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WLAN與WPAN的QoS機制對比分析

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無線局域網(wǎng)（WLAN）和無線個域網(wǎng)（WPAN）技術(shù)的發(fā)展帶來的多媒體業(yè)務(wù)流量的劇增 ， 使無線網(wǎng)絡(luò)的資源治理、服務(wù)質(zhì)量（QoS）保障等問題日益突出 。傳統(tǒng)的媒體訪問控制（MAC）協(xié)議需要重新設(shè)計才能對無線網(wǎng)絡(luò)的QoS問題進行有效地解決 。文中研究了IEEE WLAN和WPAN工作組分別于2002年5月和2003年2月提出的IEEE802.11e D3.0 和IEEE802.15.3 D16兩種協(xié)議標準的工作機制并對兩者的性能作出了比較分析 。
要害詞：無線局域網(wǎng);無線個域網(wǎng);服務(wù)質(zhì)量;媒體訪問控制;超寬帶技術(shù)
一、 引言
無線局域網(wǎng)（WLAN,即Wireless Local Area Network）和無線個域網(wǎng)（WPAN,即Wireless Personal Area Network）是對目前無線接入系統(tǒng)的補充 ， 近年來得到了迅速的發(fā)展 。WLAN可以使網(wǎng)絡(luò)用戶擺脫網(wǎng)線的束縛 ， 在企業(yè)、家庭、酒店、機場等熱點地區(qū)向終端用戶提供高速數(shù)據(jù)傳輸 。WPAN能在便攜式消費者電器和通信設(shè)備之間進行短距離高速通信 ， 覆蓋范圍比WLAN小 ， 一般在10 m半徑以內(nèi) 。
IEEE WLAN工作組在1997年制訂了802.11協(xié)議標準 ， 1999年8月增加了802.11b和802.11a標準［1］ 。IEEE802.11b可提供的數(shù)據(jù)速率為11 Mbps ， 而IEEE802.11a傳輸速率最高可達54 Mbps ， 雖然這樣的高速率可以滿足一般的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用 ， 但是對于發(fā)展迅速的家庭數(shù)字媒體應(yīng)用 ， 如實時視頻、HDTV來說仍顯不足 。為了解決數(shù)字攝像機、數(shù)字電視機、數(shù)字照相機、mp3播放機、打印機、投影儀和筆記本電腦等便攜式消費電器的高速互聯(lián)問題 ， IEEE WPAN工作組發(fā)起了802.15.3高速率WPAN任務(wù)組 ， 針對消費者圖像和多媒體應(yīng)用 ， 為低功率低成本的短距離通信制定速率為11～55　Mbps的802.15.3標準；還成立了802.15.3a研究組（SG3a） ， 目的是尋求更高傳輸速率的物理層替代技術(shù) ， 目前研究領(lǐng)域方興未艾的超寬帶（UWB,即Ultra Wideband）技術(shù)［2］最有希望成為802.15.3a的PHY標準 ， 提供高達500 Mbps的超高傳輸速率 。
隨著無線網(wǎng)絡(luò)上流量的劇增 ， 用戶在享受寬帶無線接入的同時 ， 對于有效、魯棒的服務(wù)質(zhì)量（QoS）保障的需求也越來越突出 。QoS的實現(xiàn)首先要精確區(qū)別每個網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的類型 ， 其次要恰當?shù)胤峙渚W(wǎng)絡(luò)資源 ， 如帶寬和相對優(yōu)先級等 。早期的QoS研究主要針對有線網(wǎng)絡(luò) ， 在網(wǎng)絡(luò)層以上提供服務(wù)質(zhì)量保障 。如綜合服務(wù)/資源預(yù)約（IntServ/RSVP）、區(qū)分服務(wù)（DiffServ）、多協(xié)議標簽交換(MPLS)、流量工程(Traffic Engineering)、約束路由(CBR)、子網(wǎng)帶寬治理(SBM)等［3］ 。但是上述的QoS機制并不能直接應(yīng)用于無線網(wǎng)絡(luò)中 ， 主要有2個原因：首先 ， 無線傳輸與有線傳輸截然不同 ， 在無線傳輸中 ， 串擾和多徑傳播將導(dǎo)致衰落和色散 ， 因此無線網(wǎng)絡(luò)具有數(shù)據(jù)傳輸率低而誤碼率高的特點；而WLAN和WPAN等為了保證靈活性和兼容性 ， 協(xié)議標準一般只制訂MAC層和PHY層規(guī)范 ， 從而造成網(wǎng)絡(luò)上層的QoS與無線鏈路層的分離 ， 最終QoS無法得到充分發(fā)揮；其次 ， 隨著無線接入技術(shù)的發(fā)展 ， 異質(zhì)網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用將越來越普及 ， 各種應(yīng)用一般會經(jīng)過無線接入、有線骨干網(wǎng)傳輸、無線接入的傳輸途徑 ， 在這種情況下 ， 緊緊依靠傳統(tǒng)的有線網(wǎng)絡(luò)QoS機制已經(jīng)無法提供端到端的服務(wù)質(zhì)量保障 ， 迫切需要一種能夠針對無線信道的特點 ， 在無線鏈路層媒體訪問控制（MAC）子層提供網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)的區(qū)分、優(yōu)先級控制、資源分配等的QoS控制和保障 ， 從而使無線網(wǎng)絡(luò)和有線網(wǎng)絡(luò)的QoS進行整體規(guī)劃 。
本文將研究兩種提供QoS保障的無線網(wǎng)絡(luò)媒體訪問控制協(xié)議——2002年5月公布的IEEE802.11e D3（草案）［4］和2003年2月公布的IEEE802.15.3 D16（草案）［5］ ， 首先分析兩種MAC協(xié)議的媒體訪問機制 ， 其次對比兩種協(xié)議在處理多種數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)類型、不同的網(wǎng)絡(luò)配置、解決“隱藏節(jié)點”問題等方面的優(yōu)缺點 ， 最后給出結(jié)論 。

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