IEEE 802.11ax基于時延敏感的上行鏈路自適應(yīng)幀聚合傳輸方案

錢晨喜，鄭可琛，劉曉瑩

(浙江工業(yè)大學(xué) 計算機科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，杭州 310014)

1 引 言

近年來，無線通訊設(shè)備的普及，WLAN(Wireless Local Area Network ，無線局域網(wǎng))密集部署導(dǎo)致無線流量爆炸性的增長，預(yù)計到2021年，WLAN承載的數(shù)據(jù)流量高達(dá)2.079ZB，其中視頻、游戲和多媒體流量占比高達(dá)85%[1]，這些流量實時性要求高，對時延較為敏感.在密集環(huán)境下，當(dāng)大量站點同時接入WLAN競爭有限的頻譜資源時，沒有合理的傳輸機制會導(dǎo)致吞吐率下降，同時無法保證站點傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包如期交付.因此，IEEE 802.11局域網(wǎng)/城域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)委員于2013年成立TGax工作組制定新的標(biāo)準(zhǔn)提高密集環(huán)境下WLAN性能.

期間，TGax工作組發(fā)布的IEEE 802.11ax 3.0草案[2]引入物理層技術(shù)OFDMA(Orthogonal Frequency Division Multiple Access，正交頻分多址)，該技術(shù)將無線信道細(xì)分為多個RU(Resource Unit，資源單元)的子載波集，同一時間不同的站點選擇不同的RU并行傳輸數(shù)據(jù).對于上行鏈路傳輸，提出UORA(Uplink OFDMA Random Access，基于正交頻分多址的上行隨機接入)機制，站點通過競爭隨機接入的RU獲取傳輸機會.但是在站點需要傳輸?shù)牧髁款愋洼^多時，不同類型的流量優(yōu)先級不同，無法同時聚合傳輸，站點需頻繁的競爭信道獲取傳輸機會.這不僅會提高站點之間的碰撞概率，還會增大流量的時延，無法保證時延敏感流量的服務(wù)質(zhì)量.與此同時，IEEE 802.11ax 3.0草案還提出了多流量標(biāo)識符，該技術(shù)可以有效的緩解這一問題.發(fā)送端通過A-MPDU(Aggregation-MAC Protocol Data Unit，聚合MAC協(xié)議數(shù)據(jù)單元)的方式將多種不同的流量類型(語音、視頻等)聚合傳輸.但是，如何有效的聚合不同類型的流量，保證在滿足數(shù)據(jù)包截止期限的條件下，最大化網(wǎng)絡(luò)的吞吐率是當(dāng)下急需解決的問題.

據(jù)此，本文從密集環(huán)境下保證站點低時延的角度出發(fā)，將新一代的幀聚合技術(shù)應(yīng)用于UORA機制中，提出基于UORA機制的自適應(yīng)幀聚合傳輸方案，即AFATS(adaptive frame aggregation transmission scheme，自適應(yīng)幀聚合傳輸方案).在站點獲取上行鏈路傳輸機會后，根據(jù)其所需發(fā)送數(shù)據(jù)包截止期限動態(tài)地調(diào)整幀聚合數(shù)目.在滿足站點時延性能的條件下，幀聚合傳輸過程中盡可能多的聚合數(shù)據(jù)包，降低傳輸過程中數(shù)據(jù)包的丟包率并提升網(wǎng)絡(luò)的吞吐率，以此提高信道的利用率，本文主要工作及貢獻為：

1)將站點數(shù)據(jù)包到達(dá)速率建模成均值為λ的泊松過程.根據(jù)IEEE 802.11ax 3.0草案中UORA機制的特點，將幀聚合傳輸過程產(chǎn)生的時延劃分為4個部分：排隊時延、協(xié)議開銷時延、競爭時延和傳輸時延，通過數(shù)學(xué)建模求出相應(yīng)的表達(dá)式；

2)聚合數(shù)目會影響幀聚合時延，提出的AFATS方案根據(jù)推導(dǎo)出的時延公式，計算出不同聚合大小下的時延，使用二分搜索算法求解滿足幀聚合時延約束下，最大化站點吞吐率的幀聚合數(shù)目；

3)仿真結(jié)果表明，AFATS方案能夠在保證站點時延性能的條件下有效地提升系統(tǒng)吞吐率并降低數(shù)據(jù)包的丟包率.

