隨著科技的進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)用越來越廣。對于視頻服務(wù)，允許其有一定的丟包，但是對于延時卻有一定要求，一般用最大容忍延時Dmax表示。H.323標(biāo)準(zhǔn)建議，語音和視頻服務(wù)的最大容忍延時為250ms，視頻電話、視頻會議等延時最好小于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)，其延時低于最大容忍延時。但是隨著信道負(fù)載的不斷增加，EDCF機制將不能保證視頻服務(wù)的QoS，其延時將超過最大容忍延時，性能將會很差。
　　本文基于IEEE802.11e的EDCF機制，提出一種動態(tài)優(yōu)先級(Dynamic Priority)EDCF機制，以下簡稱為DPEDCF機制。通過仿真可以看到，在保證高優(yōu)先級語音服務(wù)的情況下，DPEDCF機制提高了EDCF機制在高信道負(fù)載下視頻服務(wù)的性能，保證了視頻服務(wù)的QoS。
1 DPEDCF機制的設(shè)計
　　有學(xué)者從保證最小吞吐量要求的基礎(chǔ)上提出過動態(tài)優(yōu)先級機制^[1]，本文將從保證最大容忍延時的基礎(chǔ)上，設(shè)計一種新的動態(tài)優(yōu)先級機制。
1.1 IEEE802.11e EDCF機制
　　EDCF機制是基于競爭的信道介入機制，通過引入接入優(yōu)先級AP(Access Priority)來實現(xiàn)QoS。站點內(nèi)每個隊列通過虛站(VSTA)的形式實現(xiàn)8種不同用戶優(yōu)先級UP(User Priority)的業(yè)務(wù)流分類TC(Traffic Category)，并配以可決定其優(yōu)先級的QoS參數(shù)，一旦優(yōu)先級被確定將固定不變。AP和UP之間的映射關(guān)系如表1所示^[2]。

