袁昊+于永良

摘 ?要：隨遇通信時代主張無線網(wǎng)絡為最合適的通信網(wǎng)絡，而無線自組織多跳網(wǎng)絡（Ad Hoc Networks）以其獨特的特性為隨時隨地的訪問提供了不可替代的技術支持[1]。但是同時Ad Hoc網(wǎng)絡又有其脆弱性的一面，如由于節(jié)點移動導致網(wǎng)絡拓撲動態(tài)多變，這會使得網(wǎng)絡中業(yè)務流的QoS得不到有效保障。將IEEE802.11e協(xié)議應用在Ad Hoc網(wǎng)絡中，可以解決大網(wǎng)絡服務保障性能的問題。

關鍵詞：Ad Hoc;服務質量;IEEE802.11e

移動自組織網(wǎng)絡[1-2]是由一系列具有對等關系的自治移動終端組成的復雜的分布式系統(tǒng)（Distributed System， DS）。IEEE802.11e是一種能夠為網(wǎng)絡中報文傳輸提供QoS保障的MAC層協(xié)議，引入了服務質量保障（Quality of Service，QoS）的概念。它賦予實時業(yè)務流較高的優(yōu)先級。

一、基于IEEE 802.11e區(qū)分服務的QoS保障機制

（一） IEEE802.11e標準。IEEE802.11e通過引入增強的分布式信道接入（Enhanced Distributed Channel Access，EDCA）機制來區(qū)分不同業(yè)務流的優(yōu)先級，保障高優(yōu)先級業(yè)務的信道接入優(yōu)先權。EDCA機制將節(jié)點產生的數(shù)據(jù)流按照業(yè)務要求進行分類，IEEE802.11e標準定義了四種接入類（Access Category，

AC），分別是背景（Background）、盡力而為（Best Effort）、視頻（Video）和語音（Voice），同時為每個接入類設置了各自的仲裁幀間隙（Arbitration Inter-Frame Space，AIFS）和競爭窗口（Con

tention Window，CW）。業(yè)務優(yōu)先級與接入類的映射關系如表1所示。

（二）IEEE802.11e在GloMoSim中的實現(xiàn)。本文采用Glo

mosim仿真平臺來分析所提出算法的性能。在Glomosim提供的IEEE802.11分布式協(xié)調功能基礎上，實現(xiàn)IEEE802.11e EDC

A機制。EDCA支持8種優(yōu)先級，表現(xiàn)為網(wǎng)絡層的8個優(yōu)先級隊列，分別按照表1所示的映射關系，將8個優(yōu)先級隊列映射到相應的接入類中。

表1 ?優(yōu)先級和對應的接入類

應用程序產生的業(yè)務流中攜帶了此業(yè)務流的優(yōu)先級信息。如源節(jié)點產生一個恒定比

特流（Constant Bit Rate， CBR）的格式為：CBR <源節(jié)點> <目的節(jié)點> <需要發(fā)送的報文數(shù)> <報文大小> <報文發(fā)送間隔> ; <報文發(fā)送開始時間> <截止時間> <報文優(yōu)先級（在最低優(yōu)先級0-最高7之間）>。接著數(shù)據(jù)報文在節(jié)點內由上到下經(jīng)過相關協(xié)議層的處理。IEEE802.11e協(xié)議規(guī)定各協(xié)議層接收到數(shù)據(jù)報文后按照如下方式處理：（1）應用層接收到源節(jié)點產生的業(yè)務流后，向傳輸層發(fā)送數(shù)據(jù)包，數(shù)據(jù)包攜帶有業(yè)務內部優(yōu)先級信息。內部優(yōu)先級是業(yè)務流優(yōu)先級的一個映射，由高到低排列分別為：最高優(yōu)先級1到最低優(yōu)先級8。（2）在網(wǎng)絡層

