无线多跳网络中基于EDCA的端到端QoS保障研究

摘要

被设计用于单跳场景的802.11e EDCA(Enhanced Distributed Channel Access:增强型分布式信道接入)通过优先级划分机制，可以保证无线网络中多媒体业务传输的QoS质量。但是在目前快速发展的无线多跳网络中端到端QoS保障必须借助节点之间的合作才能实现，EDCA机制应用在无线多跳网络中时面临着两个缺陷：一是无法为有延迟限制的业务提供端到端的时延保证；二是不能在网络负载发生变化时通过接纳控制调节网络状态，保证当前网络中数据的服务质量。针对以上问题，本文对EDCA机制进行了修改和扩充，提出了一种用于无线多跳网络的逐跳自适应控制(APHC: Adaptive Per-Hop Control)方法，为无线多跳网络中的数据流传输提供端到端QoS保障。为了保证端到端时延和带宽，APHC从如下两方面进行了设计：
　　 (1)基于时延的优先级逐跳自适应分配算法。该算法改变了EDCA根据业务类型分配固定优先级接入类别的方式，采用跨层设计的思想将业务应用的端到端延时要求和网络层的传输跳数映射到MAC层MPDU包头，在多跳路径上的中间节点根据分组的端到端延迟限制信息、累计延迟和节点目前的信道状态动态地调整分组的优先级别以满足其端到端延迟要求。
　　 (2)基于竞争感知的逐跳接纳控制算法。该算法以网络带宽资源为判断依据，与传统的AODV路由协议结合实现接纳控制。节点利用在MAC层监听的信道利用率估算出本地可用带宽，在网络层利用AODV定期广播的HELLO包进行带宽信息交互，从而实现对存在竞争关系的节点的感知。在AODV路由建立过程中，接纳控制算法在每一跳节点上以节点可用带宽资源的多少作为是否接纳新流的依据。
　　 实验结果表明，与原EDCA机制相比本文提出的逐跳自适应控制算法能在无线多跳网络中提供更有效的端到端QoS保障。