车载自组织网络MAC层协议的研究

1、人们可以明显感受到信息化给生活带来的变化，从功能手机的少量使用到智能手机的普及， 从低速家庭宽带到千兆光纤的应用等等都充分说明了我们生活的信息化程度在不断的提高。在中国， 随着国家生产力的升级， 人们的生活水平也不断的提高，越来越多人选择购买汽车作为交通工具。据相关数据显示， 我国汽车的生产量和销售量在xx 年已经超越美国成为全球最大的汽车生产国和销售国； 此外， 最新数据显示我国汽车还在逐年的增加并已突破2000万辆。随着中国汽车的迅速增长，中国将面临交通拥堵、道路拥挤以及车辆停放管理等问题；此外, 随着中国高速公路不断扩张，高速公路上汽车的交通安全管理、 车辆车速的监测以及计费系统等的需求

2、不断提高；另一方面，随着汽车的不断普及，人们对行车环境、车内应用服务的要求越来越高； 这些问题使得车辆无线交通系统研发更加迫切。车载自组织网络（Vehicular AdHocNetworks , VANET概念应运而生， 车载自组织网络作为车辆无线通信系统的主要组成部分， 主要为车辆提供道路安全信息、 电子收费、 车内娱乐应用以及一些以智能交通 1 有关的服务。xx 年，美国制定了 IEEE802.11p2协议标准和IEEE1609协议族标准，这为车载自组织网络的进一步应用提供了理论基础。车载自组织网络是以车辆为中心，通过车辆与其他车辆或路边设 施进行通信的一种移动自组织网络。它具有网络拓扑变

3、化快，车辆移动速度快以及信息交互时间短等 特有的属性。车载自组织网络的运用将使交通管理等问题迎刃而解。车载自组织网络带来巨大的变革同样使得交通信息的传递更加迅速和方便同时也减少了交通事故的发生， 因此， 它对社会的发展以及科学理论的研究都具有重大的意义。1.2 国内外研究现状车载自组织网络的提出刚好可以满足车辆带来的大多数问题。但是由于车辆高速移动特征，使得以车辆为中心的车载自组织网络的网络拓扑变化迅速， 而网络拓扑的快速变化又导致车载自组织网络对网络时延有较高的要求。这些特点决定了传统的移动自组织网络的协议标准并不适用于车载自组织网络。目前，对车载自组织网络的研究主要分为三大阵营美国、欧盟和

4、日本。它们在这方面都有较为深入的研究。在车载自组织网络的研究，日本比较早就参与其中，它先后组织了开发了多个车辆智能系统，并联合多个生产商进行测试。另外， 日本还专门成立道路交通信息通信系统车载自组织网络MAC层协议的研究2(VICS)3 中心用于研究和系统的现实测试使用。日本在这方面的研究一直处于国际领先水平。作组 3 专门研究有关车载自组织网络标准的制定，同时也进行一系列关于车车通信和车路通信的大型项目实施。除此之外，近年来美国作为主要的研究阵营，先后针对车辆短程通信协议制定了 IEEE802.11p协议标准和IEEE1609协议族标准。这些标准为后来的科学研究和实验提供了重要的理论基础。当

5、然，中国作为后来者也积极投身于车载自组织网络的科研中，同样在多个国家重大规划中提出智能交通试点计划， 同时也在多个高校中建立国家自然科学基金项目。针对车载自组织网络技术的研究，目前可以归纳为以下几个方面(1)MAC层协议方面的设计及改进 MAC!协议的研究和改进是目前对车载自组织网络研究最多的方面之一。在MAC!协议具体算法研究方面，大部分通过研究现有的协议算法基础上提出一些改进的方案并进行了实验验证，其中包括研究MAC层退避算法4-6 、车辆速度对车辆自组网络性能的影响、网络吞吐量的提高以及研究V2V和V2I的公平性问题7-8等。另外，也有部分学者正对IEEE1609协议族的多信道协调机制9