IEEE802.11e標準將原來IEEE802.11標準定義的1個網(wǎng)絡隊列增加為8個先進先出的優(yōu)先級隊列，每一個隊列與一種業(yè)務優(yōu)先級相對應。源節(jié)點網(wǎng)絡層接收到數(shù)據(jù)分組后，用報文IP頭中的服務類型（ip_tos）字段來存儲數(shù)據(jù)包優(yōu)先級信息。中繼節(jié)點接收到數(shù)據(jù)報文后將報文向上傳遞到網(wǎng)絡層，中間節(jié)點網(wǎng)絡層通過數(shù)據(jù)報文IP頭中的服務類型（ip_tos）字段確定報文的優(yōu)先級，根據(jù)報文的優(yōu)先級信息將數(shù)據(jù)報文放入相應的網(wǎng)絡隊列中等待發(fā)送。在本文的仿真中AIFS和CW的設置如表2所示。

表2 ?IEEE802.11e MAC 參數(shù)設置

其中：a=31， a=1023;AIFSN是計算AIFS所用的參數(shù)，

AIFS=SIFS+AIFSN*（a slot time）;a slot time = 20，SIFS為10

二、仿真結果及分析

我們采用Glomosim2.03仿真平臺分析在IEEE802.11e協(xié)議下不同優(yōu)先級報文的時延性能，并與IEEE802.11協(xié)議進行性能比對。模擬環(huán)境如下：50個節(jié)點隨機分布在1000m * 1000m的正方形區(qū)域中，節(jié)點密度較大能夠維持網(wǎng)絡連接。網(wǎng)絡拓撲為動態(tài)的情況下節(jié)點采用隨機?？磕Ｊ降囊苿幽Ｐ停畲笠苿铀俣葹?0m/s，停靠時間為0（不?？浚?。每個源節(jié)點包含2個等級數(shù)據(jù)流，分別為最高優(yōu)先級VO和盡力而為BE業(yè)務流， 數(shù)據(jù)報文大小為1024bytes。采用DSR路由協(xié)議。仿真時間為100秒。

比較IEEE802.11e EDCA機制下和IEEE802.11協(xié)議在保證實時業(yè)務流時延要求方面的性能。在網(wǎng)絡中隨機選取6個節(jié)點，其中3個源節(jié)點3個目的節(jié)點。改變源節(jié)點的數(shù)據(jù)報文發(fā)送速率。圖1顯示了在IEEE802.11e EDCA機制與IEEE802.11算法下，不同優(yōu)先級業(yè)務流平均端到端時延。從圖中可以看出，當報文發(fā)送速率較低時，網(wǎng)絡負載低，EDCA與IEEE802.11協(xié)議具有相似的傳輸性能，但是隨著節(jié)點數(shù)據(jù)報文發(fā)送速率的增加，網(wǎng)絡負載逐漸加大，EDCA對于高優(yōu)先級數(shù)據(jù)業(yè)務的時延保障明顯優(yōu)于IEEE802.11協(xié)議。因此，IEEE802.11e協(xié)議是以犧牲低優(yōu)先級業(yè)務流的方式來為高優(yōu)先級業(yè)務流提供QoS保障。

圖1 ?IEEE802.11e與IEEE802.11時延比較

三、結束語

本文將IEEE802.11e和IEEE802.11協(xié)議進行了對比仿真分析，IEEE802.11e協(xié)議考慮了不同數(shù)據(jù)報文的優(yōu)先級信息，當發(fā)送節(jié)點獲取信道資源時，優(yōu)先發(fā)送最高優(yōu)先級的報文，為高優(yōu)先級業(yè)務流提供了有力的QoS保障，仿真結果表明，在平均端到端時延保障上IEEE802.11e協(xié)議性能較好，隨著網(wǎng)絡負載的增加，IEEE802.11e對高優(yōu)先級業(yè)務流的QoS保障機制更加明顯。

參考文獻：

[1] Mobile Ad Hoc Networking（MANET）：Routing Protocol Performance Issues and Evaluation Considerations， RFC 2501， IETF Network Working Group， 1999.

