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无线局域网的竞争站点数预测算法 赵力强 西安电子科技大学综合业务网国家重点实验室, 陕西西安（710071 ） E-mail: lqzhao@ 摘 要：本文提出虚拟的分布式协调功能（VDCF ）预测算法（VDCF ），预测无线局域网的 规模（即竞争信道的站点数 n ）。VDCF 通过发送虚拟数据帧，检测虚拟帧碰撞概率，可以 在发送真实的数据帧之前预测站点数。仿真结果表明，VDCF 计算准确快捷。 关键词：无线局域网；分布式协调功能；CSMA/CA；退避策略；虚拟的分布式协调功能 1. 引 言 无线局域网 （WLAN ）可以同时满足人们对高速传输和个人移动性的要求，因此得到广 泛应用。IEEE 802.11 分布式协调功能 （DCF ）是目前最具影响力的WLAN标准[1] 。DCF 的性 能与网络规模（即竞争信道的站点数n ）密切相关[2-5] ，而n是各站点的帧碰撞概率的函数。 各站点采用ADCF算法，可以一边发送数据一边测量帧碰撞概率，然后计算出n ，根据n选择 传输机制可以提高网络吞吐量[6] 。如果采用Kalman滤波技术对测量数据进行平滑处理，可以 缩短测量的时间[7] 。但是，各站点必须测量一定时间才能获得可靠的帧碰撞概率，所以该算 法不能及时反映网络规模的变化。此外，该算法要求各站点的负载处于饱和状态，即始终有 数据帧发送。在实际使用中，各站点的负载强度不同，某些站点可能没有数据需要发送。本 文提出的虚拟的分布式协调功能（VDCF ）算法可以迅速准确地预测正在竞争信道的站点数。 2. 分布式协调功能（DCF ） DCF 基于载波监测/冲突避免 （CSMA/CA ）多址接入协议和时隙制退避策略，退避时隙 数是一个均匀分布在[0, W-1]上的随机整数，W 是介于Wmin 和Wmax 之间的整数。第一次 发送某帧时，W=Wmin ；如果发生碰撞，W 加倍，重传该帧；发生m 次碰撞后，W=Wmax ； 如果再发生碰撞，W 不再增加。 DCF 支持两种帧传输方式：ACK 和RTS/CTS 机制。ACK 属于两次握手机制，当接收 方正确接收某数据帧后，会立即发送确认帧，发送方收到确认帧，就知道数据帧已成功发送。 RTS/CTS 属于四次握手机制，发送方在发送数据帧之前，首先发送一个RTS 控制帧来预约 信道，接收方返回一个 CTS 控制帧，之后开始进行数据帧的发送和 ACK 确认。RTS/CTS 机制可以解决发送长帧时易发生碰撞从而导致网络吞吐量急剧下降的问题，但是，RTS/CTS 帧增加了网络开销，当数据帧较短时网络吞吐量较低。分析表明，帧长低于某个门限值时， ACK 机制的吞吐量优于RTS/CTS 机制；帧长高于该门限值后，RTS/CTS 机制的吞吐量优于 ACK 机制。该门限值与竞争信道的站点数n 有关：n 越大，门限值越小。各站点可以根据n 实时调节自己的门限值。如果发送的数据帧长度小于门限值，采用ACK 机制；如果帧长大 于门限值，采用RTS/CTS 机制。这样可以保证系统吞吐量始终最大。 3. 虚拟的分布式协调功能（VDCF ） VDCF 的核心思想是：终端 A 在发送真实的数据帧之前，发送虚拟帧，测量虚拟帧的 碰撞概率，预测n ；在发送真实帧的过程中，A 检测真实帧的碰撞概率，跟踪n 的变化。因 此，VDCF 可以实时反映网络规模的变化。 VDCF 完全遵循DCF 的多址接入和退避策略，区别仅在于VDCF 发送虚拟帧，DCF 发 送真实帧。在VDCF 中，在发送时隙内A 不发送任何帧，但是，如果其它站点在同一时隙 内发送数据，A 认为自己已经发送虚拟帧占用该时隙，因此虚拟帧发生碰撞，A 进入退避过 程。因为A 不发送真实帧，不会影响其它站点的正常发送。 在VDCF 算法中，A 处于饱和状态 （即A 始终有虚拟帧发送）。假设A 每次发送虚拟 - 1 - 帧时，虚拟帧的碰撞概率与过去的碰撞次数无关，即碰撞概率 p 恒定且相互