6、-11 进行研究，并提出一些改进方案。还有另外一些学者对广播机制 12-15 进行了研究， 同时设计了多种改进协议和算法，如多跳协议、广播可靠性算法等。网络安全随着无线网络的广泛应用， 在车载环境下的无线应用也将会越来越丰富， 所以车辆网络通信的信息安全 16 问题也成为一个重要的研究热点。目前主要的研究热点集中在网络安全路由技术17-19 、 认证密钥管理 20-21 等方面。仿真工具为了更好的测试现有协议标准的各种网络性能， 如网络吞吐量、时延抖动、网络丢包率等参数指标，很多研究者开发了仿真器，其中以NS-2 为代表的开源、的网络仿真器，成为大部分研究者测试性能的首选， 而这些网络仿真器的

7、组件的开发也是目前一个研究方向。另外，为了更好的模拟现实生活中车辆的移动规律，也有一部分学者着眼研究车辆移动模型，其中以VaMobiSim仿真软件的智能交通 驾驶车辆模型为代表，被大多数测试车载网络性能的学者采用。(4)车载服务质量(QoS)应用方面针对交通事故等高优先级安全信息的传输是一个研究热点，这些安全信息对传输时延有较高的要求，同时一些广告消息也对传输的可靠性提出更高的要求， 如何快速地传递这些安全信息也是一个研究较多的方向。西华大学硕士学位论文31.3 论文的研究内容本文主要研究IEEE802.11p协议标准MACg服务信道(SCH)的吞吐量问题，通过对车载自组织网的IEEE802.

8、11p MACg协议进行研究并结合帧聚合策略 原理，提出了一种改进方案来提高服务信道的信道吞吐量。IEEE802.11p 协议与其他传统的无线网络协议进行对比分析，然后分析了现有的帧聚合策略和现有的研究现状。通过分析和研究提出了基于 WAV林系架构的帧聚合策略，并对该方案的理论模型进行分析。最后介绍了网络仿真工具的主要工作流程和功能，并对车载自组织网络进行实验仿真和结果分析。1.4 论文结构安排本文主要研究在城市密集型交通环境下，车载单元与路边处理单元的服务信道的传输性能。论文结构安排如下第一章为论文绪论，主要介绍了论文研究的背景和意义， 同时对研究方向的国内外现状进行阐述， 最后介绍了本文研

9、究的主要内容和章节结构。第二章为 IEEE802.11p 协议，主要对车载自组织网络所采用的IEEE802.11p协议标准进行详细的介绍，同时将该协议标准与其他传统的无线网络协议进行对比分析。另外，该章还分析了现有的帧聚合策略及其研究现状。第三章为IEEE802.11p协议MACB多信道机制研究，在分析IEEE802.11p协议MAC1多信道协调机制之后，提出应用帧聚合技术提高服务信道吞吐量的改进方案， 并对改进方案的算法进行推导和理论分析对比。第四章为车载自组织网络仿真，首先在开头介绍了网络仿真实验的主要工具，并对工具的主要流程和功能进行详细地介绍。对实验结果进行分析。第五章为总结和展望，主

10、要对本文研究的内容进行全面的总结，最后提出论文存在的不足之处，并对未来进一步深入研究进行展望。车载自组织网络MACg协议白WF究42IEEE802.11p协议2.1车载自组织网络简介专用短距离通信（DSRC） 22 主要用于 ITS 领域，也可以说它是专为 ITS 而开发出的技术标准。早期的DSR的准主要针对电子停车收费业务（ETC而提出的。WAVE的体系是根据DSRCt展而来的。1994年，欧洲联盟组织开始研究制定 DSR而准，并于第二年完成制定工作, 日本也制定了相关标准。1998 年，美国为车载通信标准划分了相应的频段, 并在 xx 年制定了 DSR的准，该标准为其划分的频段分布在 5.

