WLAN與WPAN的QoS機制對比分析

WLAN與WPAN的QoS機制對比分析

一、 引言

　　無線局域網(wǎng)（WLAN,即Wireless Local Area Network）和無線個域網(wǎng)（WPAN,即Wireless Personal Area Network）是對目前無線接入系統(tǒng)的補充，近年來得到了迅速的發(fā)展。WLAN可以使網(wǎng)絡(luò)用戶擺脫網(wǎng)線的束縛，在企業(yè)、家庭、酒店、機場等熱點地區(qū)向終端用戶提供高速數(shù)據(jù)傳輸。WPAN能在便攜式消費者電器和通信設(shè)備之間進行短距離高速通信，覆蓋范圍比WLAN小，一般在10 m半徑以內(nèi)。

　　IEEE WLAN工作組在1997年制訂了802.11協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，1999年8月增加了802.11b和802.11a標(biāo)準(zhǔn)［1］。IEEE802.11b可提供的數(shù)據(jù)速率為11 Mbps，而IEEE802.11a傳輸速率最高可達54 Mbps，雖然這樣的高速率可以滿足一般的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用，但是對于發(fā)展迅速的家庭數(shù)字媒體應(yīng)用，如實時視頻、HDTV來說仍顯不足。為了解決數(shù)字?jǐn)z像機、數(shù)字電視機、數(shù)字照相機、MP3播放機、打印機、投影儀和筆記本電腦等便攜式消費電器的高速互聯(lián)問題，IEEE WPAN工作組發(fā)起了802.15.3高速率WPAN任務(wù)組，針對消費者圖像和多媒體應(yīng)用，為低功率低成本的短距離通信制定速率為11～55　Mbps的802.15.3標(biāo)準(zhǔn)；還成立了802.15.3a研究組（SG3a），目的是尋求更高傳輸速率的物理層替代技術(shù)，目前研究領(lǐng)域方興未艾的超寬帶（UWB,即Ultra Wideband）技術(shù)［2］最有希望成為802.15.3a的PHY標(biāo)準(zhǔn)，提供高達500 Mbps的超高傳輸速率。

　　隨著無線網(wǎng)絡(luò)上流量的劇增，用戶在享受寬帶無線接入的同時，對于有效、魯棒的服務(wù)質(zhì)量（QoS）保障的需求也越來越突出。QoS的實現(xiàn)首先要精確區(qū)別每個網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的類型，其次要恰當(dāng)?shù)胤峙渚W(wǎng)絡(luò)資源，如帶寬和相對優(yōu)先級等。早期的QoS研究主要針對有線網(wǎng)絡(luò)，在網(wǎng)絡(luò)層以上提供服務(wù)質(zhì)量保障。如綜合服務(wù)/資源預(yù)約（IntServ/RSVP）、區(qū)分服務(wù)（DiffServ）、多協(xié)議標(biāo)簽交換(MPLS)、流量工程(Traffic Engineering)、約束路由(CBR)、子網(wǎng)帶寬管理(SBM)等［3］。但是上述的QoS機制并不能直接應(yīng)用于無線網(wǎng)絡(luò)中，主要有2個原因：首先，無線傳輸與有線傳輸截然不同，在無線傳輸中，串?dāng)_和多徑傳播將導(dǎo)致衰落和色散，因此無線網(wǎng)絡(luò)具有數(shù)據(jù)傳輸率低而誤碼率高的特點；而WLAN和WPAN等為了保證靈活性和兼容性，協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)一般只制訂MAC層和PHY層規(guī)范，從而造成網(wǎng)絡(luò)上層的QoS與無線鏈路層的分離，最終QoS無法得到充分發(fā)揮；其次，隨著無線接入技術(shù)的發(fā)展，異質(zhì)網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用將越來越普及，各種應(yīng)用一般會經(jīng)過無線接入、有線骨干網(wǎng)傳輸、無線接入的傳輸途徑，在這種情況下，緊緊依靠傳統(tǒng)的有線網(wǎng)絡(luò)QoS機制已經(jīng)無法提供端到端的服務(wù)質(zhì)量保障，迫切需要一種能夠針對無線信道的特點，在無線鏈路層媒體訪問控制（MAC）子層提供網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)的區(qū)分、優(yōu)先級控制、資源分配等的QoS控制和保障，從而使無線網(wǎng)絡(luò)和有線網(wǎng)絡(luò)的QoS進行整體規(guī)劃。

