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1、 2003.11.41无线局域网中实时业务性能分析课件提纲 PCF工作机制模型解析数值计算和分析2无线局域网中实时业务性能分析课件PCF工作机制IEEE 802.11标准定义的两种网络拓扑结构 ：Ad hoc结构和Infrastructure结构 Ad hoc结构Infrastructure结构3无线局域网中实时业务性能分析课件PCF工作机制WLAN的媒体接入控制（MAC）机制，它支持两种不同的MAC方案：第一种方案是分布协调功能（DCF, Distributed Coordination Function），它基于传统的CSMA/CA(Carrier Sense Multiple Acces
2、swith Collision Aviodance)协议，以尽力而为的方式接入信道；第二种方案是点协调功能（PCF），基于由接入点控制的轮询（poll）方式，主要用于传输实时业务。由于现代通信网络搭载的业务不再是单纯的数据业务，而是包括数据、话音、实时图象的多媒体综合业务，话音和视频这类业务对时间延迟。 4无线局域网中实时业务性能分析课件PCF工作机制PCF工作机制：在PCF下, AP发出Beacon表明无竞争阶段（CFP，ContentionFree Period）开始，接着AP以轮询的方式在AP和主机之间进行数据包的交换。 在标志帧发送之后的SIFS（Short InterFrame Sp
3、ace）时间点协调器开始无竞争（CF）传送，发送CF-Poll、Data+CF- Poll、CF-Ack+ CF -Poll或Data+CF- Ack +CF -Poll帧。 5无线局域网中实时业务性能分析课件PCF工作机制如果某站从点协调器接收到CF-Poll帧，该站可在SIFS空闲期之后通过发送CF-ACK或Data+CF- Ack+ CF- Poll帧对点协调器予以响应。如果点协调器接收到某站的Data+ CF- Ack +CF- Poll帧，点协调器可发送Data+CF- Poll，CF-Ack+ CF -Poll帧至另一站，其中该帧的Ack部分用于对前一数据帧确认 6无线局域网中实时
4、业务性能分析课件PCF工作机制SIFSuplinkSTA2D1+Ack图1 PCF下基本的轮询方式downlinkD2+AckCF+Ack+Poll(2)CF+Ack+Poll(1)STA17无线局域网中实时业务性能分析课件PCF工作机制很多学者对DCF的性能进行了深入研究,但是对带有轮询策略的PCF性能的研究比较少，而且已有的大部分是测量、仿真的性能分析2-6。 8无线局域网中实时业务性能分析课件PCF方式下的几种轮询机制Reference:D.A. Eckhardt and P. Steenkiste, Effort-limited fair (ELF)scheduling for wir
5、eless networks, in INFOCOM 2000.IEEE, vol. 3,March 26-30 2000, pp. 1097-l 106.Jing-Yuan Yeh,Support of multimedia services with the IEEE802.11 MAC protocol., ICC 2002. Volume: 1 , 28 April-2 May 2002 : 600 -6049无线局域网中实时业务性能分析课件PCF方式下的几种轮询机制Round-Robin SchemeFirst-In-First-Out SchemePriority SchemePr
6、iority-Effort-Limit Fair Scheme 10无线局域网中实时业务性能分析课件本文PCF方式下的轮询机制在IEEE802.11中没有详细说明在PCF方式下AP采取何种策略进行轮询服务，在本文采用如下的轮询策略：当服务员轮询到某个队列时，首先对高优先级的1类数据包队列（如语音和视频）实行穷尽式服务：即服务员将为该队列中的所有数据包进行服务，包括服务期间到达的新数据包。然后对低优先级的2类数据包队列（如数据）实行限定1服务：即服务员只多对该队列中的一个数据包进行服务。之后再轮询下一站，依次循环进行。 11无线局域网中实时业务性能分析课件图2 PCF下的轮询方式NullSIFS