[2] 阮加勇. 無線Ad Hoc網(wǎng)絡中的跨層QoS保證研究[D].武漢：華中科技大學，2005.endprint

摘 ?要：隨遇通信時代主張無線網(wǎng)絡為最合適的通信網(wǎng)絡，而無線自組織多跳網(wǎng)絡（Ad Hoc Networks）以其獨特的特性為隨時隨地的訪問提供了不可替代的技術支持[1]。但是同時Ad Hoc網(wǎng)絡又有其脆弱性的一面，如由于節(jié)點移動導致網(wǎng)絡拓撲動態(tài)多變，這會使得網(wǎng)絡中業(yè)務流的QoS得不到有效保障。將IEEE802.11e協(xié)議應用在Ad Hoc網(wǎng)絡中，可以解決大網(wǎng)絡服務保障性能的問題。

關鍵詞：Ad Hoc;服務質量;IEEE802.11e

移動自組織網(wǎng)絡[1-2]是由一系列具有對等關系的自治移動終端組成的復雜的分布式系統(tǒng)（Distributed System， DS）。IEEE802.11e是一種能夠為網(wǎng)絡中報文傳輸提供QoS保障的MAC層協(xié)議，引入了服務質量保障（Quality of Service，QoS）的概念。它賦予實時業(yè)務流較高的優(yōu)先級。

一、基于IEEE 802.11e區(qū)分服務的QoS保障機制

（一） IEEE802.11e標準。IEEE802.11e通過引入增強的分布式信道接入（Enhanced Distributed Channel Access，EDCA）機制來區(qū)分不同業(yè)務流的優(yōu)先級，保障高優(yōu)先級業(yè)務的信道接入優(yōu)先權。EDCA機制將節(jié)點產生的數(shù)據(jù)流按照業(yè)務要求進行分類，IEEE802.11e標準定義了四種接入類（Access Category，

AC），分別是背景（Background）、盡力而為（Best Effort）、視頻（Video）和語音（Voice），同時為每個接入類設置了各自的仲裁幀間隙（Arbitration Inter-Frame Space，AIFS）和競爭窗口（Con

tention Window，CW）。業(yè)務優(yōu)先級與接入類的映射關系如表1所示。

（二）IEEE802.11e在GloMoSim中的實現(xiàn)。本文采用Glo

mosim仿真平臺來分析所提出算法的性能。在Glomosim提供的IEEE802.11分布式協(xié)調功能基礎上，實現(xiàn)IEEE802.11e EDC

A機制。EDCA支持8種優(yōu)先級，表現(xiàn)為網(wǎng)絡層的8個優(yōu)先級隊列，分別按照表1所示的映射關系，將8個優(yōu)先級隊列映射到相應的接入類中。

表1 ?優(yōu)先級和對應的接入類

應用程序產生的業(yè)務流中攜帶了此業(yè)務流的優(yōu)先級信息。如源節(jié)點產生一個恒定比

特流（Constant Bit Rate， CBR）的格式為：CBR <源節(jié)點> <目的節(jié)點> <需要發(fā)送的報文數(shù)> <報文大小> <報文發(fā)送間隔> ; <報文發(fā)送開始時間> <截止時間> <報文優(yōu)先級（在最低優(yōu)先級0-最高7之間）>。接著數(shù)據(jù)報文在節(jié)點內由上到下經(jīng)過相關協(xié)議層的處理。IEEE802.11e協(xié)議規(guī)定各協(xié)議層接收到數(shù)據(jù)報文后按照如下方式處理：（1）應用層接收到源節(jié)點產生的業(yè)務流后，向傳輸層發(fā)送數(shù)據(jù)包，數(shù)據(jù)包攜帶有業(yè)務內部優(yōu)先級信息。內部優(yōu)先級是業(yè)務流優(yōu)先級的一個映射，由高到低排列分別為：最高優(yōu)先級1到最低優(yōu)先級8。（2）在網(wǎng)絡層