2 相關(guān)工作

當(dāng)WLAN傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包大小固定時，即使物理層數(shù)據(jù)傳輸速率很高，由于MAC層傳輸協(xié)議的特性，在傳輸數(shù)據(jù)包時需要添加大量的開銷(例如幀頭、幀間隔、確認(rèn)機制等)，低效率地MAC傳輸協(xié)議帶來的開銷仍然不能顯著地提升網(wǎng)絡(luò)吞吐率.自IEEE 802.11n[4]協(xié)議開始，WLAN提出幀聚合技術(shù)解決這一問題，該技術(shù)將多個數(shù)據(jù)包封裝成單個更長的數(shù)據(jù)包進行傳輸，減少信道檢測和二進制指數(shù)退避算法執(zhí)行的次數(shù)，降低傳輸階段的協(xié)議開銷和隨機退避時間[5，6].

A-MPDU幀聚合方式在子幀損壞時可以單獨的重傳，在實際應(yīng)用中得到廣泛的使用.文獻[7]提出了適用于飽和流量的分析模型，以評估IEEE 802.11n協(xié)議A-MPDU機制用于單向和雙向數(shù)據(jù)傳輸時的性能，并提出了最佳的幀聚合自適應(yīng)大小.隨著幀聚合技術(shù)的普及，現(xiàn)有的研究針對性的開發(fā)算法提升幀聚合技術(shù)的性能.文獻[8]中，從優(yōu)化幀聚合傳輸框架的角度著手，通過構(gòu)造出具有最大長度多用戶幀傳輸方案最大化其傳輸效率.文獻[9]提出的碎片聚合算法根據(jù)不同的信道條件選擇最佳的A-MPDU數(shù)目，靈活地應(yīng)對不同的信道狀態(tài)，提升網(wǎng)絡(luò)的吞吐率.文獻[10]中，將幀聚合技術(shù)應(yīng)用在車載自組織網(wǎng)絡(luò)，根據(jù)數(shù)據(jù)包的類型劃分不同的優(yōu)先級，通過塊確認(rèn)應(yīng)答幀攜帶的信息動態(tài)地調(diào)整不同類型數(shù)據(jù)包幀聚合的數(shù)目，證明了對不同類型數(shù)據(jù)包分類處理能夠提升系統(tǒng)的吞吐率.但是這些幀聚合方案都是基于IEEE 802.11ac標(biāo)準(zhǔn)及其之前標(biāo)準(zhǔn)提出的算法，無法應(yīng)用于IEEE 802.11ax標(biāo)準(zhǔn)之中.

對于傳輸過程時延的考量，文獻[11]提出了一個簡單而準(zhǔn)確的時延分析模型，用于預(yù)測基于非均勻隨機訪問WLAN中實時多媒體流量的排隊延遲，仿真結(jié)果表明在保證流量時延性能前提下，會犧牲一部分網(wǎng)絡(luò)的吞吐率.文獻[12]和文獻[13]使用M/G/1隊列分析WLAN中時延對吞吐率的影響.文獻[14]依據(jù)IEEE 802.11ax上行鏈路傳輸?shù)奶匦岳秒x散的二維馬爾可夫鏈模型對UORA過程進行建模，推導(dǎo)出吞吐率表達(dá)式，該式子表明，在接入大規(guī)模站點的情況下，站點之間競爭信道引起的碰撞概率會大幅度的提升，系統(tǒng)的吞吐率會逐漸達(dá)到一個閾值不再提升，導(dǎo)致傳輸效率的下降.

基于已有的文獻，原有幀聚合傳輸技術(shù)在處理不同類型數(shù)據(jù)時需要分類傳輸?shù)奶匦詷O大程度制約了該技術(shù)的優(yōu)越性.而UORA機制在應(yīng)對高密度站點的情況下，系統(tǒng)吞吐率的提升難以突破其瓶頸值.因此，本文提出AFATS方案，通過增加傳輸過程中幀聚合數(shù)目，減少站點的的傳輸次數(shù)，在密集環(huán)境下能進一步提升基于UORA機制WLAN上行鏈路傳輸?shù)男阅?

