无线局域网Mac层QOS机制探讨

张译心（山西医学科学院（山西大医院），山西 太原 030032）

无线局域网Mac层QOS机制探讨

张译心
（山西医学科学院（山西大医院），山西 太原 030032）

目前最为流行的无线接入方案为无线局域网，但在实际应用中，WLAN协议在支持QOS的过程中非常有限，从而便导致一些需求较高的QOS应用难以实施。无线局域网Mac层属于关键的协议子层，能够对无线节点进行控制与协调，从而对网络介质进行访问。现如今亟需解决的一个问题是，如何才能在一个并不稳定的物理介质以及有限的网络资源基础上，在Mac层上提供QOS服务。因此，文章简要地阐述了无线局域网层QOS技术难点、作用以及局限性，然后在此基础上探讨无线局域网Mac层选择QOS策略。

无线局域网；Mac层；QOS机制

目前IP网络中最为关键的问题便是QOS，也就是服务质量，人们为了能够在IP网络上更好地提供QOS，基于此而提出了一些机制。并且随着近年来无线网络的快速发展，IP网络越来越庞杂。无线环境下，极其缺少带宽资源，随着时间的流失，信道状况也会随之发生变化，从而会在一定程度上增加了位错误率的发生。在当前全球通信网络中无线移动网络处于非常重要的地位，尤其是WLAN的无线接入技术的发展使得人们提高了对其相关协议的关注度。并且多媒体网络服务对QOS也提出了更高的要求，而现有的WLAN 对QOS的有限支持在一定程度上阻碍了新网络在无线领域应用。现如今广泛使用的WLAN技术采用的是802.ll标准体系，但此协议并不会对QOS具有直接支持。因此，此网络无法被QOS要求高的多媒体无线应用。现对无线局域网层QOS作用、局限性以及控制模式进行简要阐述，然后探讨无线局域网Mac层选择QOS策略。

1　Mac层在无线QOS中作用

QOS在有线介质的网络中更加关注的是网络层与传输层，但问题是WLAN属于共享信道网络，QOS的实现需要得到来自Mac层的支持。原因在于WLAN不同于传统LAN竞争模型，如图1所示。从图1中可以看出，传播介质控制于有线网络中，任何2个节点之间需要相互通信时，通过介质的连结可以将4个节点形成一个竞争域。但无线环境中的竞争属于位置相关，在图2中可以看出若A与B需要实现双向的通信，那么C因其处于B广播范围内而为竞争域成员中，但D仍然处于自由状态，因此在此过程中A，B，C便处于互相竞争的状态。如果C与D之间要进行互相通信，在此过程中B，C，D便属于竞争域的成员。如果B与C之间要进行互相通信，A，B，C，D4个节点便将成为竞争域的成员且具有相互竞争介质的访问权。此种竞争关系增加了设计利用WLAN介质资源协议的难度，因此，各个节点之间的竞争关系属于位置相关竞争。

图1　传播介质控制于有线网络中

图2　介质的连结形成的竞争域

除此之外，由于无线节点并不能确定介质当前所处状态，因此在无线网络中各个节点之间不能互相感知对方状态，从而在应用的过程中导致出现隐藏及暴露终端问题。隐藏终端问题中，发送方会认为接受方处于空闲的状态，因而发送数据帧不会被收到。暴露终端问题中，发送方会以为接受方处于繁忙的状态，因而便会失去数据帧发送的机会。由于在WLAN中网络节点是通过访问共享的方式来实现通讯，无线介质访问效率便为通讯效率。

2　802.11协议QOS的局限性

2.1 分布式协调式局限性

分布式协调式在实际应用过程中，通过避让能够实现竞争，而决定避让时间的因素为CW。采用分布式协调方式在竞争过程中，最短的避让时间节点将会获得介质访问权。但分布式协调方式属于best-effort service（尽力服务），因此在具有时间及带宽延迟的需求下，分布协调方式不能提供QOS的保证。在分布式协调模式下，节点及数据流主要是通过随机避让的算法，并以同样的概率对媒质进行访问。但是随着网络中节点及数据量不断地增加，也会在一定程度上增加数据帧冲突概率及CW，从而便会导致数据延迟增加，降低网络利用率以及吞吐量。