11、8505.925GHz。xx年，美国相关组织对之前制定的 DSR的准进行改进，并命名为ASTM E2213-03同时作为新的 DSR的准。xx 年 11 月，IEEE802.11p 和 IEEE1609工作小组在 ASTME2213-03 的基础上开始制定车载环境下的无线通信标准。该标准的底层协议由IEEE802.11p任务组负责制定。而IEEE1609工作组则负责WAV肆系结构中的上层协议标准，如网络层数据路由、应用层资源管理和安全机制等。xx年7月，IEEE802.11p协议标准正式出版发布。同时IEEE1609协议族也正式发布成。Application(Resource Manager)

12、Application(SecurityService)TCP/UDPIPv6WSMPLLCMulti-ChannelIEEE802.11pMACIEEE802.11pPHYIEEE1609.1IEEE1609.2IEEE1609.3IEEE1609.4IEEE802.11p图2.1WAV助、议栈2构图 Fig.2.1WAVE protocolstack structurediagram 西华大学硕士学位论文5如图 2.1 所示 , 该协议栈结构图给出了各功能层与相应标准的对应关系 ,IEEE802.11p 标准是WAV林系结构的底层标准，主要对车载网络的物理层和MACg的标准进行制定。而IE

13、EE1609协议族是WAV肆系结构的上层应用标准，该协议族 则是对应用层、网络层的协议标准进行规定。从WAV勃议栈的体系结构图中可以看出，其中包括多个协议标准。 详细功能描述如下(1)IEEE1609.123 标准该标准负责资源管理，并为 DSR段备提 供额外的管理机制。(2)IEEE1609.224 标准该标准主要负责制定 WAV肆系结构的应用和管理消息的安全机制， 包括安全信息的格式、 加密方法以及整个过程的认证和执行保障。(3)IEEE1609.325 标准该标准主要用于指定 WAV肆系结构中网 络层通信协议及管理机制。该标准就如何在车载环境下进行数据包的路由转发问题进行了阐述，该标准作

14、为中间层，对整个WAV林系结构起着承上启下的作用。(4)IEEE1609.426 标准该标准主要负责制定信道之间切换和协调方案，从而实现了在相同媒介近乎同步地传输不同应用数据。IEEE1609.4 标准对控制信道CC丽服务信道SCH间的协调与切换机制提供了四种建议方案， 从而满足各种环境系统对两种信道的不同需求。(5)IEEE1609.1127 标准该标准定义了无线网络的数据交换协议，作为电子支付数据交换的智能交通系统协议标准, 对相应的信息格式进行了规范。(6)IEEE1609.12 标准该标准介绍了 WAV林系结构中使用的标示 符，并明确地指定了 WAV标准中标识符值的分配。(7)IEEE

15、802.11p 标准该标准主要定义了 WAV林系结构的底层协 议标准,包括WAV林系结构的物理层和 MAC!。2.2IEEE802.11p 协议物理层IEEE802.11p协议的物理层是在IEEE802.11a标准基础上进行进一步的扩展，它也采用正交频分复用技术 28 ( orthogonal frequencydivision multiplexing ， OFDM)。但是，IEEE802.11p协议的物理层又对IEEE802.11a标准的进行了一定的修改，从而更适合车载自组织网络的多信道操作等。与IEEE802.11a标准相比，IEEE802.11p协议有如下改进(1) 为了满足车载自组织

16、网络的多种应用安全性应用和非安全性应用。IEEE802.11p 协议将5.8505.925GHz频段划分为7个10MHz勺信道和一个5MHz段，开始的5MH颜段作为空白预留，如图2.2所 示。图中信道 178 作为控制信道，工作频率为 5.890GHz29 ，它主要以广播的形式传播与交通相关的安全性信息。其余 6 个信道是服务信道，主要以单播的方式传输传统互联网应用数据。同时上层标准又对多个信道的使用制定了标准，使在车载系统中能同时进行多项不同应用的传输。其中用于传输非安车载自组织网络 MAC!协议白研究6全性信息的信道为174 、176 、 180 和 182, 而 172 和 184 信道