3 應(yīng)用場景與假設(shè)

3.1 應(yīng)用場景

在本文中，幀聚合傳輸只考慮上行鏈路的情況，AFATS方案應(yīng)用的網(wǎng)絡(luò)模型如圖1所示.由一個單天線AP和n個單天線站點組成的WLAN.n個站點都處于活動狀態(tài)，并且每個站點傳輸?shù)紸P的流量都具有時延要求，這些流量到達(dá)速率和截止期限各不相同.其中站點i的截止期限表示為Di.為了讓AP能成功接收到滿足截止期限約束的數(shù)據(jù)包，站點傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包延遲應(yīng)小于或者等于D，D=[D1，D2，…，Dm]T表示延遲指定向量，m為站點自適應(yīng)幀聚合數(shù)目.

圖1 一個AP和多個站點組成的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)銯ig.1 Network topology composed of one AP and multiple stations

3.2 模型假設(shè)

考慮關(guān)于每個站點，數(shù)據(jù)包的到達(dá)速率是一個均值λ的泊松過程，其到達(dá)時間間隔服從均值為1/λ的指數(shù)分布.λ=[λ1，λ2，…，λn]T表示n個站點到達(dá)速率的向量.站點沒有競爭到傳輸機會時，到達(dá)的數(shù)據(jù)包存儲在相應(yīng)的緩存區(qū)中.在緩存區(qū)暫存的過程中，會給數(shù)據(jù)包帶來排隊延遲，在本文中作為幀聚合時延考量中的一部分.對于上述應(yīng)用模型，有如下假設(shè)：

1)假設(shè)站點數(shù)據(jù)包到達(dá)速率λ和數(shù)據(jù)包延遲截止期限D(zhuǎn)是已知的.

2)假設(shè)站點傳輸時使用的信道時理想的，數(shù)據(jù)傳輸失敗僅因碰撞引起.

3)假設(shè)UORA傳輸過程中RU大小相同.

4 幀聚合時延的計算

在本文中，幀聚合時延分為兩個階段進行計算，在第1個階段中，數(shù)據(jù)包以速率均值為λ的泊松過程到達(dá)站點.在此階段中，第m個數(shù)據(jù)包到達(dá)站點之前，已經(jīng)有m-1個數(shù)據(jù)包存在站點的緩存之中，所以排隊時延是由于數(shù)據(jù)包暫存在緩存中引起的.在第2個階段中，站點通過UORA機制競爭傳輸機會，在成功競爭到信道后以A-MPDU的方式將數(shù)據(jù)包進行傳輸.站點傳輸數(shù)據(jù)包時需要添加相應(yīng)的比特位(例如物理層前導(dǎo)碼、MAC層的幀頭等)，還需要使用固定的控制幀(例如觸發(fā)幀、塊確認(rèn)應(yīng)答幀等)保證傳輸有序的進行，會產(chǎn)生協(xié)議開銷時間帶來一部分延遲.其次在UORA過程站點競爭信道會帶來競爭開銷時間，最后在站點成功競爭到傳輸機會后，傳輸聚合幀的過程會帶來一部分的傳輸時延.綜上所述，本文中將幀聚合時延劃分為4個部分，并在后文中依次求解.

