STA 模塊主要解決各個(gè) 站點(diǎn)的數(shù)據(jù)幀的產(chǎn)生和緩沖區(qū)的處理； MAC 模塊是仿真程序的核心部分，主要解決各個(gè)站點(diǎn)的競爭窗口和退避時(shí)間的處理；同步調(diào)度模塊為整個(gè)系統(tǒng)同步，和負(fù)責(zé)系統(tǒng)的調(diào)度分配。當(dāng)然整個(gè)系統(tǒng)還有一個(gè)主程序作為入口。各個(gè)模塊的具體介紹見下面。 sta 模塊的作用是產(chǎn)生數(shù)據(jù)幀，并對緩沖區(qū)作相應(yīng)的處理． 系 統(tǒng) 同步調(diào)度 STA MAC STA模塊 產(chǎn)生數(shù)據(jù) 緩沖區(qū)處理 重慶交通學(xué)院二 00 五屆畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 論文 22 模塊 Mac 模塊的作用： １、 檢查信道是否空閑； ２、 發(fā)送數(shù)據(jù)幀； ３、 沖突處理； ４、 對競爭窗口進(jìn)行處理 、同步調(diào)度模塊 調(diào)度模塊的作用是對各個(gè)站點(diǎn)進(jìn)行同步和調(diào)度。 數(shù)據(jù)流圖 主程序流圖 STA模塊 發(fā) 送 沖突處理 ACK 等待處理 ACK 確認(rèn)處理 退避時(shí)間處理 競爭窗口處理 同步調(diào)度模塊 同步處理 調(diào)度處理 重慶交通學(xué)院二 00 五屆畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 論文 23 同步調(diào)度模塊 ： 保存 STA 發(fā)送的情況； Send_sta_num要發(fā)送的 STA 數(shù) 發(fā)送：把設(shè)置 NAV的值 沖突處理： mac[j].send_result=0。//０表示沖突，當(dāng) j 站點(diǎn)等待時(shí)間超過 ack 確認(rèn)時(shí)間時(shí)，j 站點(diǎn)根據(jù) send_result 做相應(yīng)處理 void SCHEDULE::debug(STA sta[], MAC mac[],int r_time) { ＳＴＡ Send_sta_num＝？ 發(fā)送處理 MAC =1 1 沖突處理 同步 調(diào)度 時(shí)間到？ 調(diào)度模塊 退出 重慶交通學(xué)院二 00 五屆畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 論文 24 send_sta_num=0。 if(NAV!=0) NAV=NAV1。 else NAV=0。 for(i=0。i10。i++)//調(diào)度各個(gè)站點(diǎn) { sta[i].sta_interface()。//站點(diǎn)產(chǎn)生一個(gè)數(shù)據(jù)幀并返回一個(gè)要發(fā)送的數(shù)據(jù) mac[i].mac_interface(sta[i],i,NAV,r_time)。 if(mac[i].request_send_frame==1) { send_sta_num=send_sta_num+1。 } } if(send_sta_num0) // 同步 { if(send_sta_num1)// 表示有沖突 { for(j=0。j=9。j++) { if(mac[j].ack_state==1) { mac[j].send_result=0。 } } } else { for(j=0。j=9。j++) { if(mac[j].ack_state==1) { NAV=mac[j].get_NAV()+1。 } } } } } STA 模塊 ：每 2500us 產(chǎn)生一個(gè)數(shù)據(jù)幀 重慶交通學(xué)院二 00 五屆畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 論文 25 struct frame { long frame_num。//幀的號碼 int frame_state。//幀是新發(fā) 送的還是重傳的 int frame_resend_num。//重傳的次數(shù) int frame_length。//幀的大小 int totle_time。//從開始發(fā)送算起 int frame_type。//幀的類型， }。 MAC 模塊 (Time++)%2500 Time=0? 產(chǎn)生數(shù)據(jù) 緩沖區(qū)處理 重慶交通學(xué)院二 00 五屆畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 論文 26 發(fā)送數(shù)據(jù)： void MAC::send(int amp。NAV,int i,int rtime) { if(0)//有沒有數(shù)據(jù)發(fā)送 { if(NAV==0)//信道是否為空 ,沒有等待 disf { mac_time=mac_time+1。 if(mac_time=DIFS) { if(wait_retrial_time0)//是否在等待發(fā)送 { wait_retrial_time=wait_retrial_time1。 if(wait_retrial_time==0) { get_NAV()。 ack_state=1。 request_send_frame=1。 =rtime。 } 是否有數(shù)據(jù) sta 等待 ack 是否沖突 沖突處理 確認(rèn)處理 發(fā)送數(shù)據(jù) 是 否 是 否 是 否 重慶交通學(xué)院二 00 五屆畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 論文 27 } else set_retrial_time(i)。//設(shè)置退避時(shí)間