802_11无线局域网DCF协议的仿真研究

网络与通信学术探讨802.11无线局域网DCF协议的仿真研究张新菊刘艳杰刘杨(成都理工大学信息工程学院，四川成都610059)[摘要]通过用NS2网络模拟软件构建无线局域网仿真模型，对DCF协议的性能主要是吞吐量性能进行仿真，研究其两种机制下(BAS机制和RTS/CTS机制)业务量、用户数目、帧长与吞吐量的关系，通过分析和测试，并且与理论分析进行比较，得出研究结论，给出协议改进的建议。[关键词]DCF协议；性能分析；吞吐量；吞吐性能；业务量；用户数目；帧长1．引言信息技术的飞速发展，使得人们对于网络通信的需求也随之不断提高，希望打破不同的地域或客观条件的制约，能够“实现任何人在任何时候的任何地方与任何人进行任何方式的通信”的目标。作为个人通信的一个重要组成部撞窗口CWmax。在无误码时，DCF协议两种机制下吞吐率S的计算公式为：S=E[p](1)Ts－Tc+σ(1－Ptr)/Ptr+TsPsn(2)分，无线局域网(WLAN)已经掀起了移动计算的新浪潮，在现实及未来的社会生活中将得到广泛的应用。Ptr＝1－(1－τ)n－1Ps=nτ(1－τ)1－(1－τ)n(3)无线局域网(WLAN)的数据链路层(DLL)包括逻辑链路控制(LLC)子层和媒体访问控制(MAC)子层，MAC子层是WLAN链路层的核心和关键，其基本性能基本上就决定了链路的性能。为了解决WLAN的传输碰撞问题，IEEE802.11定义了两种MAC协议，即：DCF协议和PCF协议。DCF协议是基本的MAC协议，在AdHoc网和Infrastructure网中超帧(SuperFrame)的竞争期CP(ConectionFreePeriod)使用，支持异步(Asynchronous)服务。2．DCF协议简介2.1两种工作机制DCF协议使用两种机制进行帧的传输：基本访问机制(BAS)和RTS/CTS机制。BAS机制规定，帧传输后，如果在SIFS(短帧间隔)内没有收到确认帧(ACK)，则认为该帧丢失或碰撞，按照二进制退避算法进行退避和重传。RTS/CTS机制规定，发送端在发送数据帧之前，首先发送一个RTS帧来预约信道，接收端回发一个CTS帧，之后开始进行数据帧的发送和ACK确认。实质上是一种四次握手机制。RTS/CTS机制解决发送长帧时易发生碰撞从而导致信道利用率急剧下降的问题和解决“隐藏终端”问题。2.2理想DCF协议的吞吐性能吞吐率是衡量DCF协议性能的一个重要指标。时隙是信道争用的基本时间单位，退避的最小时间间隔为一个时隙。当终端站检测到信道空闲时间达到DIFS(DCF帧间隔)后，会首先按照均匀分布规则从[0，W-1]中随机选取一个值作为退避时间。W为退避窗口，其初始值为最小退避窗口CWmin，每发生一次碰撞，W值增加一倍，只到增至最大碰——————————————BAS=H+E[p]+SIFS+ACK+DIFS+2σ(4)TsRTS=RTS+3SIFS+4δ+CTS+H+E[p]+ACK+DIFS(5)TsRTS=RTS+DIFS+δ(6)Tc式中，E[P]为平均帧长，σ为时隙宽度，n为节点数目，τ为各工作站在一个时隙内发送帧的概率，H为物理层和MAC层帧头，δ为传播时延，E[P*]为碰撞时最长帧的平均长度。显然，DCF的性能受到诸多参数的影响。由于网络中各参数的动态随机性，并且理论分析模型做了一些近似和简化处理，用这些公式难以对DCF协议的性能作出全面、准确的分析。3．研究过程下面通过IEEE802.11无线局域网DCF协议性能测试实验，来具体介绍试验的开发过程。3.1NS2网络仿真模型的设计仿真实验设置了3个不同的网络场景，分别是10、20、50个节点随机分布在的区域内，在[0.1~2m/s]的范围内以均匀分布的概率随机移动，各节点以随机方式向其它节点发送帧，发送时间间隔有1ms和10ms两种，帧长在100bytes~2000bytes间变化，仿真时间为200s。3.2创建网络，流量，节点间的连接等Setdest(节点移动产生器)随机产生无线网络所需要的节点运动场景，第一次共创建10个节点，最小速度0.1m/s，最大速度2m/s，场景仿真时间为200秒，仿真场景的大小是。Cbrgen(传输产生器)产生数据流建立部分代码的工具，最多建立5条连接，某个随机时刻自动启动一个TCP流。3.3运行Tcl脚本作者简介：张新菊，女，山东泰安人，硕士研究生，研究方向：基于小波变换的数字图像处理，通信无线局域网，信号处理。—33—欢迎您试用SolidConverterPDF。本软件的试用版只会转换源文件内容的10%，最多可转换10页。这次文件转换，SolidConverterPDF转换了3页中的1页。请到为SolidConverterPDF注册，以取消这项限制。