2.2 点协调式局限性

点协调模式下，网络的中心位置为AP，因而也具有绝对的控制权。促进QOS实现的过程中也存在以下的局限性：①所有通讯均需要通过AP中继，如此便会在一定程度上损失一部分带宽利用率。②无法准确地控制轮询节点传输时间，从而导致AP不能为节点确保QOS参数。③AP不能准确地获知节点是否需要发送数据，从而将一部分轮询时间分配给并不需要数据发送的节点，因此在很大程度上浪费了时间。

3　WLAN的QOS控制模式

控制模式主要包括集中与分布式，因为无线节点具有自组与及时性，也就使得QOS更加迫切地要求分布式机制的存在。但问题在于，分布式机制因其自身的限制，使其在设计的过程中受到许多的挑战。在无线网络中，应用场合允许基础上可以采用AP提供QOS支持，集中式访问方法主要来自于802.11的点协调方式。

4　WLANMac层QOS策略

4.1 区分策略

区分服务主要是指在实际应用中根据业务指定优先级对相关数据进行调度。在区分策略中最为常见的属于QOS策略，其中典型代表便是IEEE802.lle中的EDCF访问机制。它能采用4个不同AC进行区分服务，EDCF区分服务通过不同介质访问参数来实现。

4.2 优先策略

对于要有保障网络服务来说，QOS策略必须能够为其提供一个绝对的QOS保障，也就是不管目前网络中数据业务数量及负载状况，总能在一定程度上确保一部分特定优先级业务QOS请求。集中式管理的QOS机制能够更加轻松地实现此调度机制。但问题在于，尽管优先策略能够在一定程度上适应实时业务需要，但可能会在特定情况下影响其他业务流。

4.3 公平策略

公平策略的提出是区分优先级的基础，公平策略就是数据流的公平，主要是指共同分享同一个信道，但不同数据业务所分配到的带宽与数据业务权重成正比。如图3所示，在图3中清晰地展示了在一个较为简单的无线网络中公平调度问题，内圈表示的是节点的有效传输范围；外圈主要表示的是干扰范围，其中的箭头主要是指当前的业务流状况。可以得知，在不对称的拓扑中可以同时存在两个竞争域，数据流在此状况中便处于不利的传输竞争地位，因此在所有业务中数据流DC性能最差，且所获得的数据吞吐量非常不稳定。

图3　不公平介质竞争

5　结语

无线局域网Mac层所提供QOS保证机制是在WLAN上运行需要应用QOS的必要途径，本文简要地阐述了无线局域网层QOS技术难点、作用以及802.11协议QOS在实际应用过程中的局限性，然后在此基础上探讨无线局域网Mac层选择QOS策略。当前全球通信网络中无线移动网络处于非常重要的地位，对于无线网络来说，网络传输的重点在于如何更加合理地访问无线介质，其中的难点在于如何提供QOS机制。在对802. 11的QOS改进引入了不同算法能够补充原有机制，主要目的在于能够在无线局域网Mac层上更好地提供QOS服务。

［1］肖慧华，燕佳静.无线局域网中Mac层QOS算法［J］.科技广场，2011（11）：38-41.

［2］李杰.无线局域网Mac协议性能分析与研究［D］.杭州：浙江理工大学，2014.

Discussion of Mac Layer QOS Mechanism in Wireless Local Area Network

Zhang Yixin
（Shanxi Academy of Medical Sciences， Taiyuan 030032， China）

At present， the most popular wireless access scheme is wireless local area network （LAN）， but in practical application，WLAN protocol in QOS support in the process is very limited， thus leading to difficult to implement some of the higher demand of QOS application. Wireless LAN Mac layer belongs to the key sub protocol layer， to control and coordination of wireless nodes， to the network medium access. An urgent problem need to resolve is how to provide the QOS service in a precarious physical media and limited network resources based on the Mac layer. Therefore， this paper briefly describes the wireless local area network layer QOS technology difficulties，functions and limitations， and then on this basis exploring the wireless local area network Mac layer selection QOS strategy.

wireless local area network； Mac layer； QOS mechanism

张译心（1983— ），女，山西太原。