　　本文將研究兩種提供QoS保障的無線網(wǎng)絡(luò)媒體訪問控制協(xié)議——2002年5月公布的IEEE802.11e D3（草案）［4］和2003年2月公布的IEEE802.15.3 D16（草案）［5］，首先分析兩種MAC協(xié)議的媒體訪問機制，其次對比兩種協(xié)議在處理多種數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)類型、不同的網(wǎng)絡(luò)配置、解決“隱藏節(jié)點”問題等方面的優(yōu)缺點，最后給出結(jié)論。

　　二、IEEE802.11e MAC協(xié)議及其QoS機制

　　IEEE802.11e的媒體訪問控制策略從總體上說是對802.11 MAC協(xié)議的改進和增強。在介紹802.11e MAC協(xié)議之前，首先對802.11 MAC協(xié)議的基本機制作簡要分析。

　　1.IEEE802.11 MAC協(xié)議的DCF、PCF訪問

　　控制策略IEEE802.11 MAC協(xié)議［1］定義了兩種操作，在信道爭用期的分布式協(xié)調(diào)功能（DCF）與非信道爭用期的點協(xié)調(diào)功能（PCF）。其中，DCF是必備的功能，而PCF由各WLAN設(shè)備硬件廠家來決定是否實現(xiàn)。

　　DCF采用載波偵聽多路訪問/沖突避免（CSMA/CA）的媒體訪問方式，可以形象地比喻為“先聽再說”（如圖1所示）。節(jié)點（STA）在發(fā)送數(shù)據(jù)前要先檢測信道是否空閑，如果信道空閑則準(zhǔn)備發(fā)送MAC業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)單元（MSDU）。如果2個STA同時檢測到信道空閑并開始發(fā)送數(shù)據(jù)就會發(fā)生沖突，為此，802.11定義了沖突避免（CA）機制來降低發(fā)生沖突的概率。為解決CSMA方式引起的“隱藏節(jié)點”問題，802.11定義了請求發(fā)送/清除發(fā)送（RTS/CTS）機制。在傳送數(shù)據(jù)幀以前STA先發(fā)送一個短RTS幀，接收方接收到RTS后立即發(fā)送一個CTS幀，RTS和CTS幀中都包含了下一個數(shù)據(jù)幀的長度信息。因此STA附近的其他STA及接收數(shù)據(jù)的STA附近的“隱藏節(jié)點”通過設(shè)置網(wǎng)絡(luò)分配向量（NAV）定時器，在NAV規(guī)定的時間內(nèi)不發(fā)送數(shù)據(jù)以避免數(shù)據(jù)沖突。RTS/CTS和NAV機制可以有效保護長數(shù)據(jù)幀免受“隱藏節(jié)點”的碰撞。

