基于RTSCTS-DCF无线局域网性能分析及仿真

第10卷第2期信息工程大学学报Vol 110No 122009年6月Journal of I nfor mati on Engineering University Jun 12009 收稿日期:2008-09-22;修回日期:2008-12-15 作者简介:任孝锋(1980-),男,硕士生,主要研究方向为通信与信息系统。

I EEE802.11WLAN 中DCF 延迟性能分析任孝锋,李建新(信息工程大学信息工程学院,河南郑州450002)摘要:通过二维马尔可夫链模型分析了I EEE 802.11DCF 在饱和状态下的延迟特性,给出了分布式协调功能(DCF )中分组传输延迟的理论分析方法。

利用NS2仿真软件进行仿真,对基本接入方式和RTS/CTS 方式两种传输方式的延迟性能进行分析比较,仿真结果验证了理论分析方法的有效性,为研究在无线局域网中传输实时业务提供了理论依据。

关键词:I EEE 802.11;DCF;传输延迟中图分类号:T N925.93 文献标识码:A文章编号:1671-0673(2009)02-0181-03D el ay Ana lysis of DCF i n I EEE 802.11WLANREN Xiao 2feng,L I J ian 2xin(I nstitute of I nf or mati on Engineering,I nf or mati on Engineering University,Zhengzhou 450002,China )Abstract:I n this paper,the delay perf or mance f or I EEE 802.11DCF in saturati on situati on is ana 2lyzed by intr oducing a t w o 2di m ensi onalMarkov chain model .The evaluati on of access delay by theo 2retical analysis is als o p resented .Si m ulati on is done by using net w ork si m ulating t ool NS2,and the delay perfor mance is compared both basic access mechanis m and RTS/CTS access mechanis m.Si m 2ulati on results validated the effectiveness of theoretical analysis,which p r ovides a research basis for real 2ti m e trans m itting of packets in wireless l ocal area net w orks .Key words:I EEE 802.11;DCF;access delay 随着局域网应用领域的扩展和通信中对移动和便携性要求的提高,无线局域网(WLAN )得到了飞速发展,相应产生了多种局域网标准,如I EEE 802.11、Ho meRF 、B luet ooth 等,其中I EEE 802.11[1]是目前应用最广泛的WLAN 标准,它提供了WLAN 物理层(PHY )和媒体接入控制层(MAC )的详细规范。

IEEE 802.11的AP对帧的处理分析学生姓名：学号：老师：摘要AP是(Wireless) Access Point的缩写，即(无线)访问接入点。

如果无线网卡可比作有线网络中的以太网卡，那么AP就是传统有线网络中的HUB，也是目前组建小型无线局域网时最常用的设备。

AP相当于一个连接有线网和无线网的桥梁，其主要作用是将各个无线网络客户端连接到一起，然后将无线网络接入以太网(这正是Access Point名称的本义)。

目前大多数的无线AP都支持多用户接入、数据加密、多速率发送等功能，一些产品更提供了完善的无线网络管理功能。

对于家庭、办公室这样的小范围无线局域网而言，一般只需一台无线AP即可实现所有计算机的无线接入。

AP的室内覆盖范围一般是30m～100m，目前不少厂商的AP产品可以互联，以增加WLAN覆盖面积。

也正因为每个AP的覆盖范围都有一定的限制，正如手机可以在基站之间漫游一样，无线局域网客户端也可以在AP之间漫游。

本文主要讨论讨论不同通信情况下AP对帧的转发过程：同一AP下的站点之间通信；无线站点到有线站点的通信；同一ESS下不同AP站点之间通信（DS为以太和802.11a的两种情况）。

关键词WLAN、IEEE 802.11、AP（接入访问点）、帧的处理分析ABSTRACT AP (Wireless) is the abbreviation of Access Point, namely (Wireless) Access Access points. If the wireless network card can be compared to the wired network Ethernet card, then AP is traditional wired network, it is also the HUB of a small wireless local area network (LAN) the most commonly used equipment. AP is equivalent to a connection wired and wireless networks bridge, its main function is to each wireless network client connect to together, then the wireless network Access Ethernet (this is the name of the original Access Point).At present most of the wireless AP support multi-user access, data encryption, sending rate, and other functions, some products to provide more perfect wireless network management function. For home, office such little scope for wireless local area network (LAN), typically require a wireless AP can realize all the computer's wireless access.AP indoor coverage is generally 30 m to 100 m, at present a lot of manufacturer's AP product can be interconnected, in order to increase WLAN coverage area. Because each AP coverage has certain limitation, as mobile phone base stations in between roaming, the wireless local area network client also can be in AP roaming between.This paper mainly discussed the different communication cases AP to frame forwarding process: the same AP of the communication between the site; Wireless site to cable site communication; The same ESS under different AP site between communication (DS for Ethernet and 802.11 a two kinds of cases).KEYWORDWLAN、IEEE 802.11、AP（Access Point）、Frame processing analysis1. IEEE802.11简介802.11是IEEE最初制定的一个无线局域网标准，主要用于解决办公室局域网和校园网中，用户与用户终终端的无线接入，业务主要限于数据存取，速率最高只能达到2Mbps。