1)站點緩存數(shù)據(jù)包產(chǎn)生的排隊時延

2)IEEE 802.11ax 3.0草案下協(xié)議開銷的時延

3)UORA過程站點競爭信道引起的競爭時延

4)聚合幀的傳輸時延

4.1 排隊時延

一次幀聚合傳輸數(shù)據(jù)包的個數(shù)為m，m可以根據(jù)數(shù)據(jù)包截止期限動態(tài)地變化.在站點競爭到傳輸機會之前，從緩存中取出m個數(shù)據(jù)包，本文中遵循數(shù)據(jù)包先到先發(fā)的原則.對聚合的m個數(shù)據(jù)包按到達(dá)順序編號，編號為(1，2，…，m).令s表示聚合幀中單個數(shù)據(jù)包所處順序?qū)?yīng)的編號，對于聚合幀中第s個數(shù)據(jù)包而言，需要等待剩余數(shù)據(jù)包m-s都到達(dá)后才進行幀聚合傳輸，所以聚合幀中第s個數(shù)據(jù)包的排隊時延Fs為：

(1)

聚合幀的排隊時延為m個數(shù)據(jù)包排隊時延的平均值.基于式(1)，聚合幀平均排隊時延T1為：

(2)

4.2 協(xié)議開銷時延

幀聚合傳輸過程需要添加協(xié)議規(guī)定的物理層前導(dǎo)碼和MAC層幀頭等一些協(xié)議開銷比特.確認(rèn)時采用塊確認(rèn)應(yīng)答機制來確認(rèn)數(shù)據(jù)包是否成功接收，IEEE 802.11ax 3.0草案中提出觸發(fā)幀傳輸機制，通過觸發(fā)幀同步各站點的傳輸，所以協(xié)議開銷時延T2為：

(3)

其中Lpre是聚合幀前導(dǎo)碼的長度，Lh是物理層幀頭的長度，Rc是控制幀傳輸?shù)乃俾?Tsifs是短幀幀間隔，Ttr是觸發(fā)幀的傳輸時間間隔，Tba是塊確認(rèn)應(yīng)答幀的持續(xù)時間間隔.

4.3 競爭時延

在UORA過程中，參與競爭的站點退避計數(shù)器值減少為0時可以選擇隨機接入的RU進行數(shù)據(jù)傳輸.站點退避成功的概率q與OCW(OFDMA Contention Window，OFDMA競爭窗口)息息相關(guān).在同一個觸發(fā)幀間隔時間內(nèi)，如果有兩個站點選擇相同的RU進行數(shù)據(jù)傳輸，會引起碰撞導(dǎo)致傳輸失敗.同一時刻參與競爭信道站點的數(shù)目，隨機接入RU的數(shù)量會對站點成功傳輸聚合幀的概率Ps產(chǎn)生重大的影響.

結(jié)合文獻[15]，得到UORA過程，站點傳輸?shù)母怕蕅為：

(4)

其中，W為OCW窗口的大小，j為最大退避等級，r為隨機接入RU的數(shù)目，p為RU上站點碰撞的概率.

(5)

Ptr表示RU中至少有一個站點傳輸?shù)母怕剩?/p>

(6)

Ps表示站點在RU中成功傳輸?shù)母怕剩?/p>

(7)

站點傳輸失敗概率為1-Ps.每個聚合幀最大重傳次數(shù)為H.超過最大重傳次數(shù)后，聚合幀將會被丟棄.所以站點每次傳輸聚合幀的過程可以看成是有限次數(shù)的伯努利實驗.結(jié)合文獻[16]，站點成功進行一次數(shù)據(jù)包傳輸?shù)倪^程中，需要傳輸次數(shù)的期望為：

(8)

站點每次競爭RU失敗，需要等待其他站點成功傳輸后，增大其競爭窗口繼續(xù)競爭RU.在等待其他站點傳輸?shù)倪^程中，會為當(dāng)前傳輸?shù)恼军c帶來時延開銷.由于采用觸發(fā)幀傳輸?shù)臋C制，觸發(fā)幀的周期為y，所以站點碰撞后需要等待的時間Tc為：

Tc=y

(9)

那么站點退避過程需要等待時間的總和為T3：

(10)

4.4 傳輸時延

站點競爭到傳輸機會后，以A-MPDU的方式聚合m個數(shù)據(jù)包.在編號為s的數(shù)據(jù)包成功傳輸時，已經(jīng)成功傳輸了s-1個數(shù)據(jù)包，所以第s個子幀的傳輸時延Os為：

(11)

其中Lp表示聚合數(shù)據(jù)包有效載荷的長度，Rd表示數(shù)據(jù)幀的傳輸速率.聚合幀的傳輸時延T4為m個數(shù)據(jù)包的傳輸時延的平均值：

