近年來(lái)，無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)得到迅速發(fā)展。從組網(wǎng)方式上看，無(wú)線網(wǎng)絡(luò)可分為隨意組網(wǎng)(Ad-hoc)模式和有基礎(chǔ)設(shè)施(1nfrastructure)網(wǎng)絡(luò)模式。隨意組網(wǎng)模式允許無(wú)線節(jié)點(diǎn)直接通信。有基礎(chǔ)設(shè)施網(wǎng)絡(luò)模式則禁止無(wú)線節(jié)點(diǎn)直接通信，所有分組都要經(jīng)過(guò)接入點(diǎn)(Access Point，AP)轉(zhuǎn)發(fā)。與隨意組網(wǎng)模式相比，目前，有基礎(chǔ)設(shè)施網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用更為廣泛。

　　現(xiàn)階段，無(wú)線技術(shù)被廣泛應(yīng)用于遠(yuǎn)程教學(xué)、臨時(shí)會(huì)議等應(yīng)用場(chǎng)景。這就要求無(wú)線網(wǎng)絡(luò)除了支持一般數(shù)據(jù)傳輸外，還要支持對(duì)延遲等參數(shù)較為敏感的實(shí)時(shí)媒體業(yè)務(wù)的傳輸。然而，目前無(wú)線網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品硬件中實(shí)現(xiàn)的802．11 MAC層協(xié)議只支持基?quot;盡力而為"的分布式協(xié)調(diào)功能(Distributed Coordination Function，DCF)，對(duì)實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)不提供任何服務(wù)質(zhì)量(Quality of Service，QoS)保證。

　　本文將提出一種在有基礎(chǔ)設(shè)施無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中對(duì)實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)提供應(yīng)用級(jí)服務(wù)質(zhì)量支持的系統(tǒng)模型機(jī)制，并對(duì)系統(tǒng)性能進(jìn)行分析。

　　1系統(tǒng)模型的算法描述

　　系統(tǒng)模型主要由3個(gè)模塊構(gòu)成：延遲帶寬分析、準(zhǔn)入控制和速率整形。系統(tǒng)機(jī)制的實(shí)現(xiàn)流程如圖1所示。
                    
     圖中，業(yè)務(wù)分類器主要用于區(qū)分實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)和盡力而為業(yè)務(wù)。速率整形模塊負(fù)責(zé)動(dòng)態(tài)調(diào)整盡力而為業(yè)務(wù)的發(fā)送速率以適應(yīng)實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)的低延遲要求。準(zhǔn)入控制模塊負(fù)責(zé)根據(jù)當(dāng)前系統(tǒng)實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)流的可用帶寬決定是否滿足新的實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)流的準(zhǔn)人請(qǐng)求，對(duì)已準(zhǔn)入的實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)流直接插入網(wǎng)卡接口隊(duì)列等待MAC層處理。延遲帶寬分析模塊負(fù)責(zé)統(tǒng)計(jì)當(dāng)前系統(tǒng)實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)所占用的網(wǎng)絡(luò)帶寬及該節(jié)點(diǎn)分組的實(shí)際發(fā)送速率，并測(cè)量數(shù)據(jù)幀的MAC層延遲。這里所說(shuō)的MAC層延遲包括：數(shù)據(jù)幀在網(wǎng)卡接口隊(duì)列的排隊(duì)等待時(shí)間；根據(jù)CSMA／CA算法偵聽(tīng)媒體信道狀態(tài)所等待和退避的時(shí)間；在取得對(duì)媒體信道的訪問(wèn)權(quán)后，發(fā)送RTS(Request to Send)-CTS(Clear to Send)-DATA-ACK一系列幀交換的時(shí)間，其中也包括了可能的幀碰撞和重傳時(shí)間。對(duì)MAC層延遲時(shí)間準(zhǔn)確和及時(shí)的反饋也是整個(gè)算法的關(guān)鍵。此外，由于MAC層對(duì)廣播和組播幀的處理與單播幀不同，在測(cè)量過(guò)程中不應(yīng)包含對(duì)組播和廣播幀的延遲統(tǒng)計(jì)。