dcf是什么802.11中规定了两类媒体访问控制机制，PCF(点协调功能)和DCF（分布协调功能）。

DCF是基于竞争机制，提供分布式接入，多个分布式无线节点抢同一资源，PCF使用无竞争模式，提供有中心控制的轮询式接入，所有的带宽分配（传输时间片）都由一个全局的Point控制。

PCF是以DCF作为基础扩展的，802.11中PCF与DCF可以兼容工作。

在PCF模式中，两者的兼容实际上是基于一种交替工作的机制，即PCF和DCF各占据一段时间，交替进行工作。

该交替周期即是CFP重复周期（CFP repetition interval），在该周期内，包含CFP和CP 两个部分。

这篇文章主要介绍DCF机制，DCF机制是基于CSMA/CS载波侦听冲突避免的多址接入协议。

利用载波侦听和冲突避免技术来防止单一共享信道的冲突，同时通过四次握手机制完成分布式数据业务的信道接入，基本解决暴露终端和隐藏终端的问题。

DCF主要包含四个核心机制： 1.载波侦听机制 2.帧间间隔机制 3.随机退避机制 4.基于 RTS/CTS 的四次握手机制1.载波侦听机制载波侦听机制分为物理载波侦听和虚拟载波侦听。

任何指示器指示通道忙，则通道忙。

1.1物理载波侦听机制物理层相关背景：1.1.1 CCA概述物理载波监听采用三种信道空闲检测方式，能量检测、载波检测和能量载波混合检测，统称为CCA。

CCA工作模式由PHY MIB的属性：dot11CCAModeSupported来指出。

１. 能量检测(ED):对接收信号的能量大小进行判断，当接收的功率大于物理层规定的阈值ED_threshold时，就认为信道被占用。

２. 载波检测(CS) : 检测信道中是否存在高速PHY信号，PMD层将会识别该信号的preamble部分，展开运算得出SQ值衡量信号质量，如果信号质量超过设定阈值，认为信道存在PHY高速信号，信道被占用。

其中，802.11中的preamble部分采用特定的序列所构造，该序列对于发送方和接收方都是已知的，其用来做帧同步以及符号同步。

基于O P N E T的802.11建模与性能测试仿真实验内容1.熟悉无线局域网络拓扑结构。

2．熟悉OPNET软件环境，在计算机通信网的学习基础上模拟802.11，掌握OPNET运行，了解802.11协议和应用领域。

3.在OPNET环境下建立802.11，并进行仿真调试，测试802.11的网络性能，包括网络时延、网络吞吐量和网络丢包率。

4.对仿真测试的数据、图表结合所学内容进行分析（包括原理，仿真结果，图表等），以报告的形式上交。

二、实验原理2.1 802.11概述无线局域网协议是以IEEE 802．II标准为基础。

该标准定义了一个信道接入控制(MAC)子层和3个物理(PHY)层。

IEEE 802．I I协议的目标是构建一个能够提供与有线网络类似服务的无线网络。

IEEE 802．Il无线局域网的架构是用来支持一种移动站以分布式的方式进行协议会话的网络。

组成IEEE 802．I I网络可能有以下几种等级成分：(I)移动站(Station)：移动站是直接与无线信道连接的组件。

它可以是移动的、便携式的或是固定的。

每个移动站支持包括授权、认证、密码保护和交换数据(MAC J]I~务数据单元)等服务。

(2)基本服务子集(Basic Service Set，BSS)：一个IEEE 802．1 I无线局域网至少包含一个BSS。

BSS是由一系列可以互相通信的移动站组成。

如果基本服务子集中的所有移动站可以直接互相通信而不与有线网络相连，我们称该BSS为独立基本服务子集(Independent BSS)。

IBSS代表一种典型的自组织网络，它构成简单，规模小，而且源和目的结点之间的路由只有一跳。

如果BSS包含一个接入点(Access Point，AP)，则称该BSS为“架构BSS(1nfrastructure BSS)”，意味着它可以作为更大网络的一个组成部分。