IEEE802.11e標準將原來IEEE802.11標準定義的1個網(wǎng)絡隊列增加為8個先進先出的優(yōu)先級隊列，每一個隊列與一種業(yè)務優(yōu)先級相對應。源節(jié)點網(wǎng)絡層接收到數(shù)據(jù)分組后，用報文IP頭中的服務類型（ip_tos）字段來存儲數(shù)據(jù)包優(yōu)先級信息。中繼節(jié)點接收到數(shù)據(jù)報文后將報文向上傳遞到網(wǎng)絡層，中間節(jié)點網(wǎng)絡層通過數(shù)據(jù)報文IP頭中的服務類型（ip_tos）字段確定報文的優(yōu)先級，根據(jù)報文的優(yōu)先級信息將數(shù)據(jù)報文放入相應的網(wǎng)絡隊列中等待發(fā)送。在本文的仿真中AIFS和CW的設置如表2所示。

表2 ?IEEE802.11e MAC 參數(shù)設置

其中：a=31， a=1023;AIFSN是計算AIFS所用的參數(shù)，

AIFS=SIFS+AIFSN*（a slot time）;a slot time = 20，SIFS為10

二、仿真結果及分析

我們采用Glomosim2.03仿真平臺分析在IEEE802.11e協(xié)議下不同優(yōu)先級報文的時延性能，并與IEEE802.11協(xié)議進行性能比對。模擬環(huán)境如下：50個節(jié)點隨機分布在1000m * 1000m的正方形區(qū)域中，節(jié)點密度較大能夠維持網(wǎng)絡連接。網(wǎng)絡拓撲為動態(tài)的情況下節(jié)點采用隨機?？磕Ｊ降囊苿幽Ｐ?，最大移動速度為10m/s，?？繒r間為0（不?？浚?。每個源節(jié)點包含2個等級數(shù)據(jù)流，分別為最高優(yōu)先級VO和盡力而為BE業(yè)務流， 數(shù)據(jù)報文大小為1024bytes。采用DSR路由協(xié)議。仿真時間為100秒。

比較IEEE802.11e EDCA機制下和IEEE802.11協(xié)議在保證實時業(yè)務流時延要求方面的性能。在網(wǎng)絡中隨機選取6個節(jié)點，其中3個源節(jié)點3個目的節(jié)點。改變源節(jié)點的數(shù)據(jù)報文發(fā)送速率。圖1顯示了在IEEE802.11e EDCA機制與IEEE802.11算法下，不同優(yōu)先級業(yè)務流平均端到端時延。從圖中可以看出，當報文發(fā)送速率較低時，網(wǎng)絡負載低，EDCA與IEEE802.11協(xié)議具有相似的傳輸性能，但是隨著節(jié)點數(shù)據(jù)報文發(fā)送速率的增加，網(wǎng)絡負載逐漸加大，EDCA對于高優(yōu)先級數(shù)據(jù)業(yè)務的時延保障明顯優(yōu)于IEEE802.11協(xié)議。因此，IEEE802.11e協(xié)議是以犧牲低優(yōu)先級業(yè)務流的方式來為高優(yōu)先級業(yè)務流提供QoS保障。

圖1 ?IEEE802.11e與IEEE802.11時延比較

三、結束語

本文將IEEE802.11e和IEEE802.11協(xié)議進行了對比仿真分析，IEEE802.11e協(xié)議考慮了不同數(shù)據(jù)報文的優(yōu)先級信息，當發(fā)送節(jié)點獲取信道資源時，優(yōu)先發(fā)送最高優(yōu)先級的報文，為高優(yōu)先級業(yè)務流提供了有力的QoS保障，仿真結果表明，在平均端到端時延保障上IEEE802.11e協(xié)議性能較好，隨著網(wǎng)絡負載的增加，IEEE802.11e對高優(yōu)先級業(yè)務流的QoS保障機制更加明顯。

參考文獻：

[1] Mobile Ad Hoc Networking（MANET）：Routing Protocol Performance Issues and Evaluation Considerations， RFC 2501， IETF Network Working Group， 1999.