(12)

4.5 保證站點的時延性能

根據(jù)公式(2)、(3)、(10)、(12)可以得到站點幀聚合時延T為：

T=T1+T2+T3+T4

(13)

站點聚合的數(shù)據(jù)包越多，幀聚合時延就越高.根據(jù)已知數(shù)據(jù)包的截止期限，給定以下幀聚合時延的優(yōu)化方程為：

maxm

(14)

w.r.t.：m∈(1，64)

(15a)

s.t.：

T

(15b)

在已有的標(biāo)準(zhǔn)中，幀聚合傳輸聚合數(shù)目上限為64，式(15a)限定聚合數(shù)目.在式(15b)中約束幀聚合傳輸?shù)臅r延，聚合幀時延需要滿足其聚合的m個數(shù)據(jù)包中時延最敏感數(shù)據(jù)包的截至期限.本文采用二分搜索算法，尋找滿足條件最大幀聚合數(shù)目，具體算法在下一節(jié)給出.

5 最優(yōu)幀聚合數(shù)目搜索算法

AFATS方案的算法分為兩部分，計算站傳輸時間以及搜索最優(yōu)的幀聚合數(shù)目.

算法1.計算站點傳輸時間

輸入：n，λ={λ1，λ2，…，λn}，Lpre，Lh，Rc，Tsifs，Ttr，Tba，Lpre，m，W，r，H，y

輸出：T

1.forAP send TF to STAs //TF表示觸發(fā)幀

2.ifincomingkpacket ofSTAi&& B not fullthen

3B←λ={λ1，λ2，…，λn}；

4.endif

5. UpdateD←{D1，D2，...，Dn}

6.ifD<0

7. Throw packet；

8. UpdateB；

9.endif

10.δ=1；

11.forp=0：1：e

14.if|q1-q2|<δ

15.p_opt←p；

16.q_opt←q1；

17.endif

18.endfor

19.T1=(m+1)/2λ；

20.T2=(Lpre+Lh)/Rc+2Tsifs+Ttr+Tba；

21.Ptr=1-(1-q/r)n；

22.T3=(y-y(1-Ps)H)/PS；

23.T4=(m+1)Lp/2Rd；

24.T=T1+T2+T3+T4；

25.endfor

算法1描述了站點傳輸時間的計算過程，輸入為WLAN各項參數(shù)，輸出為各站點的傳輸時間T.語句1-語句5每個觸發(fā)幀周期各站點根據(jù)到達(dá)數(shù)據(jù)包數(shù)目更新緩存B及其傳輸時延計算器D，語句6-語句9檢查數(shù)據(jù)包是否超時，超時的數(shù)據(jù)包將被丟棄.語句10-語句18通過下降法求出站點傳輸概率及碰撞概率，語句19-語句24根據(jù)推出的表達(dá)式計算出各部分的時延.

算法2.搜索最優(yōu)的幀聚合數(shù)目

26.輸入：D={D1，D2，…，Dn}

27.輸出：m

28.left=1；

29.ifB<=64；

30.right=B；

31.elseright=64；

32.endif

33.while(left<=right)do

34.mid=floor((left+right)/2)；

35.ifDmid>Tmid

36.left=mid+1；

37.m=mid；

38.elseifDmid

39.right=mid-1；

40.Returnm

41.endif

在算法2中，輸入為各站點時延約束D，輸出為站點的最佳聚合數(shù)目.通過二分搜索算法尋找最佳數(shù)目，根據(jù)左邊界值left和右邊界值right，計算向下取整的中間值mid，逐步縮小幀聚合數(shù)目的邊界，最終找出滿足截止期限條件下最大的幀聚合數(shù)目m.

