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研究生:張家瑋
研究生(外文):Chia-Wei, Chang
論文名稱:IEEE802.11e無線網路在變動頻寬下之適應性速率控制機制
論文名稱(外文):Adaptive rate control algorithm for variant bandwidth in IEEE 802.11e
指導教授:黎碧煌
指導教授(外文):Bih-Hwang, Lee
學位類別:碩士
校院名稱:國立臺灣科技大學
系所名稱:電機工程系
學門:工程學門
學類:電資工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2005
畢業學年度:93
語文別:中文
論文頁數:64
中文關鍵詞:IEEE 802.11e增強型分散式通道存取服務品質碰撞避免式載波偵測多重存取
外文關鍵詞:IEEE 802.11eEDCAQoSCSMA/CA
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摘要

針對目前 IEEE 802.11 a/b/g 無線系統皆以碰撞避免式載波偵測多重存取(carrier sense multiple access with collision avoidance; CSMA/CA) 以競爭為基礎,其並無法提供完整服務品質(quality of service; QoS)的保證,IEEE因而制定802.11e標準針對中樞協調功能(pointer coordination function; PCF)及分散式協調功能(distributed coordination function; DCF)環境分別做不同的媒介存取控制層協定(medium access control; MAC)設計以提供QoS保證。但在無線的環境中每個節點的執行速率與頻寬隨時都在改變,因此要確實執行QoS保證仍有許多困難,本論文希望能針對無線環境中可變頻寬的特性來加強QoS的保證。
本論文,在IEEE 802.11e EDCA mode多重傳送速率下的無線網路基礎架構中,提出一個適應性速率控制(adaptive rate control algorithm; ARCA)方法,改善因為頻寬與速率變動而下降的產能(throughput) 、降低每個封包碰撞率(per-packet collision rate)及封包丟棄率(dropping rate),更有效率的使用無線區域網路(wireless local area network;WLAN)資源。ARCA利用頻寬因數(bandwidth factor)與優先權表格(priority table)動態調整EDCA的參數仲裁訊框間間隔(arbitration inter-frame space;AIFS)、競爭視窗(contention window; CW)、持續因數(persistence factor; PF) 等,配合實體層速率上升或下降來組合變化這些參數,來提高整個系統工作效能。使得實體層速率較高之工作站(station; STA)不會受到因通道狀態改變而有較低實體層速率之STA影響。透過模擬的方式,將我們所提出的方法與IEEE 802.11e標準互相比較,從模擬結果顯示,ARCA確實能比IEEE 802.11提供更好的產能。
Abstract
All based on carrier sense multiple access with collision avoidance (CSMA/CA) contention base to IEEE 802.11 a/b/g wireless system at present. It is unable to offer the assurance of intact quality of service (QoS) , therefore IEEE makes 802.11e standard to offer QoS. IEEE 802.11e does different medium access control (MAC) layer to design separately to pointer coordination function (PCF) and distributed coordination function (DCF). But each nodal execution speed with bandwidth to change at any time among wireless environment, so should really carry out QoS and guarantee that there are a lot of difficulties. This thesis hopes to strengthen the assurance of QoS to the variable and bandwidth characteristic in the wireless environment.
This paper proposes an adaptive rate control algorithm (ARCA) to improve throughput, collision rate and drop rate of each packet in the IEEE 802.11e EDCA mode multi-rate infrastructure wireless networks. It uses more efficient wireless LAN resources. ARCA utilizes the parameter of bandwidth factor and priority table dynamically to adjust the parameter of arbitration inter-frame space (AIFS), contention window (CW) , persistence factor (PF) of EDCA. These parameters are adjusted by ARCA to improve the efficiency of the whole system according to the rising or falling of the data rate in physical layer. Making the 802.11e high data rate of station (STA) don’t be influenced the lower data rate of STA because the channel status changed. By way of simulating, ARCA compares with 802.11e standard. It can offer better throughput than 802.11e.
目次
中文摘要……………...…………………………...........…......iv
英文摘要 ……………...…………………………...........….......v
圖表索引 ……………...…………………………...........…......ix

