隨著科技的進步和人們要求的不斷提高,，WLAN中視頻服務" title="視頻服務">視頻服務的應用越來越廣。對于視頻服務,，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標準建議,，語音和視頻服務的最大容忍延時為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的服務質(zhì)量QoS(Quality of Service),，其延時低于最大容忍延時,。但是隨著信道負載的不斷增加，EDCF機制將不能保證視頻服務的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)先級語音服務的情況下,，DPEDCF機制提高了EDCF機制在高信道負載下視頻服務的性能，保證了視頻服務的QoS,。
1 DPEDCF機制的設計
　　有學者從保證最小吞吐量要求的基礎上提出過動態(tài)優(yōu)先級機制^[1],，本文將從保證最大容忍延時的基礎上，設計一種新的動態(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機制中最關鍵的預判算法,，本文通過EWMA算法對第j+1個信道負載更新周期內(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)先級被設為低優(yōu)先級，一般取AP＝2,。
2 DPEDCF機制的預判算法分析
　　預判算法規(guī)則如下：
　　(1)當前為低優(yōu)先級(AP＝2)
　?、偃绻鹐{D[j+1]}≤D_max，則第j+1個信道負載更新周期內(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個信道負載更新周期內(nèi)TC流的優(yōu)先級更新為AP＝1,。
　　(2)當前為中優(yōu)先級(AP＝1)
　?、偃绻鹐{D[j+1]}〈D21，則第j+1個信道負載更新周期內(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">第一個信道負載更新周期內(nèi)的平均延時,。
　　②如果D21≤e{D[j+1]}≤D_max,，則第j+1個信道負載更新周期內(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個信道負載更新周期內(nèi)TC流的優(yōu)先級更新為AP＝0,。
　　(3)當前為高優(yōu)先級(AP＝0)
　　①如果e{D[j+1]}〈D10,，則第j+1個信道負載更新周期內(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個信道負載更新周期內(nèi)TC流的優(yōu)先級保持為AP＝0。
3 信道負載更新周期間隔的選擇
　　信道負載更新周期間隔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)絡每增加或減少一對負載節(jié)點對的平均時間,，令信道負載更新周期間隔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)預判算法選擇優(yōu)先級,，并進入第j+1個信道負載更新周期,。
　　這里取T_update=T/4，使網(wǎng)絡增加或減少一對負載節(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,。每個信道負載率下仿真5s，因此T_update設為1.25s,，仿真結(jié)果為每個信道負載率下的平均值,。仿真拓撲結(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)點對稱為負載節(jié)點對,，每對負載節(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流作為負載,。
　　仿真通過不斷增加負載節(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。信道負載率和負載節(jié)點對數(shù)量的關系如表3所示,。
　　觀察節(jié)點對吞吐量隨信道負載率的變化如圖2所示,，觀察節(jié)點對延時隨信道負載率的變化如圖3所示。從圖中可以看到：當信道負載率超過50％時,，DPEDCF機制下觀察節(jié)點對的吞吐量和延時將遠遠優(yōu)于EDCF機制下的性能,，即使在信道負載率達到85％以上，延時超過D_max時,，DPEDCF機制下的性能也遠遠優(yōu)于EDCF機制下的性能,。
　　在圖2和圖" title="和圖">和圖3中，當信道負載率為43％時,，DPEDCF機制下的性能發(fā)生突降,。這是由于在此信道負載率下，低優(yōu)先級TC流負載達到飽和,。

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　　圖4為觀察節(jié)點對平均接入優(yōu)先級隨信道負載率變化圖,。在信道負載率為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,，且在第一個信道負載更新周期內(nèi)AP＝2,，在后面三個信道負載更新周期內(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載率變化和圖6高優(yōu)先級節(jié)點對延時隨信道負載率變化中可以看到：隨著信道負載率的增加,，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)先級服務的基礎上，提高了視頻服務在高負載下的性能,。
　　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,。
參考文獻
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