WLAN与WPAN的QoS机制对比分析

　　上述DCF操作中，由于各STA在发送数据前需要对信道进行争用，因此DCF无法对时延敏感的业务提供QoS保障。因此，802.11协议定义了点协调功能（PCF）来保证STA以一定的优先权接入到无线信道中，如图2所示。STA的优先权由点协调器（PC）来协调。PCF发起数据传输的等待时间间隔称为PIFS， PIFS介于SIFS和DIFS之间，因而PCF比DCF的优先级高。PCF的传输时间被划分为重复的周期，即交替出现的竞争周期（CP）和非竞争周期（CFP）。CP和随后的CFP一起组成超帧。在CFP阶段采用PCF机制接入无线信道，在CP阶段则使用DCF机制传输数据。超帧由信标帧（Beacon）开始。信标帧是一种管理帧，它维持STA内本地定时器的同步，并负责传送协议相关的参数。PC周期性的产生信标帧，下一个信标帧到来的时间被称为目标信标帧传输时间（TBTT），每个信标帧中都携带该信息。每个STA被PC轮询后发送数据，因而不会发生冲突。PC通过发送CF-Poll帧轮询有数据要发送的STA，STA接收到轮询帧以后给出确认。若PC在等待了一个PIFS的时间后没有收到STA的响应，可以继续轮询其他的STA，一直到CFP的结束。PC通过发送一个特殊的控制帧CF-End来指示CFP的结束。?

　　２．IEEE802.11e基于EDCF、HCF的QoS机制

　　为了改善802.11协议对于QoS的支持，IEEE802.11工作组正在制订802.11 MAC协议的增强机制，也称为802.11e。它引入了增强的DCF（EDCF）和混合协调功能（HCF）两种机制。具有IEEE802.11e QoS功能的STA被称为QSTA（QoS-ca?pable STA），为其他STA提供集中控制的QSTA被称为混合协调器（HC），HC通常由AP来担任，此AP也称作QAP。802.11e兼容超帧中CP和CFP循环周期。EDCF只在CP阶段使用，HCF在CP和CFP期间都可以使用，因而是一种混合协调功能。

　　EDCF是HCF的基础，它通过引入业务流分类（TC）来实现QoS支持，图3示意了802.11e EDCF机制与802.11的区别。MSDU通过多次退避延时后才能发送，每次退避的时间由TC参数来确定。在CP阶段，QSTA内的每个TC竞争一个发送机会（TxOP），并在检测到信道空闲后独立地进行延时退避，检测信道的时间被称为仲裁帧间间隔（AIFS），参见图4。AIFS不小于DIFS，并可以根据TC类别设置不同的值。在等待一个AIFS后，每个STA设定一个［0, CW+1］的随机计数器开始延时退避，CW(竞争窗口函数)的最小值取决于TC。在传统的DCF中，在计数器递减到0之前如果检测到信道忙，则只有再等待DIFS时间并检测到信道空闲以后才继续进行递减计数。EDCF中，在AIFS期间检测到信道空闲以后，在AIFS周期结束前的最后一个时隙间隔的开始时刻对退避计数器递减计数，而DCF则在DIFS结束后的第一个时隙的开始时刻递减计数。发生冲突后改变CW的策略也有所不同。DCF是将CW简单地加倍，而EDCF中则根据PF因子来修正原先的CW，而且CW的取值不能超过某个上限值。 ?

　　每个STA内可以采用虚拟队列的形式来实现8种不同的TC，并赋予不同优先级的QoS参数。QoS参数可以由HC来修改，并在信标帧中进行周期性的广播。如果同一个STA内的多个TC的退避计数器同时减到0，则会发生虚拟冲突，调度器为优先权最高的TC分配TxOP来解决虚拟冲突问题。还应该注意到，802.11e的8种TC所定义的业务优先级与以太网中的IEEE802.1D/P/Q标准［６］对于以太网业务区分的定义是相同的，这意味着802.11e可以与以太网QoS完美地结合，这也有利于开发符合802.11e标准的QSTA、QAP产品。

　　802.11e HCF扩展了EDCF的接入规则。在CP期间，使用EDCF规则检测到可用信道或者STA从HC处接收到QoS CF-Poll轮询帧后，则TxOP开始。TxOP是802.11e最重要的特性之一，TxOP定义了STA可以发送数据的时间段，包括开始时间和最大持续时间。QoS CF-Poll轮询帧在检测到信道空闲一个PIFS时间后不需延时就可以立即发送，因此HC在CP中具有较高的优先权。在CFP期间STA不能竞争接入无线信道，只能等待HC发送QoS CF-Poll来分配TxOP。CFP阶段在信标帧中声明的时间内结束，或者也可以由HC发送CF-End帧来显式的结束。

　　802.11e中还定义一种可以快速解决碰撞的受控式竞争协议。每个QSTA的状态信息要及时更新，HC通过该状态信息得知某个STA是否有数据发送来确定是否要对该STA轮询，以及轮询的开始时间和持续时间。受控竞争机制允许STA通过发送资源请求来要求分配TxOP，而不用同其他的业务流竞争，HC根据当前资源状况对接收到的资源请求帧予以确认。

　　三、IEEE802.15.3 MAC协议及其QoS机制

在IEEE802.11 WLAN迅速发展的同时，另一种针对小型个域网络、家庭数字媒体网络的无线技术正在不断地引起研究者和产业界的注意