在一个架构BSS中，所有移动站和AP进行通信。

AP既可以作为无线子网通向有线网络的入口设备，又可以作为本地无线子网路由交换设备。

无线局域网中一种自适应RTS门限调整算法刘军;郭伟;黄飞;肖百龙【期刊名称】《计算机学报》【年(卷),期】2007(030)004【摘要】媒体访问控制是无线局域网的重要部分,决定了具有受限通信带宽的无线信道的共享效率.IEEE 802.11系列标准基于现有以太网技术,具有良好的操作性和兼容性,已发展成为WLAN的主要标准.IEEE 802.11 DCF中有两种接入方式:基本方式和RTS/CTS方式.RTS/CTS方式是IEEE 802.11无线网络的可选握手过程,用于减小碰撞的可能性.决定使用RTS/CTS握手方式的RTS门限值是研究的重要参数,不同的取值对数据传送会产生不同的性能特点.文章通过分析IEEE 802.11 DCF 分组发送成功和碰撞的持续时间,获得了RTS和基本方式下分组传输时间开销与分组长度的关系.给出了以最小化分组传输时间代价为优化目标的最优RTS门限的计算公式.通过对当前信道分组发送的冲突概率的预测实现了最优RTS门限的计算;给出了一个具体的RTS门限自适应调整算法,使终端能自动调整其RTS门限以达到或接近最优值.仿真表明RTS门限自适应调整算法明显减小了分组传送时收发器发送单位比特数据的时间开销.【总页数】8页(P547-554)【作者】刘军;郭伟;黄飞;肖百龙【作者单位】电子科技大学通信抗干扰技术国家级重点实验室,成都,610054;电子科技大学通信抗干扰技术国家级重点实验室,成都,610054;电子科技大学通信抗干扰技术国家级重点实验室,成都,610054;电子科技大学通信抗干扰技术国家级重点实验室,成都,610054【正文语种】中文【中图分类】TP393【相关文献】1.无线局域网中一种提供服务质量的自适应算法 [J], 刘鸿飞;胡九川;李丽君;张宏科2.优化802.11 DCF分组传输时间的自适应RTS门限调整算法 [J], 刘军;郭伟;肖百龙;黄飞3.IEEE802.11 DCF中基于能耗最小的RTS门限自适应调整算法 [J], 严少虎;卓永宁;吴诗其;郭伟4.LTE中一种结合负载均衡和自适应门限的切换算法 [J], 雷鹏英;彭凌峰5.802.11 DCF中的自适应RTS门限调整算法 [J], 刘军;郭伟;肖百龙;黄飞因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

无线局域网ＤＣＦ性能分析与仿真作者：白科胡建平来源：《现代电子技术》2008年第01期摘要：主要分析了在无线局域网中应用比较广泛的MAC协议DCF(分布式协调功能)协议的性能。

从DCF的基本接入模式和RTS/CTS模式出发，分析了不同的节点数下分别在低速、中速、高速下两种接入模式吞吐量和延时方面的比较。

通过仿真验证了低速状态下RTS/CTS 在大多数情况下比基本接入模式无论在吞吐量和延时方面都更加有效，而且节点数越多的时候，情况越明显。

而在高速状态下，基本接入模式要比RTS/CTS方式有效。

关键词：无线局域网；分布式协调功能;吞吐量;延时中图分类号：TN915 文献标识码：B文章编号：Performance Analysis and Simulation of DCF in WLAN(1.Department of Electronic Engineering,University of Electronic Science & Technology of2.No.10th Research Institute,China Electronic Science & Technology GroupCorporation,Chengdu,610036,China)Abstract：Performance analysis of DCF protocol,which is a kind of MAC protocol that has been widely used in 802.11,is introduced in this paper.The throughput and delay performance comparison in basic mode and RTS/CTS mode of DCF access mechanisms,have been given in low speed,mid speed and high speed WLAN.Finally,the simulation has validated that the RTS/CTS mechanism is more effective than basic mechanism in low speed WLAN,especially more nodes.But in high speed WLAN,the basic mechanism is more effective than RTS/CTS mechanism.Keywords：WLAN;DCF;throughput;delay1 引言随着网络技术的发展，无线局域网越来越多地应用于实际工作和生活中。