17、分别用于交通事故的避免和公共安全信息。而IEEE802.11a标准贝U使用20MHz言道带宽。ReservedCritical SafetySCHSCH CCHSCHSCHPublicSafetyCh172Ch174Ch176Ch178Ch180Ch182Ch1845.8555.8605.8705.8805.8905.9005.9105.920 图 2.2IEEE802.11p 物理层频道分布 Fig.2.2IEEE802.11p physicallayer channeldistribution(2)为了更好的适应车载环境，IEEE802.11p协议在调制参数上进行了相应的修改。其中为了增强

18、对信号多路径传播的承受能力，就需要更大的保护间隔和符号周期来减少由多径传播带来的符号间的干扰。所以IEEE802.11p将20MHzM半，使IEEE802.11p物理层的关键参数 30 相对于 IEEE802.11a 扩大了一倍。具体参数如表2.1 。虽然这样将对应的传输速率减少一半，却可以更好的满足车载环境。另一方面，使用减半的带宽可以有效的减少频道之间的多普勒散射效应。表 2.1IEEE802.11a 与 IEEE802.11pOFD嗪数 Tab.2.1IEEE802.11aandIEEE802.11pOFDM parameters参数 协议 IEEE802.11a IEEE802.11p

19、 信道带宽 20MHz10MHz护间隔 0.8us1.6us OFDM 符号 间隔 4us8us FFT 周期 3.2us6.4us 比特速率 654MHz327MHz围 45m1000mF载波频率间隔 0.3125MHz0.15625MHz(3) 在IEEE802.11p协议采用的OFDMB制技术中，10MHz言道由 52 个副载波组成。其中 4 个副载波充当导频，其余48 个副载波则用于数据传输。同时为了在车载环境下进行更大范围地通信，IEEE802.11p协议 分别为车辆处理紧急事件和安全相关信息定义了最大有效等向辐射功率( 44.8dB 、 33dB)。西华大学硕士学位论文 72.3I

20、EEE802.11p协议MA得IEEE802.11p标准MACg协议也是基于IEEE802.11协议进行扩展改进的在基本信道接入机制上采用了 IEEE802.11 协议的分布式协调访问机制 28 ( Distribution CoordinateFunction,DCF ) , 而为了提高 信道接入公平性问题该协议引入了IEEE802.11e协议的服务区分机制。其中DCF机制的核心是载波侦听多路监测机制28 (carrier sensemultiple aess,CSMA/CA )。每一个节点独立地使用CSM觎制来获取信道使用权。IEEE802.11p 协议的MAC!的改进主要是引入IEEE8

21、02.11e的EDCAWL并在其它机制上进行修改，包括认证机制、EDC像数等。2.3.1分布式协调功能(DCF IEEE802.11协议的DCF机制是基于CSMA/CA勺随机访问机制，它以节点为单位，利用信道监测的方式进 行信道接入。在无线局域网中，节点获得信道使用权需要先通过使用 CSMA/CA机制来确定信道状态，如果信道空闲，如果再等待DIFS 时间间隔之后信道仍处于空闲状态， 则可以开始向目的节点发送数据； 如果信道忙，它将采用二进制指数退避机制并继续侦听信道状态。作为IEEE802.11标准的MA僵协议的基本媒体接入控制机制，DCF 提供了两种接入机制基本接入机制和基于RTS/CTS勺