[2] 阮加勇. 無線Ad Hoc網(wǎng)絡中的跨層QoS保證研究[D].武漢：華中科技大學，2005.endprint

摘 ?要：隨遇通信時代主張無線網(wǎng)絡為最合適的通信網(wǎng)絡，而無線自組織多跳網(wǎng)絡（Ad Hoc Networks）以其獨特的特性為隨時隨地的訪問提供了不可替代的技術支持[1]。但是同時Ad Hoc網(wǎng)絡又有其脆弱性的一面，如由于節(jié)點移動導致網(wǎng)絡拓撲動態(tài)多變，這會使得網(wǎng)絡中業(yè)務流的QoS得不到有效保障。將IEEE802.11e協(xié)議應用在Ad Hoc網(wǎng)絡中，可以解決大網(wǎng)絡服務保障性能的問題。

關鍵詞：Ad Hoc;服務質量;IEEE802.11e

移動自組織網(wǎng)絡[1-2]是由一系列具有對等關系的自治移動終端組成的復雜的分布式系統(tǒng)（Distributed System， DS）。IEEE802.11e是一種能夠為網(wǎng)絡中報文傳輸提供QoS保障的MAC層協(xié)議，引入了服務質量保障（Quality of Service，QoS）的概念。它賦予實時業(yè)務流較高的優(yōu)先級。

一、基于IEEE 802.11e區(qū)分服務的QoS保障機制

（一） IEEE802.11e標準。IEEE802.11e通過引入增強的分布式信道接入（Enhanced Distributed Channel Access，EDCA）機制來區(qū)分不同業(yè)務流的優(yōu)先級，保障高優(yōu)先級業(yè)務的信道接入優(yōu)先權。EDCA機制將節(jié)點產生的數(shù)據(jù)流按照業(yè)務要求進行分類，IEEE802.11e標準定義了四種接入類（Access Category，

AC），分別是背景（Background）、盡力而為（Best Effort）、視頻（Video）和語音（Voice），同時為每個接入類設置了各自的仲裁幀間隙（Arbitration Inter-Frame Space，AIFS）和競爭窗口（Con

tention Window，CW）。業(yè)務優(yōu)先級與接入類的映射關系如表1所示。

（二）IEEE802.11e在GloMoSim中的實現(xiàn)。本文采用Glo

mosim仿真平臺來分析所提出算法的性能。在Glomosim提供的IEEE802.11分布式協(xié)調功能基礎上，實現(xiàn)IEEE802.11e EDC

A機制。EDCA支持8種優(yōu)先級，表現(xiàn)為網(wǎng)絡層的8個優(yōu)先級隊列，分別按照表1所示的映射關系，將8個優(yōu)先級隊列映射到相應的接入類中。

表1 ?優(yōu)先級和對應的接入類

應用程序產生的業(yè)務流中攜帶了此業(yè)務流的優(yōu)先級信息。如源節(jié)點產生一個恒定比

特流（Constant Bit Rate， CBR）的格式為：CBR <源節(jié)點> <目的節(jié)點> <需要發(fā)送的報文數(shù)> <報文大小> <報文發(fā)送間隔> ; <報文發(fā)送開始時間> <截止時間> <報文優(yōu)先級（在最低優(yōu)先級0-最高7之間）>。接著數(shù)據(jù)報文在節(jié)點內由上到下經(jīng)過相關協(xié)議層的處理。IEEE802.11e協(xié)議規(guī)定各協(xié)議層接收到數(shù)據(jù)報文后按照如下方式處理：（1）應用層接收到源節(jié)點產生的業(yè)務流后，向傳輸層發(fā)送數(shù)據(jù)包，數(shù)據(jù)包攜帶有業(yè)務內部優(yōu)先級信息。內部優(yōu)先級是業(yè)務流優(yōu)先級的一個映射，由高到低排列分別為：最高優(yōu)先級1到最低優(yōu)先級8。（2）在網(wǎng)絡層