6 仿真結(jié)果及性能分析

6.1 仿真參數(shù)

NS3目前不支持IEEE802.11ax 3.0草案的一些主要功能(如MU-OFDMA)，所以本文采用Matlab仿真，編寫相應(yīng)的UORA過程和支持多流量標(biāo)識符機制的幀聚合傳輸程序評估所提出算法的性能.由于新一代的協(xié)議還在制定之中，現(xiàn)階段沒有相關(guān)文獻提出相應(yīng)的對比算法，所以本文將AFATS方案與MFATS(Max frame aggregation transmission scheme，最大幀聚合傳輸方案)進行比較，該方案基于原有的幀聚合技術(shù)，不采用多流量標(biāo)識符機制，無法同時聚合不同類別的數(shù)據(jù)包，幀聚合傳輸數(shù)目是一固定值，根據(jù)站點緩存區(qū)數(shù)據(jù)量定期調(diào)整.

傳輸過程中傳輸失敗僅考慮是由碰撞引起的，即處于理想的物理信道條件.站點退避過程中默認(rèn)最小退避窗口值OCWmin和最大退避窗口值OCWmax分為為7和31，仿真參數(shù)在表1中給出，A-MPDU中聚合數(shù)據(jù)包最大數(shù)量設(shè)置為64.每個數(shù)據(jù)包的大小為512字節(jié).RU的數(shù)目采用IEEE 802.11ax 3.0草案中默認(rèn)的隨機接入數(shù)目8，每個數(shù)據(jù)包截止期限在25ms～200ms內(nèi)隨機生成.仿真設(shè)置的主要參數(shù)如表1所示.

表1 仿真參數(shù)列表Table 1 Parameters list for simulation

6.2 性能分析

對單個站點各部分時延性能分析，評估影響時延大小的因素.

圖2(a)描述了站點數(shù)目為20，數(shù)據(jù)包到達(dá)間隔為0.001的情況下，各部分時延對幀聚合大小的敏感程度.從圖中看出競爭時延和協(xié)議開銷時延與幀聚合大小無關(guān)，從式(3)中可以看出，協(xié)議開銷是一個定值，且協(xié)議開銷時延在幀聚合時延中的占比最小.排隊時延和傳輸時延隨著聚合數(shù)目增加而增大，由于數(shù)據(jù)包到達(dá)速率小于傳輸?shù)乃俾剩詮膱D中可以看出排隊時延對聚合數(shù)目更加敏感.

圖2 站點時延性能Fig.2 Station delay performance

圖2(b)描繪了接入站點數(shù)目對競爭時延的影響，隨著接入站點數(shù)目變多，會增加同一時間段競爭信道資源激烈程度.站點碰撞概率變高，RU的利用率也隨之降低.站點成功傳輸一次聚合幀需要傳輸?shù)钠骄螖?shù)變多，帶來更長的競爭時延，網(wǎng)絡(luò)密集程度主要影響的是競爭時延的大小.

在測試不同方案性能時，本文考慮一個AP和25個站點的網(wǎng)絡(luò)場景.將25個站點分為5組，每組包含5個站點.第1組-第5組數(shù)據(jù)包到達(dá)速率λ分別為200，400，600，800，1000.

同時根據(jù)截止期限，將數(shù)據(jù)包分為兩類(1)[17]https：//e.huawei.com/cn/material/networking/c3a34683d7a74ae88ed8045c4a3ae876.A類數(shù)據(jù)包截止期限為25ms～50ms，B類數(shù)據(jù)包截止期限為50ms～200ms.兩類數(shù)據(jù)包具有不同的優(yōu)先級.只有AFATS方案能同時聚合兩種不同優(yōu)先級的數(shù)據(jù)包.

圖3描述了不同方案下幀聚合數(shù)目的差異，從圖中可以看出，隨著數(shù)據(jù)包達(dá)到速率變大，兩種方案聚合數(shù)據(jù)包差異明顯變大.主要時由于ATATS方案能聚合不同類型的數(shù)據(jù)包，在數(shù)據(jù)包達(dá)到速率高時，其優(yōu)勢尤為明顯.

圖3 不同傳輸速率幀聚合數(shù)目差異Fig.3 Difference of frame aggregation number at different transmission rates

圖4描述了不同到達(dá)速率的情況下，兩種幀聚合傳輸方案對站點性能的影響.