22、接入机制，前者主要用于普通无线接入使用， 后者则是对信道质量要求比较高的一些 协议使用，从而提高系统吞吐量。(1) 载波侦听机制由于无线通信网络信道相比传统的有线以太网受道路环境影响严重, 为了减少碰撞发生的概率和重传次数，无线网络中采用侦听机制来避免碰撞， 即节点在传输数据之前通过侦听信道状态， 以确保信道处于空闲状态， 从而避免传输数据时与其他节点碰撞。DCF 机制提供的载波监听机制包括两种方式, 一种是物理载波监听31(PHY CarrierSense,PHYCS), 物理载波监听通过检测无线链路信号的强弱来确定信道状态，并将其状态信息提交给MAC!。通过这种机制可以有效的避免干扰。另外

23、一种是虚拟载波监听31(Virtual CarrierSense,VCS), 虚拟载波侦听则为了更好地记录其他节点的信道占用时间定义一个网络分配矢量 31(Network AllocationVector,NAV) ，这样节点可以通过记录的时间来决定等待下次监听时机而不用一直侦听信道, 从而提高效率。(2)信道接入机制IEEE802.11协议的DCF机制主要采用了四次握手(RTS/CTS/DATA/A。K机制和基本接入机制(DATA/ACK来完成分 布式数据业务的传输。如图 2.3 所示。车载自组织网络MAC!协议白研究8开始结束监听信道二进制指数退避信道空闲退避计数器递减信道空闲计数值0传输

24、数据收到ACK YESYESNONOYESNES据 NO图 2.3CSMA/CA言道接入流程图 Fig.2.3CSMA/CA channelaess flowchartDCF 机制不采用任何中心控制，而是在每个节点使用CSMA/CAT法，让各个站通过竞争来获 得信道的使用权。因此，DCF向上提供争用服务。从图 2.3 可知 , 只有在计数器值减为零时才能参与信道使用权的 竞争 , 当节点获得信道使用权后 , 其它没有参与竞争的节点的退避计数值将被暂停。每个节点采用分布式方式独立进行载波侦听、信道预约、西华大学硕士学位论文9 数据传输以及等待确认。信道空闲源节点目的节点其他节点 tttDATAA

25、CK SIFSSIFSNAV（推 迟接入）DIFS竞争信道图2.4基本接入方式Fig.2.4Basic aess 如 图 2.4 所示，该图显示基本接入方式的工作过程。节点开始传输数据时都是先进行载波侦听信道状态，当信道空闲时，并等待一个SIFS 时间间隔且信道仍然为空闲时，节点才开始传输数据。否则，节点将采用退避机制等待一段时间再进行侦听信道状态。最后，当源节点收到AC砸时，表示数据已经正确地传输。源节点目的节点其他节点 tttDATAACKSIFSSIFSNAVRTJ DIFS竞 争 DIFS RTSCTSSIFSH 2.5DCF的 RTS/CTST作方式 Fig25The RTS/CTS

26、worksof DC助了减少隐藏终端和暴露终端问题，IEEE802.11 的MAC!协议对基本接入方式进行改进，在请求获取信道前先进行信 道预约，该机制称为基于RTS/CTS勺四次握手机制。如图 2.5 所示 , 当节点要传输数据时， 先检测信道状态， 如果信道为空闲，再等待DIFS 时间间隙后仍然空闲时节点就会向目的节点发送RTS数据帧请求获取信道使用权。当目的节点收到RTSM之后，会给源节点发送一个 CTSM,同时向其他节点广播信道此时已经被占用。其它结点收到不是发给自己的 CTSM,就知道传输信道已经被其 它节点占用，从而进入退避机制等待信道空闲。源节点在收到CTS帧之后，将需要等待一个

27、SIFS时车载自组织网 络MAC!协议白研究10隙才开始发送DAT徽据。目的节点同样在接收完DAT蹴据并等待一个SIFS时隙后才向源 节点发送一个ACK据帧，表示已经成功接收数据，而当源节点接收 到目的节点发送的AC硼之后就知道数据已经成功发送。如果源节点还要继续发送数据，则需要按 RTS/CTST作机制重新 申请信道使用权。通过这种RTS/CT昉式提前预约信道，使得其他节点设置自己的 NAV直，可以有效减少与其他节点之间的碰撞，减少了隐藏终端问题 的发生。即使发生碰撞，由于RTS帧很小，同样可以有效的减少带宽的浪费。帧间间隔机制为了更加合理的利用信道, 提高信道吞吐量,IEEE802.11协