IEEE802.11e標準將原來IEEE802.11標準定義的1個網(wǎng)絡隊列增加為8個先進先出的優(yōu)先級隊列，每一個隊列與一種業(yè)務優(yōu)先級相對應。源節(jié)點網(wǎng)絡層接收到數(shù)據(jù)分組后，用報文IP頭中的服務類型（ip_tos）字段來存儲數(shù)據(jù)包優(yōu)先級信息。中繼節(jié)點接收到數(shù)據(jù)報文后將報文向上傳遞到網(wǎng)絡層，中間節(jié)點網(wǎng)絡層通過數(shù)據(jù)報文IP頭中的服務類型（ip_tos）字段確定報文的優(yōu)先級，根據(jù)報文的優(yōu)先級信息將數(shù)據(jù)報文放入相應的網(wǎng)絡隊列中等待發(fā)送。在本文的仿真中AIFS和CW的設置如表2所示。

表2 ?IEEE802.11e MAC 參數(shù)設置

其中：a=31， a=1023;AIFSN是計算AIFS所用的參數(shù)，

AIFS=SIFS+AIFSN*（a slot time）;a slot time = 20，SIFS為10

二、仿真結果及分析

我們采用Glomosim2.03仿真平臺分析在IEEE802.11e協(xié)議下不同優(yōu)先級報文的時延性能，并與IEEE802.11協(xié)議進行性能比對。模擬環(huán)境如下：50個節(jié)點隨機分布在1000m * 1000m的正方形區(qū)域中，節(jié)點密度較大能夠維持網(wǎng)絡連接。網(wǎng)絡拓撲為動態(tài)的情況下節(jié)點采用隨機停靠模式的移動模型，最大移動速度為10m/s，停靠時間為0（不?？浚Ｃ總€源節(jié)點包含2個等級數(shù)據(jù)流，分別為最高優(yōu)先級VO和盡力而為BE業(yè)務流， 數(shù)據(jù)報文大小為1024bytes。采用DSR路由協(xié)議。仿真時間為100秒。

比較IEEE802.11e EDCA機制下和IEEE802.11協(xié)議在保證實時業(yè)務流時延要求方面的性能。在網(wǎng)絡中隨機選取6個節(jié)點，其中3個源節(jié)點3個目的節(jié)點。改變源節(jié)點的數(shù)據(jù)報文發(fā)送速率。圖1顯示了在IEEE802.11e EDCA機制與IEEE802.11算法下，不同優(yōu)先級業(yè)務流平均端到端時延。從圖中可以看出，當報文發(fā)送速率較低時，網(wǎng)絡負載低，EDCA與IEEE802.11協(xié)議具有相似的傳輸性能，但是隨著節(jié)點數(shù)據(jù)報文發(fā)送速率的增加，網(wǎng)絡負載逐漸加大，EDCA對于高優(yōu)先級數(shù)據(jù)業(yè)務的時延保障明顯優(yōu)于IEEE802.11協(xié)議。因此，IEEE802.11e協(xié)議是以犧牲低優(yōu)先級業(yè)務流的方式來為高優(yōu)先級業(yè)務流提供QoS保障。

圖1 ?IEEE802.11e與IEEE802.11時延比較

三、結束語

本文將IEEE802.11e和IEEE802.11協(xié)議進行了對比仿真分析，IEEE802.11e協(xié)議考慮了不同數(shù)據(jù)報文的優(yōu)先級信息，當發(fā)送節(jié)點獲取信道資源時，優(yōu)先發(fā)送最高優(yōu)先級的報文，為高優(yōu)先級業(yè)務流提供了有力的QoS保障，仿真結果表明，在平均端到端時延保障上IEEE802.11e協(xié)議性能較好，隨著網(wǎng)絡負載的增加，IEEE802.11e對高優(yōu)先級業(yè)務流的QoS保障機制更加明顯。

參考文獻：

[1] Mobile Ad Hoc Networking（MANET）：Routing Protocol Performance Issues and Evaluation Considerations， RFC 2501， IETF Network Working Group， 1999.

[2] 阮加勇. 無線Ad Hoc網(wǎng)絡中的跨層QoS保證研究[D].武漢：華中科技大學，2005.endprint