1.2 DPEDCF機制的算法分析
　　在分析DPEDCF機制算法之前，先定義第j個信道負(fù)載更新周期內(nèi)TC流的實際平均延時為D[j]。為了執(zhí)行DPEDCF機制中最關(guān)鍵的預(yù)判算法，本文通過EWMA算法對第j+1個信道負(fù)載更新周期內(nèi)TC流的平均延時進行估計，估計值為e{D[j+1]}，估計公式如下：
　　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機制中TC流的初始優(yōu)先級被設(shè)為低優(yōu)先級，一般取AP＝2。
2 DPEDCF機制的預(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(AP＝2)
　　①如果e{D[j+1]}≤D_max，則第j+1個信道負(fù)載更新周期內(nèi)TC流的優(yōu)先級保持為AP＝2。
　?、谌绻鹐{D[j+1]}〉D_max，則第j+1個信道負(fù)載更新周期內(nèi)TC流的優(yōu)先級更新為AP＝1。
　　(2)當(dāng)前為中優(yōu)先級(AP＝1)
　　①如果e{D[j+1]}〈D21，則第j+1個信道負(fù)載更新周期內(nèi)TC流的優(yōu)先級更新為AP＝2。D21為AP＝2更新到AP＝1后的第一個" title="第一個">第一個信道負(fù)載更新周期內(nèi)的平均延時。
　?、谌绻鸇21≤e{D[j+1]}≤D_max，則第j+1個信道負(fù)載更新周期內(nèi)TC流的優(yōu)先級保持為AP＝1。
　　③如果e{D[j+1]}〉D_max，則第j+1個信道負(fù)載更新周期內(nèi)TC流的優(yōu)先級更新為AP＝0。
　　(3)當(dāng)前為高優(yōu)先級(AP＝0)
　?、偃绻鹐{D[j+1]}〈D10，則第j+1個信道負(fù)載更新周期內(nèi)TC流的優(yōu)先級更新為AP＝1。D10為AP＝1更新到AP＝0后的第一個信道負(fù)載更新周期內(nèi)的平均延時。
　?、谌绻鹐{D[j+1]}≥D10，則第j+1個信道負(fù)載更新周期內(nèi)TC流的優(yōu)先級保持為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：對所研究的Ad Hoc WLAN進行分析，根據(jù)歷史經(jīng)驗得到網(wǎng)絡(luò)每增加或減少一對負(fù)載節(jié)點對的平均時間，令信道負(fù)載更新周期間隔T_update=T/4。實行DPEDCF機制的節(jié)點對在第j個信道負(fù)載更新周期下持續(xù)T_update后，進行延時估計，得到e{D[j+1]}，根據(jù)預(yù)判算法選擇優(yōu)先級，并進入第j+1個信道負(fù)載更新周期。
　　這里取T_update=T/4，使網(wǎng)絡(luò)增加或減少一對負(fù)載節(jié)點對時，實行DPEDCF機制的節(jié)點對一般最少可以經(jīng)歷兩個階段，第一個階段進行延時檢測，第二個階段進行優(yōu)先級更新。
4 仿真及其結(jié)果分析
　　利用NS-2工具，對本文提出的DPEDCF機制性能進行仿真。仿真基于802.11a平臺，PHY數(shù)據(jù)率選擇為36Mbps，D_max取150ms。每個信道負(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2向節(jié)點3傳送視頻(Video)流，這里稱其為觀察節(jié)點對。在EDCF機制中，設(shè)定其優(yōu)先級為AP＝1。在DPEDCF機制中，實行動態(tài)優(yōu)先級機制。
　　節(jié)點0向節(jié)點1傳送高優(yōu)先級(AP＝0)的語音(Audio)流，這里稱其為高優(yōu)先級節(jié)點對。通過對其性能的分析得到Video流在EDCF機制和DPEDCF機制下對高優(yōu)先級流的影響。其余節(jié)點對稱為負(fù)載節(jié)點對，每對負(fù)載節(jié)點對由一個發(fā)射節(jié)點和一個接收節(jié)點組成，在它們中間同時綁定Audio流、Video流和Best effort流作為負(fù)載。
　　仿真通過不斷增加負(fù)載節(jié)點對數(shù)來觀察高優(yōu)先級節(jié)點對和觀察節(jié)點對的性能變化。信道負(fù)載率和負(fù)載節(jié)點對數(shù)量的關(guān)系如表3所示。
　　觀察節(jié)點對吞吐量隨信道負(fù)載率的變化如圖2所示，觀察節(jié)點對延時隨信道負(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50％時，DPEDCF機制下觀察節(jié)點對的吞吐量和延時將遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于EDCF機制下的性能，即使在信道負(fù)載率達(dá)到85％以上，延時超過D_max時，DPEDCF機制下的性能也遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于EDCF機制下的性能。
　　在圖2和圖" title="和圖">和圖3中，當(dāng)信道負(fù)載率為43％時，DPEDCF機制下的性能發(fā)生突降。這是由于在此信道負(fù)載率下，低優(yōu)先級TC流負(fù)載達(dá)到飽和。

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　　圖4為觀察節(jié)點對平均接入優(yōu)先級隨信道負(fù)載率變化圖。在信道負(fù)載率為43％時，DPEDCF機制下的平均接入優(yōu)先級等于1.25。這表示在此信道負(fù)載率下，實行DPEDCF機制的節(jié)點優(yōu)先級發(fā)生更新，且在第一個信道負(fù)載更新周期內(nèi)AP＝2，在后面三個信道負(fù)載更新周期內(nèi)接入優(yōu)先級更新為AP＝1，因此平均接入優(yōu)先級為1.25。
　　從圖5高優(yōu)先級節(jié)點對吞吐量隨信道負(fù)載率變化和圖6高優(yōu)先級節(jié)點對延時隨信道負(fù)載率變化中可以看到：隨著信道負(fù)載率的增加，DPEDCF機制下高優(yōu)先級節(jié)點對的吞吐量略有下降，但延時卻有所減少，其性能基本不受影響。

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　　通過仿真看到，新的DPEDCF機制在保證高優(yōu)先級服務(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，從而進一步提高機制的性能。
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