IEEE 802.11e EDCA中虚拟碰撞问题的一种解决策略

IEEE 802.11e EDCA中虚拟碰撞问题的一种解决策略

李美桃，蒋 阳，付存文，罗 艳，罗 杨

【摘 要】［摘 要］ IEEE 802.11e标准中的EDCA机制引入了虚拟碰撞的概念，从而带来了基站内相同优先级业务相对优先权不同的问题。为解决这一问题，现提出一种新的N-EDCA(NEW-EDCA)调节机制，该机制将发生过与未发生过虚拟碰撞的队列一视同仁，从而避免了优先级倒置和不公平的问题。该机制中保持了虚拟碰撞队列的原竞争参数，仿真结果验证了N-EDCA机制的有效性。 【期刊名称】北京联合大学学报（自然科学版） 【年(卷),期】2010(024)002 【总页数】3

【关键词】［关键词］ IEEE 802.11e;EDCA;虚拟碰撞;优先级;NEW-EDCA IEEE工作组于2005年底正式推出了IEEE 802.11e协议，该协议增强了原有的 IEEE 802.11 MAC信道接入方式，并支持优先级QoS和参数化QoS。该协议包含了两种接入模式，即增强型分布式信道访问(Enhanced Distributed Channel Access，EDCA)与混和协调功能控制信道访问(HCF Controlled Channel Access，HCCA)［1］。其中，增强型分布式信道访问(EDCA)是分布式信道访问(Distributed Coordination Function，DCF)的增强版，只能在竞争期(Contention Period，CP)内使用，提供了不同优先级的QoS。混合控制信道访问(HCCA)则扩展了点协调功能(Point Coordination Function，PCF)，在竞争期和无竞争期(Contention Free Period，CFP)内均可使用，提供了参数化的QoS。

1 EDCA碰撞管理机制存在的问题

增强型分布式信道访问(EDCA)机制是现在学者研究的热点［2-4］，与 IEEE 802.11标准的 DCF机制相比较，其改进主要集中在两个方面:接入控制与碰撞管理机制。 1.1 接入控制

在增强型分布式信道访问(EDCA)机制模式下，传送数据类似于IEEE 802.11b的分布式协调功能(DCF)，依然是基于 CSMA/CA(Carrier Sense Medium Access with Collision Avoidance)，它将 IEEE 802.11b的访问队列(Acceess Category，AC)从一个队列变为8个不同优先级的队列，不同的AC有不同的仲裁帧间隔(Arbitration Inter-frame Space，AIFS)、竞争窗口(Contention Window，CW)和传输机会(Transmission Opportunities，TXOP)，对于各式的数据，分别进入其对应的队列。目前的研究以4个队列最为常见，声音、图像、尽力而为(best effort)、背景流(background)，不同的队列对应不同的参数设置表，经典的QoS参数设置表如表1所示。这些队列在竞争信道时，其优先级有差异，各队列的传送优先级从高到低依次为:声音(AC_VO)>图像(AC_VI)>尽力而为(best effort，AC_BE)>背景流(backgound，AC-BK)，这样可以使实时性强的数据较快地得到服务。 1.2 碰撞管理机制

在802.11e协议中，除了涉及两个不同站的队列碰撞即真正的物理层碰撞之外，还有一种新的碰撞——虚拟碰撞，也叫内部碰撞［5］。虚拟碰撞中涉及的碰撞队列来自于同一个站点，如果从某站点发出的几个队列在某一时间间隙同时完成退避，站点内部的调度器会允许高优先级发送，优先权最高的队列将首先访问信道，之后，其他队列将执行与真正的碰撞一样的行为，且其竞争窗口增加

了一倍，再次争抢信道。虚拟碰撞实现了队列优先级的区分，同时在某种程度上加大了队列碰撞的机率。EDCA机制对来自于不同站点的业务(队列)之间没有优先级设置［6］，这些业务必须通过公平竞争获得信道，从而降低了不同站点的相同优先级业务的相对公平性。为了清晰地阐述EDCA碰撞管理机制存在的问题，下面定义三个场景:

(1)在站点1内部发生虚拟碰撞之后，站点2也有数据要发送，紧接着两站点数据在外部信道发生了真正的碰撞，如图1所示。

(2)站点1内部数据经过虚拟碰撞之后，其他站点没有数据发送，如图2所示。 (3)来自于不同站点的数据都没有经过内部站点的虚拟碰撞，相当于802.11 b中的DCF机制，如图3所示。

设某一站点内，音频数据(AC_VO)与视频数据(AC_VI)发生了虚拟碰撞，由于AC_VI优先级较低，因此其退避窗口加倍，AC_VO获得信道访问权。从EDCA参数设置表1可以看出，AC_VI的CW最小的值等于AC_VO的CW的最大值，AC_BE的CW最小的值等于AC_VI的CW的最大值。对于场景一而言，站点1的AC_VI经过虚拟碰撞之后，其CW值有可能大于优先级较低的 AC_BE的CW值，导致其优先权降低。另一方面，经过虚拟碰撞之后的音频数据，其竞争窗口变为 2倍，因其QoS参数设置与站点2音频数据的QoS参数设置不同，所以，其优先权也相对降低了。在实时应用系统中，一个较小的队列吞吐量的变化会影响所有业务的吞吐量。

2 虚拟碰撞的解决方案

EDCA机制固有的碰撞问题带来了场景二的同优先级业务其优先级相对不同的问题，现基于802.11e虚拟碰撞管理的定义进行以下设想。在发生一次虚拟碰