28、议引入了帧间间隔机制，即在各数据帧发送之前都 需要进行一个等待间隔，DCF机制规定在利用CSMA/CAI制来判断信 道状态之前应该等待指定的时间间隔。DCF机制为此定义了三种帧间间隔短帧帧间间隙SIFS、分布式帧间间隔 DIFS 以及扩展帧间间隔 EIFS(Extended Interframe Space)。这三种帧间间隔的定义，使节点之间竞争更加有序，也减少了节 点间接入信道的冲突和碰撞。其中， SIFS 的时间最短，因为在整个数据帧发送过程中的每个步骤完成后都需要等待一个SIFS 时隙。DIFS 则主要是节点采用分布式协调机制进行检测信道空闲状态时使用。EIFS 的时间最长，它一般是为了

29、确保数据传输能够成功而选择退避的时间间隔， 当然这种情况一般发生在节点数据无法正确解析的时候，为了使源节点能够正确接收目的节点发来的AC啜据帧。随机退避机制帧间间隔机制的目的主要是用于指定当节点成功预约到信道时所需的等待时间， 当节点没有预约到信道时， 即节点检测到信道忙时则应该确定下次预约信道的时间， 并需要延迟接入信道。这种情况下需要等待的时间称为节点的退避时间，而合理地确定下次侦听信道状态的时间以及退避时间的变化的算法称为退避算法。DCF 机制退避机制的算法是二进制指数退避31(BinaryExponentialBackoff,BEB) 算法，假设退避时间为 T, 一个时隙(SlotTi

30、me)设为t,则算法可以用公式(2.1)表示(2.1)其中退避时间是作为退避计数器的初始值，公式中表示第 i 次退避时竞争窗口(contention window )的最大值，Random()W值范围为(0,1) , t 表 示一个时隙的时间。在DCF机制的二进制指数退避算法中，节点每次退避时的竞争窗口都是上次竞争窗口的2倍，直到退避竞争窗口达到了最大值C,竞争窗口将不再增加。当数据传输完成后竞争窗口将重新设置为初始大小，然后按这种方式循环执行。2.3.2IEEE802.11e EDCA 机制在车载环境下，车载单元通信的信息不再是单一的交通安全信息， 而是包含丰富多西华大学硕士学位论文 11

31、彩的非安全性应用。IEEE802.11p 协议为此制定了多信道协调机制来合理地分配不同信息公平的交互， 但是车载单元通信的信息也有不同优先级， 如救护车、 交通事故安全信息， 又如地图应用服务、 音频应用服务等； 为此，IEEE802.11p 协议采用了 IEEE802.11e 标准的 EDCM制。EDCA 机制通过将不同优先级的数据包分类后加入不同队列来保证车载应用的服务质量。增强分布式信道访问 28 （ Enhanced DistributionCoordinateAess,EDCA机制作为IEEE802.11p协议MAC!的扩展，是为了提高 信道访问的公平性和信道吞吐量而采用的方法。ED

32、CA 机制是一种区分服务的机制，它主要通过对上层数据包进行优先级区分， 然后按接入类别 （Aess Category ， AC） 分配相应队列，从而实现不同优先级数据的信道接入控制。EDCA 机制中定义了 8种优先级服务数据类型，它们主要分为四类接入类别,分别为AC_BK AC_BE AC_VI和AC_VO其中VO代表语音信息、VI代表视频信息、BE代表尽力而为信息和背景信息BK。具体区别如表2.2 所示。表 2.2 各接入类别的参数Tab.2.2Parameters ofeachaesscategory 接入类别最小竞争窗口最大竞争窗口 AIFSN AC_BKCC9AC_BE CC6AC_V

