隨著科技的進(jìn)步和人們要求的不斷提高，WLAN中視頻服務(wù)" title="視頻服務(wù)">視頻服務(wù)的應(yīng)用越來(lái)越廣。對(duì)于視頻服務(wù)，允許其有一定的丟包，但是對(duì)于延時(shí)卻有一定要求，一般用最大容忍延時(shí)Dmax表示。H.323標(biāo)準(zhǔn)建議，語(yǔ)音和視頻服務(wù)的最大容忍延時(shí)為250ms，視頻電話、視頻會(huì)議等延時(shí)最好小于150ms。
　　在低信道負(fù)載的Ad Hoc WLAN中，現(xiàn)有的IEEE802.11e EDCF(Enhanced Distributed Coordination Function)機(jī)制能很好地保證視頻服務(wù)的服務(wù)質(zhì)量QoS(Quality of Service)，其延時(shí)低于最大容忍延時(shí)。但是隨著信道負(fù)載的不斷增加，EDCF機(jī)制將不能保證視頻服務(wù)的QoS，其延時(shí)將超過(guò)最大容忍延時(shí)，性能將會(huì)很差。
　　本文基于IEEE802.11e的EDCF機(jī)制，提出一種動(dòng)態(tài)優(yōu)先級(jí)(Dynamic Priority)EDCF機(jī)制，以下簡(jiǎn)稱為DPEDCF機(jī)制。通過(guò)仿真可以看到，在保證高優(yōu)先級(jí)語(yǔ)音服務(wù)的情況下，DPEDCF機(jī)制提高了EDCF機(jī)制在高信道負(fù)載下視頻服務(wù)的性能，保證了視頻服務(wù)的QoS。
1 DPEDCF機(jī)制的設(shè)計(jì)
　　有學(xué)者從保證最小吞吐量要求的基礎(chǔ)上提出過(guò)動(dòng)態(tài)優(yōu)先級(jí)機(jī)制^[1]，本文將從保證最大容忍延時(shí)的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)一種新的動(dòng)態(tài)優(yōu)先級(jí)機(jī)制。
1.1 IEEE802.11e EDCF機(jī)制
　　EDCF機(jī)制是基于競(jìng)爭(zhēng)的信道介入機(jī)制，通過(guò)引入接入優(yōu)先級(jí)AP(Access Priority)來(lái)實(shí)現(xiàn)QoS。站點(diǎn)內(nèi)每個(gè)隊(duì)列通過(guò)虛站(VSTA)的形式實(shí)現(xiàn)8種不同用戶優(yōu)先級(jí)UP(User Priority)的業(yè)務(wù)流分類TC(Traffic Category)，并配以可決定其優(yōu)先級(jí)的QoS參數(shù)，一旦優(yōu)先級(jí)被確定將固定不變。AP和UP之間的映射關(guān)系如表1所示^[2]。

1.2 DPEDCF機(jī)制的算法分析
　　在分析DPEDCF機(jī)制算法之前，先定義第j個(gè)信道負(fù)載更新周期內(nèi)TC流的實(shí)際平均延時(shí)為D[j]。為了執(zhí)行DPEDCF機(jī)制中最關(guān)鍵的預(yù)判算法，本文通過(guò)EWMA算法對(duì)第j+1個(gè)信道負(fù)載更新周期內(nèi)TC流的平均延時(shí)進(jìn)行估計(jì)，估計(jì)值為e{D[j+1]}，估計(jì)公式如下：
　　e{D[j+1]}=a·D[j]+(1-a)·e{D[j]}　　　　　　(1)
　　a為平滑因子，一般取值為0.8。
　　DPEDCF機(jī)制中TC流的初始優(yōu)先級(jí)被設(shè)為低優(yōu)先級(jí)，一般取AP＝2。
2 DPEDCF機(jī)制的預(yù)判算法分析
　　預(yù)判算法規(guī)則如下：
　　(1)當(dāng)前為低優(yōu)先級(jí)(AP＝2)
　?、偃绻鹐{D[j+1]}≤D_max，則第j+1個(gè)信道負(fù)載更新周期內(nèi)TC流的優(yōu)先級(jí)保持為AP＝2。