　　上述DCF操作中，由于各STA在發(fā)送數(shù)據(jù)前需要對信道進行爭用，因此DCF無法對時延敏感的業(yè)務(wù)提供QoS保障。因此，802.11協(xié)議定義了點協(xié)調(diào)功能（PCF）來保證STA以一定的優(yōu)先權(quán)接入到無線信道中，如圖2所示。STA的優(yōu)先權(quán)由點協(xié)調(diào)器（PC）來協(xié)調(diào)。PCF發(fā)起數(shù)據(jù)傳輸?shù)牡却龝r間間隔稱為PIFS， PIFS介于SIFS和DIFS之間，因而PCF比DCF的優(yōu)先級高。PCF的傳輸時間被劃分為重復(fù)的周期，即交替出現(xiàn)的競爭周期（CP）和非競爭周期（CFP）。CP和隨后的CFP一起組成超幀。在CFP階段采用PCF機制接入無線信道，在CP階段則使用DCF機制傳輸數(shù)據(jù)。超幀由信標(biāo)幀（Beacon）開始。信標(biāo)幀是一種管理幀，它維持STA內(nèi)本地定時器的同步，并負(fù)責(zé)傳送協(xié)議相關(guān)的參數(shù)。PC周期性的產(chǎn)生信標(biāo)幀，下一個信標(biāo)幀到來的時間被稱為目標(biāo)信標(biāo)幀傳輸時間（TBTT），每個信標(biāo)幀中都攜帶該信息。每個STA被PC輪詢后發(fā)送數(shù)據(jù)，因而不會發(fā)生沖突。PC通過發(fā)送CF-Poll幀輪詢有數(shù)據(jù)要發(fā)送的STA，STA接收到輪詢幀以后給出確認(rèn)。若PC在等待了一個PIFS的時間后沒有收到STA的響應(yīng)，可以繼續(xù)輪詢其他的STA，一直到CFP的結(jié)束。PC通過發(fā)送一個特殊的控制幀CF-End來指示CFP的結(jié)束。?

　　２．IEEE802.11e基于EDCF、HCF的QoS機制

　　為了改善802.11協(xié)議對于QoS的支持，IEEE802.11工作組正在制訂802.11 MAC協(xié)議的增強機制，也稱為802.11e。它引入了增強的DCF（EDCF）和混合協(xié)調(diào)功能（HCF）兩種機制。具有IEEE802.11e QoS功能的STA被稱為QSTA（QoS-ca?pable STA），為其他STA提供集中控制的QSTA被稱為混合協(xié)調(diào)器（HC），HC通常由AP來擔(dān)任，此AP也稱作QAP。802.11e兼容超幀中CP和CFP循環(huán)周期。EDCF只在CP階段使用，HCF在CP和CFP期間都可以使用，因而是一種混合協(xié)調(diào)功能。

　　EDCF是HCF的基礎(chǔ)，它通過引入業(yè)務(wù)流分類（TC）來實現(xiàn)QoS支持，圖3示意了802.11e EDCF機制與802.11的區(qū)別。MSDU通過多次退避延時后才能發(fā)送，每次退避的時間由TC參數(shù)來確定。在CP階段，QSTA內(nèi)的每個TC競爭一個發(fā)送機會（TxOP），并在檢測到信道空閑后獨立地進行延時退避，檢測信道的時間被稱為仲裁幀間間隔（AIFS），參見圖4。AIFS不小于DIFS，并可以根據(jù)TC類別設(shè)置不同的值。在等待一個AIFS后，每個STA設(shè)定一個［0, CW+1］的隨機計數(shù)器開始延時退避，CW(競爭窗口函數(shù))的最小值取決于TC。在傳統(tǒng)的DCF中，在計數(shù)器遞減到0之前如果檢測到信道忙，則只有再等待DIFS時間并檢測到信道空閑以后才繼續(xù)進行遞減計數(shù)。EDCF中，在AIFS期間檢測到信道空閑以后，在AIFS周期結(jié)束前的最后一個時隙間隔的開始時刻對退避計數(shù)器遞減計數(shù)，而DCF則在DIFS結(jié)束后的第一個時隙的開始時刻遞減計數(shù)。發(fā)生沖突后改變CW的策略也有所不同。DCF是將CW簡單地加倍，而EDCF中則根據(jù)PF因子來修正原先的CW，而且CW的取值不能超過某個上限值。 ?

　　每個STA內(nèi)可以采用虛擬隊列的形式來實現(xiàn)8種不同的TC，并賦予不同優(yōu)先級的QoS參數(shù)。QoS參數(shù)可以由HC來修改，并在信標(biāo)幀中進行周期性的廣播。如果同一個STA內(nèi)的多個TC的退避計數(shù)器同時減到0，則會發(fā)生虛擬沖突，調(diào)度器為優(yōu)先權(quán)最高的TC分配TxOP來解決虛擬沖突問題。還應(yīng)該注意到，802.11e的8種TC所定義的業(yè)務(wù)優(yōu)先級與以太網(wǎng)中的IEEE802.1D/P/Q標(biāo)準(zhǔn)［６］對于以太網(wǎng)業(yè)務(wù)區(qū)分的定義是相同的，這意味著802.11e可以與以太網(wǎng)QoS完美地結(jié)合，這也有利于開發(fā)符合802.11e標(biāo)準(zhǔn)的QSTA、QAP產(chǎn)品。