33、I(C)/2-1C3AC_VO(C)/4-1(C)/2-12在表 2.2 中参数AIFSN和竞争窗口主要是用来区分队列优先级， EDC砌制为了支 持不同优先级服务，采用与 DIFS不同的信道持续空闲时间-仲裁帧 间间隔 (Arbitration Inter-frameSpace,AIFS) ， AIFS 不再是固定不变，而是随着业务优先级别的不同而变化，具体取值公式如下AIFSAC=AIFSNAC*SlotTime+SIFS (2.2) EDCAI用基于接入类别(A。的竞争方式，它为不同白接入类别设定不同的AIFSN值，AIFS时间越短表示争取信道的机会越多，优先级也就越高。EDCA 机制的每

34、个接入类别 (AC) 独立使用增强的分布式信道接入功能， 从而使节点发送数据之前必须通过内部竞争来获取竞争信道使用权的机会。这种数据传输模型可以参考图 2.6 所示。车载自组织网络MA僵协议白研究12AC1LLC艮据优先级映射队列 AC2AC3AC4部信道竞争内部竞争图2.6EDCA内部机制Fig.2.6Internal mechanismsof EDCA 从上图中可以看出每个 AC# 设置了不同的EDC旗数，同时EDCAt避机制也采用了按AC的二进 制指数退避算法。每个AC的EDC旗数在每次帧成功发送之后，值都会被重置为初 始值。2.3.3IEEE802.11p MAC 层的关联和验证机制传

35、统的无线局域网关联机制需要进行一系列繁琐的认证过程才能正常使用， 而车载环境的高速性、 多变性决定了车载单元进行通信时需要更短、 更简便的认证、关联方式。在这种背景下， IEEE802.11p 协议对 IEEE802.11 标准进行修改，提出了无认证方式和更加自由的 WBSS艮务集模式。为了更好的适应车载环境，IEEE802.11p协议MAC1加入了dotllOCBEnabled参数来改变关联机制。当 dotllOCBEnabled为 false 时，IEEE802.11p 协议的关联机制 跟802.11标准基本类似；当dotllOCBEnabled为true时， IEEE802.11p协议将

36、采用无认证方式，同时将节点基本服务集 ID(BSSID)改设为通配符服务集32ID(WBSSID)。标识位dot11OCBEnabled决定节点是否需要加入指定BSS才能进 行通信，当dot11OCBEnabled设为true时，节点将可以与其他节点 进行通信而不考虑是否处于相同的BSS。同样的其他任何节点收到 dot11OCBEnabled 为 true 的数据包时，将直接接收。另外，WBSS艮务集是让节点自由的建立服务集来与其他节点进行通信，为了精简操作过程，每个节点只西华大学硕士学位论文13 需要广播一个 WAA顿(WAVEannouncementaction frame)就可以建立一个

37、WBSS艮务集。其他节点只要收到这个帧，并将参数进行相应的设置就能够直接进行通信。当然这个时候dotllOCBEnabled应该设为false ,如果 dotllOCBEnabled为true ,则需要将服务集ID相应的设置为通配符 ID。2.4 帧聚合技术在对IEEE802.11 协议性能进行相关研究之后，研究结果表明对数据帧的长度的选择将会对结果产生很大的影响。所以选择合理的数据帧长对提高性能有很大的帮助。据相关研究机构统计，在一般的无线通信中，小于 256 字节的数据帧超过了70%，而大于1024 字节的数据帧只占不到15%。根据分布式协调机制(DCF)工作流程和数据帧结构的相关标准，每