　?、谌绻鹐{D[j+1]}〉D_max，則第j+1個(gè)信道負(fù)載更新周期內(nèi)TC流的優(yōu)先級(jí)更新為AP＝1。
　　(2)當(dāng)前為中優(yōu)先級(jí)(AP＝1)
　?、偃绻鹐{D[j+1]}〈D21，則第j+1個(gè)信道負(fù)載更新周期內(nèi)TC流的優(yōu)先級(jí)更新為AP＝2。D21為AP＝2更新到AP＝1后的第一個(gè)" title="第一個(gè)">第一個(gè)信道負(fù)載更新周期內(nèi)的平均延時(shí)。
　?、谌绻鸇21≤e{D[j+1]}≤D_max，則第j+1個(gè)信道負(fù)載更新周期內(nèi)TC流的優(yōu)先級(jí)保持為AP＝1。
　?、廴绻鹐{D[j+1]}〉D_max，則第j+1個(gè)信道負(fù)載更新周期內(nèi)TC流的優(yōu)先級(jí)更新為AP＝0。
　　(3)當(dāng)前為高優(yōu)先級(jí)(AP＝0)
　?、偃绻鹐{D[j+1]}〈D10，則第j+1個(gè)信道負(fù)載更新周期內(nèi)TC流的優(yōu)先級(jí)更新為AP＝1。D10為AP＝1更新到AP＝0后的第一個(gè)信道負(fù)載更新周期內(nèi)的平均延時(shí)。
　　②如果e{D[j+1]}≥D10，則第j+1個(gè)信道負(fù)載更新周期內(nèi)TC流的優(yōu)先級(jí)保持為AP＝0。
3 信道負(fù)載更新周期間隔的選擇
　　信道負(fù)載更新周期間隔T_update的選擇規(guī)則：對(duì)所研究的Ad Hoc WLAN進(jìn)行分析，根據(jù)歷史經(jīng)驗(yàn)得到網(wǎng)絡(luò)每增加或減少一對(duì)負(fù)載節(jié)點(diǎn)對(duì)的平均時(shí)間，令信道負(fù)載更新周期間隔T_update=T/4。實(shí)行DPEDCF機(jī)制的節(jié)點(diǎn)對(duì)在第j個(gè)信道負(fù)載更新周期下持續(xù)T_update后，進(jìn)行延時(shí)估計(jì)，得到e{D[j+1]}，根據(jù)預(yù)判算法選擇優(yōu)先級(jí)，并進(jìn)入第j+1個(gè)信道負(fù)載更新周期。
　　這里取T_update=T/4，使網(wǎng)絡(luò)增加或減少一對(duì)負(fù)載節(jié)點(diǎn)對(duì)時(shí)，實(shí)行DPEDCF機(jī)制的節(jié)點(diǎn)對(duì)一般最少可以經(jīng)歷兩個(gè)階段，第一個(gè)階段進(jìn)行延時(shí)檢測(cè)，第二個(gè)階段進(jìn)行優(yōu)先級(jí)更新。
4 仿真及其結(jié)果分析
　　利用NS-2工具，對(duì)本文提出的DPEDCF機(jī)制性能進(jìn)行仿真。仿真基于802.11a平臺(tái)，PHY數(shù)據(jù)率選擇為36Mbps，D_max取150ms。每個(gè)信道負(fù)載率下仿真5s，因此T_update設(shè)為1.25s，仿真結(jié)果為每個(gè)信道負(fù)載率下的平均值。仿真拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1所示，仿真參數(shù)如表2所示。

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　　節(jié)點(diǎn)2向節(jié)點(diǎn)3傳送視頻(Video)流，這里稱其為觀察節(jié)點(diǎn)對(duì)。在EDCF機(jī)制中，設(shè)定其優(yōu)先級(jí)為AP＝1。在DPEDCF機(jī)制中，實(shí)行動(dòng)態(tài)優(yōu)先級(jí)機(jī)制。