1)幀聚合時延分析：圖4(a)中顯示了AFTAS方案和MFTAS方案在數(shù)據(jù)包到達(dá)速率不同的情況下，幀聚合時延大小.隨著數(shù)據(jù)包到達(dá)速率的提升，AFTAS方案和MFTAS方案的時延逐漸升高，但MFTAS增長幅度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于AFTAS.造成這一現(xiàn)象的主要原因為：數(shù)據(jù)包到達(dá)速率變高，同一時間內(nèi)到達(dá)的數(shù)據(jù)量變多，會增加聚合幀的長度，傳輸時延會提升.AFTAS方案使用多流量標(biāo)識符技術(shù)同時使用，兩種不同類型的數(shù)據(jù)包能夠聚合傳輸.而MFTAS方案在緩存中有兩種數(shù)據(jù)包類型時，只能分開傳輸.增加了傳輸次數(shù)，競爭時延會大幅度提升.

圖4 不同傳輸速率站點幀聚合性能比較Fig.4 Comparison of frame aggregation performance at different transmission rates

2)丟包率分析：圖4(b)中描繪了兩種算法在不同數(shù)據(jù)包到達(dá)速率下的丟包率.本文中，站點中到達(dá)的數(shù)據(jù)包都會有其對應(yīng)的截止期限，在截止期限內(nèi)若數(shù)據(jù)包還未傳輸將會被丟棄.MFTAS方案在數(shù)據(jù)包到達(dá)速率增加時，丟包率顯著提高.AFTAS方案在到達(dá)速率提升時，丟包率波動很小.主要是由于在算法中，AFATS方案根據(jù)緩存中到達(dá)數(shù)據(jù)包的截止期限，通過二分搜索算法選出最佳的幀聚合數(shù)目，有效地避免了站點在傳輸過程中因為數(shù)據(jù)超過截止期限而丟包的問題.

圖5(a)是程序運行過程中兩種方案吞吐量的變化.AFATS方案的吞吐量始終高于MFTAS方案.主要原因是：MFTAS方案無法聚合不同優(yōu)先級的數(shù)據(jù)包，所以站點傳輸次數(shù)會大于AFATS方案.在密集環(huán)境下，會增多達(dá)到最大退避次數(shù)而丟棄的數(shù)據(jù)包數(shù)目，其次MFTAS方案沒有優(yōu)化幀聚合傳輸?shù)臄?shù)目，因在傳輸過程數(shù)據(jù)包超過截止期限而需要丟棄數(shù)據(jù)包數(shù)目會遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于AFATS方案.這兩部分吞吐量的損失，使得AFATS方案明顯由于MFTAS方案.

圖5 WLAN性能Fig.5 WLAN performance

圖5(b)是程序運行過程中兩種方案丟棄的數(shù)據(jù)包數(shù)目變化，在傳輸?shù)倪^程中，MFTAS方案數(shù)據(jù)包丟棄數(shù)目始終大于AFATS方案.更直觀的顯示了ATATS方案在降低聚合幀傳輸過程，降低數(shù)據(jù)包丟包率方面的優(yōu)勢.

7 總 結(jié)

密集環(huán)境下保證用戶體驗是當(dāng)前WLAN挑戰(zhàn)性的目標(biāo)，針對UORA機制下保證站點高吞吐率和低時延性能這一問題.本文結(jié)合IEEE 802.11ax 3.0草案中提出的多流量標(biāo)識技術(shù)，創(chuàng)新性的將該技術(shù)與新的機制相結(jié)合，在基于UORA傳輸機制下提出AFATS方案，根據(jù)站點緩存的數(shù)據(jù)包數(shù)目動態(tài)地調(diào)整幀聚合傳輸?shù)臄?shù)目，采用二分搜索算法降低計算復(fù)雜度.仿真證明，該方案顯著地降低了站點傳輸數(shù)據(jù)的時延，降低了數(shù)據(jù)包的丟包率，提升網(wǎng)絡(luò)的吞吐率.在下一階段的研究中，將關(guān)注基于IEEE 802.11axWLAN幀聚合傳輸?shù)男蕟栴}，從提升幀聚合效率的角度提升WLAN性能.