第一章 緒論 ……………………………………………….……...…..1
1.1 簡介 …….……………...………………………………………….1
1.2 研究動機與目的……………………………….………..……….. 3
1.3 章節概要…..……..……………………………….……..….….…5
第二章 具服務品質保證之IEEE 802.11e…….…...............…6
2.1 IEEE 802.11e的簡介 .…...……...………….…..…..….…..………6
2.2 IEEE 802.11e的MAC層…..…………………….….....………...11
2.2.1 EDCA參數描述……………...……………………….…..12
2.2.2 EDCA運作描述……………...……………………….…..14
2.2.3 HCCA參數描述…...………...………………….…….…..17
2.2.4 HCCA運作描述…………………………………………..21
2.2.5 CAP與CFP的描述……………………………………….23
2.2.6受控制的競爭機制(CC mechanism)……..…..…………...25

第三章 系統架構與ARCA演算法 ……...……………….…...…26
3.1系統架構……..…………………...…………………….…….….. 26
3.2 ARCA演算法…...…...…….……………………..….…..….…… 27
3.3演算法流程…………………………………………...…………..32
第四章 系統模擬與分析 …………...………………………….….34
4.1 模擬架構與參數………..……….....……………………….…... 34
4.2 效能評估項目….…...………….………………….……………. 37
4.2.1產能(throughput)……………...…………...………….….. 37
4.2.2損失的產能(depreciation of throughput) …...………….…37
4.2.3每個封包的平均碰撞率(per-packet collision rate)…...…. 37
4.2.4平均丟棄封包率(drop rate)…...………...….……………..38
4.2.5封包佇列在緩衝器(queued packets in buffer)……………38
4.3 結果分析與比較 ………………………………...……………... 39
第五章 結論 ……………………………………..………...………...51
參考文獻 …………………………………………………..……….…52













