WLAN与WPAN的QoS机制对比分析

，那就是IEEE802.15 WPAN任务组针对数字视频、图像等多媒体应用而制定的高速率WPAN标准IEEE802.15.3。除了高速率外，802.15.3将为便携式数字多媒体应用提供低功耗、低成本的解决方案。同时，IEEE802.15.3任务组（TG3）还成立了802.15.3a研究组（SG3a）来寻找更高速率的物理层替代方案，目前研究领域方兴未艾的超宽带（UWB）无线通信技术最有希望成为802.15.3a的PHY标准，提供高达500 Mbps的超高传输速率。802.15.3a研究组有望在今年被批准为任务组（TG），从而可以进行标准化的推进工作。802.15.3a研究组所寻找的物理层替代方案需要要实现下述目标： ?(1)支持DV、高清晰DVD、高清晰度打印机、扫描仪，MP3播放器快速下载、数码相机静态图像传递等；

　　(2)在10 m的距离提供110 Mbit/s的传输速率，小于10 m的近距离时速度可达到500 Mbit/s，以替代当前广泛使用的IEEE1394a（400Mbit/s），USB2.0（480 Mbit/s）基于线缆的数据传输。

　　802.15.3网络拓扑结构为基于中央控制的面向连接的自组网（Ad Hoc）。网络初始化时，由任一个节点（DEV）来担任WPAN的协调器/调度器（PNC）。除了提供基本的网络同步之外，PNC还要根据预先定义的QoS策略以及当前剩余的信道时隙数量（CT,即Channel Time）完成接纳控制、分配网络资源、管理节能请求等功能。

　　802.15.3基于时隙的超帧结构由3部分组成：信标（Beacon）、信道竞争访问周期（CAP,即Contention Access Period）和信道无竞争周期（CFP,即Contention Free Period）组成，如图5所示。?

　　信标在每一超帧的开始发送，载有网络的控制参数（网络同步、最大传输功率等）、信道时隙分配、超帧中传输的针对每一个业务流的指示信息等。CAP周期预留来传送无QoS的数据帧，如网内设备发出的认证、关联命令的请求和应答以及一些短的异步数据。

　　在CAP周期内，各设备采取载波侦听多路访问/冲突避免的访问控制机制来争用信道。超帧的其余时间（CFP周期）用来传输有特定QoS的数据，如高清晰度视频/音频流、大容量图像、音乐文档等，这些数据根据各自所需的带宽、时延要求被分别封装到不同的GTS中。各GTS的分配以及CAP和GTS之间的边界是动态可调的。

　　每个CFP周期分为管理时隙（STAS,即Management Time Slot）和确保服务的同步时隙（GTS,即Guaranteed Time Slot），GTS用于传输同步媒体业务流和异步数据，如图6所示。在CFP周期内所有的传输机会都开始于预先设定好的时隙，时隙的设定通过PNC与各DEV交互信标帧中流量映射信息单元（Traffic Mapping Information Element）来完成。在DEV分配到的GTS时隙中，DEV可以在满足传输时间不超过规定时长的条件下自行决定传输数据的长度。所有的GTS时隙的长度都是不固定的。有些GTS是动态改变的，即这些时隙在不同超帧中的位置是随时改变的。有些GTS的位置在一段时间内是基本固定的，即PNC虽然可以修正这些GTS时隙的位置，但是需要得到利用该时隙收发数据的DEV的同意方可,这样的时隙可以用来支持CBR业务。对于MTS时隙，可以用来在CAP周期中传输认证、关联命令等。?

　　在802.15.3网络中，QoS可以通过对每一个业务流的预约来简单地实现。DEV先向PNC询问自己的QoS请求能否被信道时间管理器（CT Manager）满足，如果这些QoS请求得到PNC的许可，就会在链路层和IP层之间为此业务流建立专门的流标识。这种PNC与DEV之间相对独立的请求-应答机制很有效地降低了协议的复杂度，即在低层（链路层）并不需要实现太多复杂的功能。同时，由于在网络层的QoS研究已经建立起一套关于资源预约、分配调度的机制，从而可以使链路层与当前主流网络层协议密切配合。避免了网络分层结构带来的层与层之间的独立和冗余而导致的协议效率低下。资源预约的方式使得网络资源的达到最佳的利用，从而可以更好、更高效地规划网络的使用，提供可靠的QoS保障。但是，这种方式有时候也会带来过多的开销，如网络必须传输信令消息以提供资源预约，因此各种应用在数据收发之前会有一段延时。

　　802.15.3 MAC协议另外一个优点是其网络和应用的独立性。目前很多链路层以上的协议标准如IP、 USB、IEEE1394等正在制订服务汇聚子层（ SSCS,即Service Specific Convergence Sub-layers）来支持与IEEE802.15.3链路层的平滑过渡和整合，图7给出了IEEE802网络、IEEE1394、USB2.0等上层应用基于802.15.3 MAC层的实现示意图。?

　　四、IEEE802.11e与IEEE802.15.3的对比分析

上文讨论了IEEE802.11e与IEEE802.15.3两种MAC协议在提供QoS方面各自的特点。由于面向的对象和应用的不同，两种