　　節(jié)點(diǎn)0向節(jié)點(diǎn)1傳送高優(yōu)先級(jí)(AP＝0)的語(yǔ)音(Audio)流，這里稱其為高優(yōu)先級(jí)節(jié)點(diǎn)對(duì)。通過(guò)對(duì)其性能的分析得到Video流在EDCF機(jī)制和DPEDCF機(jī)制下對(duì)高優(yōu)先級(jí)流的影響。其余節(jié)點(diǎn)對(duì)稱為負(fù)載節(jié)點(diǎn)對(duì)，每對(duì)負(fù)載節(jié)點(diǎn)對(duì)由一個(gè)發(fā)射節(jié)點(diǎn)和一個(gè)接收節(jié)點(diǎn)組成，在它們中間同時(shí)綁定Audio流、Video流和Best effort流作為負(fù)載。
　　仿真通過(guò)不斷增加負(fù)載節(jié)點(diǎn)對(duì)數(shù)來(lái)觀察高優(yōu)先級(jí)節(jié)點(diǎn)對(duì)和觀察節(jié)點(diǎn)對(duì)的性能變化。信道負(fù)載率和負(fù)載節(jié)點(diǎn)對(duì)數(shù)量的關(guān)系如表3所示。
　　觀察節(jié)點(diǎn)對(duì)吞吐量隨信道負(fù)載率的變化如圖2所示，觀察節(jié)點(diǎn)對(duì)延時(shí)隨信道負(fù)載率的變化如圖3所示。從圖中可以看到：當(dāng)信道負(fù)載率超過(guò)50％時(shí)，DPEDCF機(jī)制下觀察節(jié)點(diǎn)對(duì)的吞吐量和延時(shí)將遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于EDCF機(jī)制下的性能，即使在信道負(fù)載率達(dá)到85％以上，延時(shí)超過(guò)D_max時(shí)，DPEDCF機(jī)制下的性能也遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于EDCF機(jī)制下的性能。
　　在圖2和圖" title="和圖">和圖3中，當(dāng)信道負(fù)載率為43％時(shí)，DPEDCF機(jī)制下的性能發(fā)生突降。這是由于在此信道負(fù)載率下，低優(yōu)先級(jí)TC流負(fù)載達(dá)到飽和。

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　　圖4為觀察節(jié)點(diǎn)對(duì)平均接入優(yōu)先級(jí)隨信道負(fù)載率變化圖。在信道負(fù)載率為43％時(shí)，DPEDCF機(jī)制下的平均接入優(yōu)先級(jí)等于1.25。這表示在此信道負(fù)載率下，實(shí)行DPEDCF機(jī)制的節(jié)點(diǎn)優(yōu)先級(jí)發(fā)生更新，且在第一個(gè)信道負(fù)載更新周期內(nèi)AP＝2，在后面三個(gè)信道負(fù)載更新周期內(nèi)接入優(yōu)先級(jí)更新為AP＝1，因此平均接入優(yōu)先級(jí)為1.25。
　　從圖5高優(yōu)先級(jí)節(jié)點(diǎn)對(duì)吞吐量隨信道負(fù)載率變化和圖6高優(yōu)先級(jí)節(jié)點(diǎn)對(duì)延時(shí)隨信道負(fù)載率變化中可以看到：隨著信道負(fù)載率的增加，DPEDCF機(jī)制下高優(yōu)先級(jí)節(jié)點(diǎn)對(duì)的吞吐量略有下降，但延時(shí)卻有所減少，其性能基本不受影響。

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　　通過(guò)仿真看到，新的DPEDCF機(jī)制在保證高優(yōu)先級(jí)服務(wù)的基礎(chǔ)上，提高了視頻服務(wù)在高負(fù)載下的性能。
　　在今后的工作中，將繼續(xù)改善和優(yōu)化DPEDCF中的算法，使其更精確，從而進(jìn)一步提高機(jī)制的性能。
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