无线局域网中实时业务性能分析.pptx

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1、会计学1无线局域网中实时业务性能分析无线局域网中实时业务性能分析提纲提纲n n PCF工作机制n n模型解析n n数值计算和分析第1页/共31页PCF工作机制工作机制n nIEEE 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结构第2页/共31页PCF工作机制工作机制n nWLANWLAN的媒体接入控制（的媒体接入控制（MACMAC）机制，它支持）机制，它支持两种不同的两种不同的MACMAC方案：第一种方案是分布协调方案：第一种方案是分布协调功能（功能（DCF,Distributed Coordinat

2、ion FunctionDCF,Distributed Coordination Function），），它基于传统的它基于传统的CSMA/CA(Carrier Sense Multiple CSMA/CA(Carrier Sense Multiple Accesswith Collision Aviodance)Accesswith Collision Aviodance)协议，以尽力而协议，以尽力而为的方式接入信道；为的方式接入信道；n n第二种方案是点协调功能（第二种方案是点协调功能（PCFPCF），基于由接），基于由接入点控制的轮询（入点控制的轮询（pollpoll）方式，主要用于传输

3、实）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图象的多媒体综合业务，话音和视频这类业务对时间延迟。对时间延迟。第3页/共31页PCF工作机制工作机制n nPCFPCF工作机制：工作机制：在在PCFPCF下下,AP,AP发出发出BeaconBeacon表明无竞争阶段（表明无竞争阶段（CFPCFP，ContentionContentionFree PeriodFree Period）开始，接着）开始，接着APAP以轮询的方

4、式在以轮询的方式在APAP和主机和主机之间进行数据包的交换。之间进行数据包的交换。n n在标志帧发送之后的在标志帧发送之后的SIFSSIFS（Short InterFrame SpaceShort InterFrame Space）时间点协调器）时间点协调器开始无竞争（开始无竞争（CFCF）传送，发送）传送，发送CF-PollCF-Poll、Data+CF-PollData+CF-Poll、CF-Ack+CF-Ack+CF-PollCF-Poll或或Data+CF-Ack+CF-PollData+CF-Ack+CF-Poll帧。帧。第4页/共31页PCF工作机制工作机制n n如果某站从点协调器

5、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 第5页/共31页PCF工作机制工作机制SIFSuplinkSTA2D1+Ack图1 PCF下基本的轮询方式downlinkD2+AckCF+Ack+Poll(2)CF+Ack+Poll(1)STA1第6页/共31页PCF工作机制工作机制n n很多学者对DCF的性能进行了深入研究,

6、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。第7页/共31页PCF方式下的几种轮询机制方式下的几种轮询机制Reference:n nD.A.Eckhardt and P.Steenkiste,Effort-limited fair(ELF)scheduling for wireless networks,in INFOCOM 2000.IEEE,vol.3,March 26-30 2000,pp.1097-l 106.n nJing-Yuan Yeh,Support of multimedia services with the IEEE802.1

7、1 MAC protocol.,ICC 2002.Volume:1,28 April-2 May 2002:600-604第8页/共31页PCF方式下的几种轮询机制方式下的几种轮询机制n nRound-Robin Schemen nFirst-In-First-Out Schemen nPriority Schemen nPriority-Effort-Limit Fair Scheme 第9页/共31页本文本文PCF方式下的轮询机制方式下的轮询机制n n在在IEEE802.11IEEE802.11中没有详细说明在中没有详细说明在PCFPCF方式下方式下APAP采取何种策略进行轮询服务，在本文

8、采用如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，下的轮询策略：当服务员轮询到某个队列时，首先对高优先级的首先对高优先级的1 1类数据包队列（如语音和类数据包队列（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。然后对低优先级的到达的新数据包。然后对低优先级的2 2类数据类数据包队列（如数据）实行限定包队列（如数据）实行限定1 1服务：即服务员服务：即服务员只多对该队列中的一个数据包进行服务。之只多对该队列中的一个数据包进行服务。之后

9、再轮询下一站，依次循环进行。后再轮询下一站，依次循环进行。第10页/共31页图2 PCF下的轮询方式NullSIFSD21AckD11AckD12Ack切换时间downlinkCF-Poll（1）STA2STA1CF-Ack+Poll（1）CF-Poll（2）uplink服务时间本文本文PCF方式下的轮询方式下的轮询机制机制第11页/共31页n n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(模型假设条件模型假设条件)第12页/共31页数学解析数

10、学解析(模型假设条件模型假设条件)n n 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 。第13页/共31页数学解析数学解析(模型假设条件模型假设条件)n n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 。第14页/共31页数学解析数学解析(模型假设条件模型假设条件)n n服务员从的i站到第i1站的切换时间是指

11、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。是独立同分布的随机变量，服从一般分布，第15页/共31页数学解析数学解析(模型假设条件模型假设条件)n n各站的缓冲区容量足够大，不会产生数据包的溢出。n n对同类数据包按先来先服务（FCFS）原则进行。n n各站的到达过程、所有的服务时间和切换时间均相互独立。第16页/共31页本文使用的变量符号还有本文使用的变量符号还有 n nt时刻在i站的各类数据包数（队长）记为n n服务员第m次轮询到i站的时刻记为n n 为平稳状态下服务员轮询到第j站时第i站的队长。第17页/共31页数据包实际服务时间数据包实际服务

12、时间 n n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。第18页/共31页数据包实际服务时间数据包实际服务时间 n n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 第19页/共31页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：n n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；n n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；n n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。第20页

13、/共31页1类数据包队长分析类数据包队长分析第21页/共31页2类数据包队长分析类数据包队长分析 服务员第服务员第m+1m+1次轮询到第次轮询到第i i站时的站时的2 2类数据包数包括：类数据包数包括：n n第第m m次轮询时该站的次轮询时该站的2 2类数据包数；类数据包数；n n第第m m个轮询周期中在所有的切换时间内到达站的个轮询周期中在所有的切换时间内到达站的2 2类数据包数；类数据包数；n n服务员在所有站服务服务员在所有站服务1 1类数据包的停留时间内到达站的类数据包的停留时间内到达站的2 2类数据包类数据包数；数；n n服务员在各站至多服务一个服务员在各站至多服务一个2 2类数据包

14、的服务时间内到达站的类数据包的服务时间内到达站的2 2类类数据包数；数据包数；n n减去第减去第m m站有可能已经服务了的一个数据包。站有可能已经服务了的一个数据包。第22页/共31页2类数据包队长分析类数据包队长分析第23页/共31页1类数据包队长类数据包队长第24页/共31页平均轮询周期平均轮询周期 n n平均轮询周期应为所有切换时间、各站所有1类数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：第25页/共31页数值计算与分析数值计算与分析 n n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，第26页/共31页数值计算与分析数值计

15、算与分析n n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。第27页/共31页数值计算与分析数值计算与分析n n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。第28页/共31页数值计算与分析数值计算与分析n n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。第29页/共31页thanks第30页/共31页