　　1．1速率整形機(jī)制

　　在速率整形機(jī)制中，無(wú)線源節(jié)點(diǎn)和接入點(diǎn)的速率整形模塊均采用加增乘減(AIMD)控制算法。每個(gè)源節(jié)點(diǎn)調(diào)節(jié)自身盡力而為業(yè)務(wù)分組的發(fā)送速率。接入點(diǎn)則對(duì)所有轉(zhuǎn)發(fā)的盡力而為業(yè)務(wù)分組進(jìn)行速率調(diào)節(jié)，以使各節(jié)點(diǎn)實(shí)際發(fā)送速率均不高于某一動(dòng)態(tài)變化的發(fā)送速率閾值rate_limit。

　　AIMD算法被應(yīng)用在TCP擁塞控制等網(wǎng)絡(luò)協(xié)議中。在本系統(tǒng)中，AIMD算法則用于提供各無(wú)線源節(jié)點(diǎn)對(duì)無(wú)線媒體帶寬的公平利用。此外，AIMD算法還可以在確保實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)經(jīng)受較低MAC層延遲的情況下，使盡力而為業(yè)務(wù)更為充分利用剩余的媒體帶寬，使總的吞吐率在系統(tǒng)所允許到達(dá)的最大吞吐率附近上下浮動(dòng).
                    
                    
     1．2準(zhǔn)入控制機(jī)制

　　現(xiàn)有的802．11標(biāo)準(zhǔn)中，有基礎(chǔ)設(shè)施無(wú)線網(wǎng)絡(luò)通過(guò)接入點(diǎn)對(duì)分組的轉(zhuǎn)發(fā)來(lái)實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)的間接通信。利用這一性質(zhì)，接入點(diǎn)的延遲帶寬分析模塊就可通過(guò)測(cè)量自身轉(zhuǎn)發(fā)的實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)來(lái)獲知目前實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)對(duì)該媒體信道帶寬(bw_current)的占用情況。這樣，如果可以得到在不破壞服務(wù)質(zhì)量前提下實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)所能占用的最大媒體帶寬(bw_threshold)，則二者的差值也就是目前系統(tǒng)中新的實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)的可用帶寬(bw_availabe)。但是，在實(shí)現(xiàn)中，一般是選取更小的帶寬限值(bw_limit)作為實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)所能占用的最大媒體帶寬bw_threshold的替代值(在實(shí)驗(yàn)中均保守地選取bw_ limit值，使系統(tǒng)中只允許5條實(shí)時(shí)媒體業(yè)務(wù)流同時(shí)存在)。這樣做的原因是：(1)雖然業(yè)務(wù)負(fù)載量輕重和MAC層的平均延遲具有一定的對(duì)應(yīng)關(guān)系，但這種對(duì)應(yīng)關(guān)系是平均意義上的對(duì)應(yīng)，并不是穩(wěn)定的一一對(duì)應(yīng)關(guān)系，實(shí)際很難找到適合的bw_threshold值。(2)如果選取了bw_threshold作為實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)最大可用媒體帶寬，則根據(jù)上述bw_threshold的定義，盡力而為業(yè)務(wù)將有可能幾乎沒(méi)有剩余帶寬可用。這樣，速率整形機(jī)制的調(diào)節(jié)功能也就失去了作用，無(wú)法通過(guò)速率調(diào)節(jié)使實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)MAC層延遲迅速降低，也就失去了該機(jī)制對(duì)延遲變化反應(yīng)靈敏的特點(diǎn)。(3)即使使用了較小的帶寬限值bw_limit作為實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)準(zhǔn)入控制的準(zhǔn)入?yún)?shù)，剩余的媒體帶寬仍可由盡力而為業(yè)務(wù)充分地利用，不會(huì)影響系統(tǒng)總的吞吐率。 每