近年来，无线网络技术得到迅速发展。从组网方式上看，无线网络可分为随意组网(ad-hoc)模式和有基础设施(1nfrastructure)网络模式。随意组网模式允许无线节点直接通信。有基础设施网络模式则禁止无线节点直接通信，所有分组都要经过接入点(access point，ap)转发。与随意组网模式相比，目前，有基础设施网络的应用更为广泛。

现阶段，无线技术被广泛应用于远程教学、临时会议等应用场景。这就要求无线网络除了支持一般数据传输外，还要支持对延迟等参数较为敏感的实时媒体业务的传输。然而，目前无线网络产品硬件中实现的802．11 mac层协议只支持基?quot;尽力而为"的分布式协调功能(distributed coordination function，dcf)，对实时业务不提供任何服务质量(quality of service，qos)保证。

本文将提出一种在有基础设施无线网络中对实时业务提供应用级服务质量支持的系统模型机制，并对系统性能进行分析。

1系统模型的算法描述

系统模型主要由3个模块构成：延迟带宽分析、准入控制和速率整形。系统机制的实现流程如图1所示。

图中，业务分类器主要用于区分实时业务和尽力而为业务。速率整形模块负责动态调整尽力而为业务的发送速率以适应实时业务的低延迟要求。准入控制模块负责根据当前系统实时业务流的可用带宽决定是否满足新的实时业务流的准人请求，对已准入的实时业务流直接插入网卡接口队列等待mac层处理。延迟带宽分析模块负责统计当前系统实时业务所占用的网络带宽及该节点分组的实际发送速率，并测量数据帧的mac层延迟。这里所说的mac层延迟包括：数据帧在网卡接口队列的排队等待时间；根据csma／ca算法侦听媒体信道状态所等待和退避的时间；在取得对媒体信道的访问权后，发送rts(request to send)-cts(clear to send)-data-ack一系列帧交换的时间，其中也包括了可能的帧碰撞和重传时间。对mac层延迟时间准确和及时的反馈也是整个算法的关键。此外，由于mac层对广播和组播帧的处理与单播帧不同，在测量过程中不应包含对组播和广播帧的延迟统计。

1．1速率整形机制

在速率整形机制中，无线源节点和接入点的速率整形模块均采用加增乘减(aimd)控制算法。每个源节点调节自身尽力而为业务分组的发送速率。接入点则对所有转发的尽力而为业务分组进行速率调节，以使各节点实际发送速率均不高于某一动态变化的发送速率阈值rate_limit。

aimd算法被应用在tcp拥塞控制等网络协议中。在本系统中，aimd算法则用于提供各无线源节点对无线媒体带宽的公平利用。此外，aimd算法还可以在确保实时业务经受较低mac层延迟的情况下，使尽力而为业务更为充分利用剩余的媒体带宽，使总的吞吐率在系统所允许到达的最大吞吐率附近上下浮动。

1．2准入控制机制

现有的802．11标准中，有基础设施无线网络通过接入点对分组的转发来实现节点的间接通信。利用这一性质，接入点的延迟带宽分析模块就可通过测量自身转发的实时业务来获知目前实时业务对该媒体信道带宽(bw_current)的占用情况。这样，如果可以得到在不破坏服务质量前提下实时业务所能占用的最大媒体带宽(bw_threshold)，则二者的差值也就是目前系统中新的实时业务的可用带宽(bw_availabe)。但是，在实现中，一般是选取更小的带宽限值(bw_limit)作为实时业务所能占用的最大媒体带宽bw_threshold的替代值(在实验中均保守地选取bw_ limit值，使系统中只允许5条实时媒体业务流同时存在)。这样做的原因是：(1)虽然业务负载量轻重和mac层的平均延迟具有一定的对应关系，但这种对应关系是平均意义上的对应，并不是稳定的一一对应关系，实际很难找到适合的bw_threshold值。(2)如果选取了bw_threshold作为实时业务最大可用媒体带宽，则根据上述bw_threshold的定义，尽力而为业务将有可能几乎没有剩余带宽可用。这样，速率整形机制的调节功能也就失去了作用，无法通过速率调节使实时业务mac层延迟迅速降低，也就失去了该机制对延迟变化反应灵敏的特点。(3)即使使用了较小的带宽限值bw_limit作为实时业务准入控制的准入参数，剩余的媒体带宽仍可由尽力而为业务充分地利用，不会影响系统总的吞吐率。 每个无线源节点维护着自身发送实时业务流的状态链表。接入点则维护所有转发实时业务流状态链表。准入控制过程描述如下：

对于无线源节点，当有新的实时业务流到达时，该节点记录该业务流的状态信息(包括源目的地址、端口等)，并向接入点发送带有该流状态信息(包含预约带宽)的准入请求。接入点收到请求分组后，进行比较：若预约带宽小于目前系统实时业务的可用带宽，则将新流插入接人点所