随着科技的进步和人们要求的不断提高，WLAN中视频服务" title="视频服务">视频服务的应用越来越广。对于视频服务，允许其有一定的丢包，但是对于延时却有一定要求，一般用最大容忍延时Dmax表示。H.323标准建议，语音和视频服务的最大容忍延时为250ms，视频电话、视频会议等延时最好小于150ms。
　　在低信道负载的Ad Hoc WLAN中，现有的IEEE802.11e EDCF(Enhanced Distributed Coordination Function)机制能很好地保证视频服务的服务质量QoS(Quality of Service)，其延时低于最大容忍延时。但是随着信道负载的不断增加，EDCF机制将不能保证视频服务的QoS，其延时将超过最大容忍延时，性能将会很差。
　　本文基于IEEE802.11e的EDCF机制，提出一种动态优先级(Dynamic Priority)EDCF机制，以下简称为DPEDCF机制。通过仿真可以看到，在保证高优先级语音服务的情况下，DPEDCF机制提高了EDCF机制在高信道负载下视频服务的性能，保证了视频服务的QoS。
1 DPEDCF机制的设计
　　有学者从保证最小吞吐量要求的基础上提出过动态优先级机制^[1]，本文将从保证最大容忍延时的基础上，设计一种新的动态优先级机制。
1.1 IEEE802.11e EDCF机制
　　EDCF机制是基于竞争的信道介入机制，通过引入接入优先级AP(Access Priority)来实现QoS。站点内每个队列通过虚站(VSTA)的形式实现8种不同用户优先级UP(User Priority)的业务流分类TC(Traffic Category)，并配以可决定其优先级的QoS参数，一旦优先级被确定将固定不变。AP和UP之间的映射关系如表1所示^[2]。

1.2 DPEDCF机制的算法分析
　　在分析DPEDCF机制算法之前，先定义第j个信道负载更新周期内TC流的实际平均延时为D[j]。为了执行DPEDCF机制中最关键的预判算法，本文通过EWMA算法对第j+1个信道负载更新周期内TC流的平均延时进行估计，估计值为e{D[j+1]}，估计公式如下：
　　e{D[j+1]}=a·D[j]+(1-a)·e{D[j]}　　　　　　(1)
　　a为平滑因子，一般取值为0.8。
　　DPEDCF机制中TC流的初始优先级被设为低优先级，一般取AP＝2。
2 DPEDCF机制的预判算法分析
　　预判算法规则如下：
　　(1)当前为低优先级(AP＝2)
　　①如果e{D[j+1]}≤D_max，则第j+1个信道负载更新周期内TC流的优先级保持为AP＝2。
　　②如果e{D[j+1]}〉D_max，则第j+1个信道负载更新周期内TC流的优先级更新为AP＝1。
　　(2)当前为中优先级(AP＝1)
　　①如果e{D[j+1]}〈D21，则第j+1个信道负载更新周期内TC流的优先级更新为AP＝2。D21为AP＝2更新到AP＝1后的第一个" title="第一个">第一个信道负载更新周期内的平均延时。
　　②如果D21≤e{D[j+1]}≤D_max，则第j+1个信道负载更新周期内TC流的优先级保持为AP＝1。
　　③如果e{D[j+1]}〉D_max，则第j+1个信道负载更新周期内TC流的优先级更新为AP＝0。
　　(3)当前为高优先级(AP＝0)
　　①如果e{D[j+1]}〈D10，则第j+1个信道负载更新周期内TC流的优先级更新为AP＝1。D10为AP＝1更新到AP＝0后的第一个信道负载更新周期内的平均延时。
　　②如果e{D[j+1]}≥D10，则第j+1个信道负载更新周期内TC流的优先级保持为AP＝0。
3 信道负载更新周期间隔的选择
　　信道负载更新周期间隔T_update的选择规则：对所研究的Ad Hoc WLAN进行分析，根据历史经验得到网络每增加或减少一对负载节点对的平均时间，令信道负载更新周期间隔T_update=T/4。实行DPEDCF机制的节点对在第j个信道负载更新周期下持续T_update后，进行延时估计，得到e{D[j+1]}，根据预判算法选择优先级，并进入第j+1个信道负载更新周期。
　　这里取T_update=T/4，使网络增加或减少一对负载节点对时，实行DPEDCF机制的节点对一般最少可以经历两个阶段，第一个阶段进行延时检测，第二个阶段进行优先级更新。
4 仿真及其结果分析
　　利用NS-2工具，对本文提出的DPEDCF机制性能进行仿真。仿真基于802.11a平台，PHY数据率选择为36Mbps，D_max取150ms。每个信道负载率下仿真5s，因此T_update设为1.25s，仿真结果为每个信道负载率下的平均值。仿真拓扑结构如图1所示，仿真参数如表2所示。

