朱逢園 黨旺

摘要：隨者無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展，無線局城網(wǎng)憑借著靈活、力便等優(yōu)勢，已經(jīng)被廣泛應(yīng)用。本文以MATLAB軟件為主要開發(fā)工具，分析了MAC層的DCF訪問機制，在MATLAB平臺上實現(xiàn)IEEE 802.11系列標準協(xié)議中關(guān)鍵物理層技術(shù)和MAC層接入機制的性能仿真和驗證。

關(guān)鍵詞：無線局域網(wǎng);MAC;DCF

中圖分類號：TN929?文獻標識碼：A?文章編號：1672-9129（2020）10-0039-01

1?序言

隨著無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的快速發(fā)展，MAC作為媒體訪問控制協(xié)議，其主要作用是控制每個通信節(jié)點對信道的訪問，解決沖突，實現(xiàn)高效共享。近年來，許多研究者致力于IEEE802.11無線網(wǎng)絡(luò)性能的分析、研究和改進，但大部分工作局限于無AP無線局域網(wǎng)的性能，能夠用于提高AP通信能力（通常稱為提高節(jié)點的優(yōu)先級）的研究很少，本文將系統(tǒng)研究無線網(wǎng)絡(luò)中常用的MAC層協(xié)議，并對其進行仿真。

2?IEEE802.11 MAC接入控制協(xié)議概述

MAC層的功能主要由層協(xié)議來完成，層協(xié)議定義了訪問媒體的規(guī)則。層協(xié)議決定了網(wǎng)絡(luò)容量，系統(tǒng)頻率利用率、網(wǎng)絡(luò)性能等，以及無線媒體訪問控制的協(xié)調(diào)功能，包括分布式協(xié)調(diào)功能、協(xié)調(diào)功能、協(xié)調(diào)功能混合等[1]。

2.1 CSMA/CA載波偵聽機制

該技術(shù)是利用載波傳感技術(shù)來比較待測信號與參考點。如果信號強度低于參考點，則說明頻帶尚未使用。工作站可以使用這個帶寬發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。反之，如果信號強度高于參考點，說明當前傳輸介質(zhì)處于忙碌狀態(tài)，則工作站必須延遲傳輸時間，繼續(xù)檢測傳輸介質(zhì)，直到傳輸介質(zhì)處于空閑狀態(tài)，才能傳輸幀。在標準中，物理層評估無線媒體的空閑時間，并使用物理載波截取該層對無線傳輸介質(zhì)的占用情況進行估計，利用網(wǎng)絡(luò)分配向量進行估計，實現(xiàn)虛擬截取，避免不必要的傳輸嘗試。只有當兩種監(jiān)聽機制的監(jiān)聽結(jié)果空閑時，才可以認為無線媒體處于空閑狀態(tài)。

DCF（Distributed Coordination Function ）采用載波偵聽多址訪問沖突避免的方法控制訪問信道。接入機制以為主，在傳輸數(shù)據(jù)之前，無線媒體會被檢查是否處于空閑狀態(tài)。為了避免沖突，在使用信道時，其他站點會隨機分配一段后退時間[2]。

2.2 DCF機制仿真及分析。文章主要基于MATLAB平臺來完成仿真分析，基于時隙同時處理多個STA的通信，程序的正確運行通過標志位來實現(xiàn)。當STA需要發(fā)送數(shù)據(jù)時，需要知道信道此時的狀況，如果信道處于空閑狀態(tài)，則等待DIFS時間后進行傳輸，需要注意的是如果上—幀傳輸失敗則需要等待EIFS時間后傳輸;如信道是忙狀態(tài)，則無法傳輸，需要繼續(xù)等待空閑狀態(tài)的到來，退避算法在等待DIFS時間后便會啟動。發(fā)送端模塊主要包括：數(shù)據(jù)產(chǎn)生、錯誤概率模擬、退避過程、ACK接收檢測。假設(shè)STA有Z幀需要傳輸，在每個時隙中，都需進行物理偵聽和虛擬偵聽，來確定信道的狀態(tài)，如果是空閑，則檢查接入STA的數(shù)量，如果只有一個站點，直接接入Wlan-simulation函數(shù)傳輸數(shù)據(jù);如果有多個站點在競爭，則啟動退避算法，占據(jù)信道的STA接入函數(shù)傳輸數(shù)據(jù);如果忙碌，使用信道傳輸數(shù)據(jù)的STA等待接收ACK幀，待信道進入空閑狀態(tài)DIFS時間后開啟退避過程[3]。

仿真條件：物理層采用DSSS方式（競爭窗口初始值CWmin=32，極限退避時間階數(shù)m=5，SlotTime=20 ，傳輸速率2Mbps），誤碼率0，分組總長度50slots，各STA處于飽和狀態(tài)。

從圖看出，對比值的結(jié)果非常接近，隨著STA數(shù)的增加，WLAN的有效吞吐量呈現(xiàn)衰減程度增大的趨勢。通過MATLAB編寫仿真程序模擬無接入點的WLAN的DCF協(xié)議，并繪制圖表如圖3-2。有接入點的WLAN得有效吞吐量與無接入點的WLAN的有效吞吐量的1/（n+1）十分接近[4]。

由于實際中物理信道不可能是完全可靠的。首先定義誤包率PER：數(shù)據(jù)分組錯誤的概率，這里假設(shè)數(shù)據(jù)分組中只要有一位數(shù)據(jù)發(fā)生誤碼，整個數(shù)據(jù)分組就不能被正確接收。所以它和誤碼率有如下關(guān)系：

其中L是數(shù)據(jù)分組長度，根據(jù)協(xié)議標準，只要發(fā)送端沒有接收到ACK，競爭窗口就會加倍，因此，完全可以將發(fā)生誤碼的情況考慮進來。

仿真假定STA數(shù)量為5，從圖3-3中看出，有效吞吐量隨誤碼率單調(diào)遞減。但這里所選取的誤碼率是十分大的，實際情況中誤碼率一般在10-6數(shù)量級[5]，所以影響是比較有限的。

3?總結(jié)

無線局域網(wǎng)的不斷發(fā)展，使得人們對WLAN的要求也越來越高，MAC層的接入機制對提升系統(tǒng)性能的重要性。本文主要研究了DCF接入機制。采用MATLAB工具，完成對MAC層接入機制DCF模塊的仿真分析。要提高系統(tǒng)吞吐量，除了在接入信道算法上需要做改進外，偵聽技術(shù)上的改進也非常重要，今后將作進一步研究。

參考文獻：

[1]羅振東.下一代WLAN技術(shù)標準802.11ac/ad[J].現(xiàn)代電信科技，2011（12）：10-14.

[2]彭泳，程時端.一種自適應(yīng)無線局域網(wǎng)協(xié)議[J].軟件學(xué)報，2013（04）.

[3]馮正勇.基于IEEE802.11eEDCA的下行信道動態(tài)無競爭接入機制[J].計算機應(yīng)用研究，2011.20（8）：3083-3085

[4]李云，陳前斌，隆克平等.通過自適應(yīng)調(diào)整最小競爭窗口最大IEEE802.11DCF的飽和吞吐量[J].電子與信息學(xué)報，2011.28（10）：1930-1934.

[5]阮象華，徐德軍.OFDM系統(tǒng)中定時偏移的估計技術(shù)[J].電視技術(shù)，2001年11期.