38、 一个数据帧的发送都包括 MACM头、FCS物理层帧头等额外的开销， 而这些开销将超过50 字节。止匕外，在帧发送过程中还需要等待一些时间间隙如DIFS、SIFS等。因此，在这种机制下，频繁的短帧发送将严重限制了信道的利用率和系统有效的饱和吞吐量。在这样的背景下，帧聚合概念应运而生，它本质上是通过将多个的数据帧通过重组后重新封装上相应的帧头等来减少系统开销， 从而 达到提高系统有效吞吐量的目的。另一方面，虽然帧聚合技术大大的提高了系统吞吐量，但是同样增加了数据帧的发送时延和重传概率； 在信道环境不好或者对数据及时性要求比较高的场景中，这种技术的运用将受到影响。因此，在采用帧聚合策略时，必须根据

39、现实场景和实际需求来权衡网络吞吐量和网络时延的重要性。目前对帧聚合机制的研究主要集中在聚合帧长度33 的选择和优化以及聚合机制改进等方面。在聚合帧长度方面，一部分学者通过研究聚合机制，提出了动态调整帧长度来适应不同的通信环境，从而使信道性能达到最佳。另外还有些学者从误帧率角度出发研究聚合机制，同时提出了相应的改进算法，并通过实验验证了算法的性能。大部分学者都是对帧聚合机制的各方面性能进行研究和实验验证，从而得出聚合门限与系统性能的关系、 站点数目对聚合机制的影响等。在聚合机制方面， 有研究者关注对区分业务下的帧聚合机制 34 ，从排队论思想出发， 引入两级缓冲区调度策略， 定量分析了队列平均长

40、度、数据包等待时间与系统负载的关系 35 。还有学者引入了定价机制，通过这种静态定价的帧聚合策略实现了网络效用的优化， 并通过实验证明了该策略能有效的提高系统的平均吞吐量。目前帧聚合机制主要应用在IEEE802.11n 协议中，针对聚合技术的原理也提出了三种聚合方式，它们分别是A-MSD、U A-MPD、UTWO-LEVEL36-39。A-MSDU 是根据帧聚合策略的原理制定的。从理论上分析，这种机制可以最大化的提高系统网络性能；但是在实际运用中由于信道误帧率的影响，数据的重传次数也随之增加，使得这种机制的性能反而下降；为此，提出了 A-MPDU!合机制来解 决该问题，该机制通过在每个子帧开头

41、添车载自组织网络 MAC!协议 的研究 14 加独有的帧分隔符，当出现重传时只重传错误的子帧而不是整个数据帧，从而提高了系统的性能。但同样A-MPDUI制仍然产生不小的系统开销，这种条件下作为两 种帧聚合机制的折中方案两级聚合方案随之产生。下面分别对这三种聚合方案进行分析。A-MSDU聚合A-MSDUS合机制是最接近帧聚合技术核心思想 的，在A-MSDUI制下，多个LLC层的MSD量据包可以聚合成一个 MPDIM发往多个目的地。如图2.7所示，该图显示一个A-MSDU的结构图，从图2.7中可 以看出一个A-MSDUS含多个子帧，每个子帧包含各自的子帧帧头、 MSD瞰据负载和填充字段。其中，子帧

42、帧头包括该子帧的目的地址、源地址和帧长；子帧的填充字段是为了使子帧的长度为 4 字节的倍数， 好作对齐处理； 此外，所有子帧都只共享一个MACM头和帧白检验和（FCS）,一个A-MSDIM 被物理层当作一个MPD顺来识别。由于每个子帧都没有自己的检验和，所以子帧不能被单独选择重传。同时该机制规定了一个A-MSDU勺最大帧长为7955字节从图中还可看出整个A-MSD瞅开始包括一个控制字段和一个长度为2字节的QoS空制字段。Bytes:2Address2Address3SeqCtrlAddress4QoSControlAddress1Dur ation IDFrameControlHTControlA-MSDU FCSSub Frame1Sub Frame2Sub Frame3Sub Frame1Sub FrameHeaderMSDU PaddingDASA Length266620/62407955Bytes