ieee 802.1la／b／g在物理层支持多种发送速率，但是在mac层只对不同类型的帧规定了不同的速率，却没有规定如何根据信道状态选择和切换合适的发送速率，因而信道自适应的速率选择算法成为目前的研究热点。

信道自适应的速率选择算法核心是获取时变的信道信息(channel state information，csi)。基于ieee 802.11标准的无线网络，当前主要有两种获取csi的方法：对信道信息直接测量的方法和基于统计信息的方法。

对信道信息直接测量的方法是直接测量信道的某一信息，如信噪比(snr)、接收信号强度(rss)、或者误码率(ber)，因而能够快速地反应信道状态。例如在g.hol-land提出的rbar协议中，接收方测量接收到的rts帧的snr，选取合适的速率，再通过cts帧将速率选择信息反馈给发送方。这种方法的缺点是，精确地获取snr并不容易；并且该协议强制地使用rts／cts握手，必定会带来额外的开销；另外，rbar协议需要对ieee 802.11标准进行修改，因而目前并没有被厂商采用。

基于统计信息的方法是统计在一段时间内发送数据的某些信息，如误帧率、ack成功接收次数、吞吐量等，作为判断无线信道质量的依据。这种方法的显著优势在于简单方便，可以通过编写驱动程序实现，因而很多厂商采用这种方法实现速率自适应，其中最著名的是arf协议。本文提出的多速率自适应协议earf以arf协议为基础，能够根据ack帧统计信息感知信道状态，自适应地调整每个速率的成功阈值，并且无需修改现有的ieee802.11标准。仿真结果表明earf协议在不同的仿真环境下吞吐量性能都有较大提高。

2 相关研究

arf协议基于统计成功接收的ack帧判断信道状况。在arf协议中，若发送方连续两次没有接收到ack帧，就认为信道质量变差，采用较低的发送速率并且启动一个定时器；若发送方连续10次成功地接收到ack帧，或定时器超时，则假定信道质量提高，因而尝试提高数据发送速率。该方法的局限性在于始终以固定值10作为成功阈值，并不能很好地反应实时变化的信道质量。相关的研究表明，对于快变的信道，需要较低的成功阈值，而对于慢变的信道，需要较高的成功阈值。arf3-10协议对arf协议进行了改进，设定了两个成功阈值3和10，信道快变时采用阈值3，慢变时采用阈值10。然而该协议也只使用了两个固定的成功阈值，依然不能很好地适应信道的动态变化。

文献[4]基于arf3-10进行改进，该文的核心思想是：每个速率应该有不同的成功阈值，成功阈值依赖于信道状态(多普勒频率、接收功率)以及数据长度。而另一文献[5]的核心思想是，在从低速率向高速率调整的时候，尽可能减少尝试的次数以减小开销和失败，保证在最短的时间内采用高速率发送数据。然而该法的实现较为复杂，仿真表明其性能改进有限。

本文基于arf协议，在文献[4，5]思想的启发下，提出了一种新颖的速率自适应协议earf(enhancedarf)。通过文献[5]提出的延时因子量化信道状态，对速率的成功阈值进行更新，因而有较好的自适应位。

3 earf协议描述

earf协议的基本思想可以用图1的状态转换图来表示。

图1中r(i)和r(i十1)分别表示低速率和高速率，ra(i+1)表示第一次尝试高速率状态。低速率和高速率对应的成功阈值分别为thi和thi+1。s0和s1分别表示在r(i)和r(i+1)状态下已经连续接收到的ack帧的次数，他们在初次使用相应速率或尝试该速率时清0，每次连续地接收一个ack帧则加1。另外，给每个成功阈值都设置了一个最大值100和一个最小值2。

如图1所示，若当前处于r(i+1)状态，一旦ack帧接收失败就降低数据的发送速率转移到速率r(i)。若当前处于低速率r(i)，当接收的ack帧次数s0达到了r(i)的成功阈值thi时尝试高速率r(i+1)，即转移到ra(i+1)状态，尝试成功则正式采用高速率r(i+1)，失败则重新降低速率到r(i)状态，并且按照算法resetth(i)更新thi。

算法resetth(i)是对文献[5]提出算法的简化，以下只作简单说明：

当成功从低速率进入尝试高速率状态ra(i+1)，但接收ack帧失败时，重新设置低速率的成功阈值thi，如式(1)所示。

式中[ ]表示取整，f表示延时因子，定义参看文献[6]，该值在不同的信道条件下有不同的经验值。tmdf表示开始以速率r(i)发送数据的时刻，tattemp表示开始尝试高速率r(i+1)发送数据的时刻。xmit duration(rhigh)和xmitduration(rcurrent)分别表示尝试高速率r(i+1)和以当前速率r(i)发送一个数据帧需要的时间。

为了进一步地说明速率的转换过程，如图2所示，假设