　　802.11e HCF擴展了EDCF的接入規(guī)則。在CP期間，使用EDCF規(guī)則檢測到可用信道或者STA從HC處接收到QoS CF-Poll輪詢幀后，則TxOP開始。TxOP是802.11e最重要的特性之一，TxOP定義了STA可以發(fā)送數(shù)據(jù)的時間段，包括開始時間和最大持續(xù)時間。QoS CF-Poll輪詢幀在檢測到信道空閑一個PIFS時間后不需延時就可以立即發(fā)送，因此HC在CP中具有較高的優(yōu)先權(quán)。在CFP期間STA不能競爭接入無線信道，只能等待HC發(fā)送QoS CF-Poll來分配TxOP。CFP階段在信標(biāo)幀中聲明的時間內(nèi)結(jié)束，或者也可以由HC發(fā)送CF-End幀來顯式的結(jié)束。

　　802.11e中還定義一種可以快速解決碰撞的受控式競爭協(xié)議。每個QSTA的狀態(tài)信息要及時更新，HC通過該狀態(tài)信息得知某個STA是否有數(shù)據(jù)發(fā)送來確定是否要對該STA輪詢，以及輪詢的開始時間和持續(xù)時間。受控競爭機制允許STA通過發(fā)送資源請求來要求分配TxOP，而不用同其他的業(yè)務(wù)流競爭，HC根據(jù)當(dāng)前資源狀況對接收到的資源請求幀予以確認(rèn)。

　　三、IEEE802.15.3 MAC協(xié)議及其QoS機制

　　在IEEE802.11 WLAN迅速發(fā)展的同時，另一種針對小型個域網(wǎng)絡(luò)、家庭數(shù)字媒體網(wǎng)絡(luò)的無線技術(shù)正在不斷地引起研究者和產(chǎn)業(yè)界的注意，那就是IEEE802.15 WPAN任務(wù)組針對數(shù)字視頻、圖像等多媒體應(yīng)用而制定的高速率WPAN標(biāo)準(zhǔn)IEEE802.15.3。除了高速率外，802.15.3將為便攜式數(shù)字多媒體應(yīng)用提供低功耗、低成本的解決方案。同時，IEEE802.15.3任務(wù)組（TG3）還成立了802.15.3a研究組（SG3a）來尋找更高速率的物理層替代方案，目前研究領(lǐng)域方興未艾的超寬帶（UWB）無線通信技術(shù)最有希望成為802.15.3a的PHY標(biāo)準(zhǔn)，提供高達500 Mbps的超高傳輸速率。802.15.3a研究組有望在今年被批準(zhǔn)為任務(wù)組（TG），從而可以進行標(biāo)準(zhǔn)化的推進工作。802.15.3a研究組所尋找的物理層替代方案需要要實現(xiàn)下述目標(biāo)： ?(1)支持DV、高清晰DVD、高清晰度打印機、掃描儀，MP3播放器快速下載、數(shù)碼相機靜態(tài)圖像傳遞等；

　　(2)在10 m的距離提供110 Mbit/s的傳輸速率，小于10 m的近距離時速度可達到500 Mbit/s，以替代當(dāng)前廣泛使用的IEEE1394a（400Mbit/s），USB2.0（480 Mbit/s）基于線纜的數(shù)據(jù)傳輸。

　　802.15.3網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)為基于中央控制的面向連接的自組網(wǎng)（Ad Hoc）。網(wǎng)絡(luò)初始化時，由任一個節(jié)點（DEV）來擔(dān)任WPAN的協(xié)調(diào)器/調(diào)度器（PNC）。除了提供基本的網(wǎng)絡(luò)同步之外，PNC還要根據(jù)預(yù)先定義的QoS策略以及當(dāng)前剩余的信道時隙數(shù)量（CT,即Channel Time）完成接納控制、分配網(wǎng)絡(luò)資源、管理節(jié)能請求等功能。

　　802.15.3基于時隙的超幀結(jié)構(gòu)由3部分組成：信標(biāo)（Beacon）、信道競爭訪問周期（CAP,即Contention Access Period）和信道無競爭周期（CFP,即Contention Free Period）組成，如圖5所示。?