圖表索引
圖2-1 MAC層架構…………………………….………...………………7
圖2-2 細分TID 欄位…………………………...………………………9
圖2-3 MAC層的QoS架構…….…….…………….….…………….…10
圖2-4 EDCA序列模型……………………….……..……………….…14
圖2-5 EDCA時間關係………….………………………….…......……15
圖2-6 HCF時間關係…………………………...………………………22
圖2-7 Superframe的架構………………………….…….…….….……23
圖2-8 Polled TXOP…………………….……………………………….23
圖3-1 ARCA系統架構……………………..………..….……………...27
圖3-2 CAMA/CA流程………………………...…….…………………28
圖3-3 ARCA演算法流程………………………………………....……33
圖4-1 ARCA演算法之系統架構……………...………………...……..35
圖4-2 ARCA與EDCA之總產能比較……………………….………...41
圖4-3 ARCA與EDCA之總產能比例比較……………………….…...41
圖4-4 ARCA與EDCA之STAstationary與STAmove產能比較……………42
圖4-5 ARCA與EDCA之STAmove產能比較……….…….……………42
圖4-6 ARCA與EDCA之產能比較……..….……………………….…43
圖4-7 ARCA與EDCA之每個封包碰撞率比較….…..………………43
圖4-8 ARCA與EDCA之封包丟棄率比較………..…………...…...…44
圖4-9 ARCA與EDCA之封包佇列在緩衝器比較…….……...………44
圖4-10 ARCA與EDCA之總產能比較………………….…...……......46
圖4-11 ARCA與EDCA之STAstationary與STAmove產能比較…………..46
圖4-12 ARCA與EDCA之產能比較………………..…………….…..47
圖4-13 ARCA與EDCA之每個封包碰撞率比較……………………..47
圖4-14ARCA與EDCA之封包丟棄率比較...………..………….……48
圖4-15 ARCA與EDCA之封包佇列在緩衝器比較…………..………48
圖4-16 ARCA與EDCA之總產能比較…………..…..….………….…49
圖4-17 ARCA與EDCA之總產能比較………..……..….………….…50
表2.1 IEEE 802.11e MAC 封包格式…………………...……...……….8
表2.2 IEEE 802.11e MAC封包之QoS 控制欄位………….…………..8
表2.3 QoS 控制欄位中之TID 欄位…..………………......….………..8
表2.4 IEEE 802.11e Priority與Access Category對應表………….……9
表2.5 EDCA參數設定項目欄位………….……………..…………….12
表2.6 EDCA參數項目中之AC欄位……………………………...…. 12
表2.7 EDCA參數項目中之AC參數記錄欄位...…………………...…12
表2.8 EDCA參數項目中之ACI/AIFSN 欄位...………....………….. 12
表2.9 EDCA參數項目中之ACI to AC coding...…………..…………. 12
表2.10 EDCA參數項目中之ECWmin/ECWmax欄位......………………13
表2.11 Default EDCA 參數設定..………………………….…...……..14
表2.12 Beacon訊框中之Traffic Specification element格式…..…...…17
表2.13 Traffic Specification element中之TS Info 欄位.……………. 17
表2.14 TS Info 欄位中之Direction field encoding.……………….…. 17
表2.15 TS Info 欄位中之Access Policy....…….…………………...…18
表2.16 TS Info 欄位中之TSInfo Ack Policy field encodin………….. 18
表2.17 IEEE 802.11e Nominal MSDU Size 欄位…..…….………….. 18
表3.1 ARCA演算法頻寬需求表....……...……….………..…………..30
表3.2 AC對應r之頻寬需求表……………………..……….…………30
表3.3 競爭參數表………...............................................................……31
表4.1 MAC參數...………..…………………………………………….35
表4.2 802.11e 標準之競爭參數...……………………………………..35
表4.3 ARCA競爭參數...……………………………………….…....…36
表4.4 ARCA演算法模擬參照表………….…….……………………..36
參考文獻
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1. 陳淑芳,〈國會改革五法實施之成效與檢討〉,《月旦法學》,第85期,民91.6,頁26-41。
2. 盛杏湲,〈政黨或選區?立法委員的代表取向與功能〉,《選舉研究》,第7卷,第2期,民89.11,頁37-70。
3. 何鴻榮,〈立法院結構改造與議事效能〉,《立法院院聞》,第24卷,第7期,民85.7,頁11-27。
4. 盛杏湲,〈政黨或選區?立法委員的代表取向與功能〉,《選舉研究》,第7卷,第2期,民89.11,頁37-70。
5. 雷飛龍,〈英國國會黨鞭制度〉,《理論與政策》,第5卷,第3期,民80.4,頁14-23。
6. 雷飛龍,〈英國國會黨鞭制度〉,《理論與政策》,第5卷,第3期,民80.4,頁14-23。
7. 何鴻榮,〈立法院結構改造與議事效能〉,《立法院院聞》,第24卷,第7期,民85.7,頁11-27。
8. 楊婉瑩、陳采葳,〈國會改革風潮下黨團協商制度之轉變與評估〉,《東吳政治學報》,第19期,民95.9,頁111-150。
9. 楊婉瑩、陳采葳,〈國會改革風潮下黨團協商制度之轉變與評估〉,《東吳政治學報》,第19期,民95.9,頁111-150。
10. 黃秀端,〈立法院內不同類型委員會的運作方式〉,《東吳政治學報》,第11期,民89.9,頁35-70。
11. 黃秀端,〈立法院內不同類型委員會的運作方式〉,《東吳政治學報》,第11期,民89.9,頁35-70。
12. 陳淑芳,〈國會改革五法實施之成效與檢討〉,《月旦法學》,第85期,民91.6,頁26-41。
13. 王業立,〈國會中的政黨角色與黨團運作〉,《月旦法學》,第86期,民91.7,頁82-96。
14. 王業立,〈國會中的政黨角色與黨團運作〉,《月旦法學》,第86期,民91.7,頁82-96。
15. 雷飛龍,《英美日三國國會黨鞭制度》。台北:理論與政策,民80。
 
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