　　节点2向节点3传送视频(Video)流，这里称其为观察节点对。在EDCF机制中，设定其优先级为AP＝1。在DPEDCF机制中，实行动态优先级机制。
　　节点0向节点1传送高优先级(AP＝0)的语音(Audio)流，这里称其为高优先级节点对。通过对其性能的分析得到Video流在EDCF机制和DPEDCF机制下对高优先级流的影响。其余节点对称为负载节点对，每对负载节点对由一个发射节点和一个接收节点组成，在它们中间同时绑定Audio流、Video流和Best effort流作为负载。
　　仿真通过不断增加负载节点对数来观察高优先级节点对和观察节点对的性能变化。信道负载率和负载节点对数量的关系如表3所示。
　　观察节点对吞吐量随信道负载率的变化如图2所示，观察节点对延时随信道负载率的变化如图3所示。从图中可以看到：当信道负载率超过50％时，DPEDCF机制下观察节点对的吞吐量和延时将远远优于EDCF机制下的性能，即使在信道负载率达到85％以上，延时超过D_max时，DPEDCF机制下的性能也远远优于EDCF机制下的性能。
　　在图2和图" title="和图">和图3中，当信道负载率为43％时，DPEDCF机制下的性能发生突降。这是由于在此信道负载率下，低优先级TC流负载达到饱和。

　　图4为观察节点对平均接入优先级随信道负载率变化图。在信道负载率为43％时，DPEDCF机制下的平均接入优先级等于1.25。这表示在此信道负载率下，实行DPEDCF机制的节点优先级发生更新，且在第一个信道负载更新周期内AP＝2，在后面三个信道负载更新周期内接入优先级更新为AP＝1，因此平均接入优先级为1.25。
　　从图5高优先级节点对吞吐量随信道负载率变化和图6高优先级节点对延时随信道负载率变化中可以看到：随着信道负载率的增加，DPEDCF机制下高优先级节点对的吞吐量略有下降，但延时却有所减少，其性能基本不受影响。

　　通过仿真看到，新的DPEDCF机制在保证高优先级服务的基础上，提高了视频服务在高负载下的性能。
　　在今后的工作中，将继续改善和优化DPEDCF中的算法，使其更精确，从而进一步提高机制的性能。
参考文献
1 Iera A，Molinaro A，Ruggeri G et al.Improving QoS and throughput in single and multihop WLANs through dynamic traffic prioritization.Network IEEE，2005；19(4)：35～44
2 Wireless LAN medium access control(MAC) and physical lay-er(PHY) specification：Medium access control enhancements for Quality of Service(QoS).IEEE Std 802.11e/D13.0.2005
3 Ni Q，Turletti T.QoS support for IEEE 802.11 WLAN.New York，USA：Nova Science Publishers，2004
4 Mangold S.Analysis of IEEE 802.11e for QoS support in wireless LANs.IEEE on Wireless Communication Magazine，2003；10(6)：40～50
5 Choi S.IEEE 802.11e contention-based channel access(EDCF) performance evaluation.In：IEEE International Conference on Communications，ICC′03，Anchorage，AK，2003