7、D21AckD11AckD12Ack切换时间downlinkCF-Poll（1）STA2STA1CF-Ack+Poll（1）CF-Poll（2）uplink服务时间本文PCF方式下的轮询机制12无线局域网中实时业务性能分析课件设第i站的第k类数据包每一批按参数 为的Poisson过程到达，表示为 。 k类数据包到达第i站的第n批的数据包数为 ， 为相互独立的随机变量序列，且与 同分布， 。 的概率母函数为 。数学解析数学解析( (模型假设条件)13无线局域网中实时业务性能分析课件数学解析数学解析( (模型假设条件) 根据PCF的工作机制，可将传输数据和Ack的时间以及每个SIFS之和看作处理一
8、个包的时间，即服务时间。i站的两类数据包的服务时间 是独立且同分布的随机变量， 服从一般分布。 分布函数的Laplace-Stieltjes变换 。 14无线局域网中实时业务性能分析课件数学解析数学解析( (模型假设条件)由于无线信道误码率较高，假设数据包重传概率为 ，实际服务时间（包括重传服务时间）是独立且同分布的随机变量 ， ， 分布函数的Laplace-Stieltjes变换为 。 15无线局域网中实时业务性能分析课件数学解析数学解析( (模型假设条件)服务员从的i站到第i1站的切换时间是指第i站释放信道到第i1站获得信道的时间，那么传输CF-Poll的时间可包括到切换时间中。 是独立同
9、分布的随机变量， 服从一般分布， ， 16无线局域网中实时业务性能分析课件数学解析数学解析( (模型假设条件)各站的缓冲区容量足够大，不会产生数据包的溢出。 对同类数据包按先来先服务（FCFS）原则进行。 各站的到达过程、所有的服务时间和切换时间均相互独立。 17无线局域网中实时业务性能分析课件本文使用的变量符号还有 t时刻在i站的各类数据包数（队长）记为服务员第m次轮询到i站的时刻记为 为平稳状态下服务员轮询到第j站时第i站的队长。 18无线局域网中实时业务性能分析课件数据包实际服务时间数据包实际服务时间 设某个数据包经过m次传输才成功，则得到m次传输的概率为 。数据包传输失败后返回到缓冲区
10、队列的首位，继续接受服务（重传），所以数据包实际.服务时间包括重传的时间。 19无线局域网中实时业务性能分析课件数据包实际服务时间数据包实际服务时间 设某个数据包经过m次传输才成功，则得到m次传输的概率为 20无线局域网中实时业务性能分析课件1类数据包队长分析类数据包队长分析 服务员第m+1次轮询到第i站时的数据包数包括：第m个轮询周期中在所有的切换时间内到达i站的数据包数；除i站外服务员在所有站服务1类数据包的停留时间内到达站的数据包数；服务员在各站至多服务一个2类数据包的服务时间内到达站的数据包数。 21无线局域网中实时业务性能分析课件1类数据包队长分析类数据包队长分析22无线局域网中实时
11、业务性能分析课件2类数据包队长分析类数据包队长分析 服务员第m+1次轮询到第i站时的2类数据包数包括：第m次轮询时该站的2类数据包数；第m个轮询周期中在所有的切换时间内到达站的2类数据包数；服务员在所有站服务1类数据包的停留时间内到达站的2类数据包数；服务员在各站至多服务一个2类数据包的服务时间内到达站的2类数据包数；减去第m站有可能已经服务了的一个数据包。 23无线局域网中实时业务性能分析课件2类数据包队长分析类数据包队长分析24无线局域网中实时业务性能分析课件1类数据包队长类数据包队长25无线局域网中实时业务性能分析课件平均轮询周期平均轮询周期 平均轮询周期应为所有切换时间、各站所有1类数
12、据包的服务时间和每个站至多服务一个2类数据包的服务时间之和： 26无线局域网中实时业务性能分析课件数值计算与分析数值计算与分析 随着1类数据包到达率的增加，平均队长不断增加，而且2类数据包到达率的增加对平均队长影响很小，27无线局域网中实时业务性能分析课件数值计算与分析数值计算与分析图3表明2类数据包的到达率对平均轮询周期的影响也很小。所以1类数据包的到达率对轮询周期影响较大，这和本文的服务策略相一致。28无线局域网中实时业务性能分析课件数值计算与分析数值计算与分析当轮询终端的数量增加时，轮询周期也在快速增加。这也说明了PCF的一个不利点就是它的伸缩性不是非常好，在网络规模变大后，由于它轮询的客户端数量变多，造成网络效率的下降。 29无线局域网中实时业务性能分析课件数值计算与分析数值计算与分析模模型型缺缺点点：由于这只是在PCF方式下实时业务的建模，没有考虑与PCF 共存的DCF，如何建立更精确，又易于解析的业务模型，将是进一步研究的内容。 。30无线局域网中实时业务性能分析课件thanks31无线局域网中实时业务性能分析课件