　　信標(biāo)在每一超幀的開始發(fā)送，載有網(wǎng)絡(luò)的控制參數(shù)（網(wǎng)絡(luò)同步、最大傳輸功率等）、信道時隙分配、超幀中傳輸?shù)尼槍γ恳粋€業(yè)務(wù)流的指示信息等。CAP周期預(yù)留來傳送無QoS的數(shù)據(jù)幀，如網(wǎng)內(nèi)設(shè)備發(fā)出的認(rèn)證、關(guān)聯(lián)命令的請求和應(yīng)答以及一些短的異步數(shù)據(jù)。

　　在CAP周期內(nèi)，各設(shè)備采取載波偵聽多路訪問/沖突避免的訪問控制機制來爭用信道。超幀的其余時間（CFP周期）用來傳輸有特定QoS的數(shù)據(jù)，如高清晰度視頻/音頻流、大容量圖像、音樂文檔等，這些數(shù)據(jù)根據(jù)各自所需的帶寬、時延要求被分別封裝到不同的GTS中。各GTS的分配以及CAP和GTS之間的邊界是動態(tài)可調(diào)的。

　　每個CFP周期分為管理時隙（STAS,即Management Time Slot）和確保服務(wù)的同步時隙（GTS,即Guaranteed Time Slot），GTS用于傳輸同步媒體業(yè)務(wù)流和異步數(shù)據(jù)，如圖6所示。在CFP周期內(nèi)所有的傳輸機會都開始于預(yù)先設(shè)定好的時隙，時隙的設(shè)定通過PNC與各DEV交互信標(biāo)幀中流量映射信息單元（Traffic Mapping Information Element）來完成。在DEV分配到的GTS時隙中，DEV可以在滿足傳輸時間不超過規(guī)定時長的條件下自行決定傳輸數(shù)據(jù)的長度。所有的GTS時隙的長度都是不固定的。有些GTS是動態(tài)改變的，即這些時隙在不同超幀中的位置是隨時改變的。有些GTS的位置在一段時間內(nèi)是基本固定的，即PNC雖然可以修正這些GTS時隙的位置，但是需要得到利用該時隙收發(fā)數(shù)據(jù)的DEV的同意方可,這樣的時隙可以用來支持CBR業(yè)務(wù)。對于MTS時隙，可以用來在CAP周期中傳輸認(rèn)證、關(guān)聯(lián)命令等。?

　　在802.15.3網(wǎng)絡(luò)中，QoS可以通過對每一個業(yè)務(wù)流的預(yù)約來簡單地實現(xiàn)。DEV先向PNC詢問自己的QoS請求能否被信道時間管理器（CT Manager）滿足，如果這些QoS請求得到PNC的許可，就會在鏈路層和IP層之間為此業(yè)務(wù)流建立專門的流標(biāo)識。這種PNC與DEV之間相對獨立的請求-應(yīng)答機制很有效地降低了協(xié)議的復(fù)雜度，即在低層（鏈路層）并不需要實現(xiàn)太多復(fù)雜的功能。同時，由于在網(wǎng)絡(luò)層的QoS研究已經(jīng)建立起一套關(guān)于資源預(yù)約、分配調(diào)度的機制，從而可以使鏈路層與當(dāng)前主流網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議密切配合。避免了網(wǎng)絡(luò)分層結(jié)構(gòu)帶來的層與層之間的獨立和冗余而導(dǎo)致的協(xié)議效率低下。資源預(yù)約的方式使得網(wǎng)絡(luò)資源的達到最佳的利用，從而可以更好、更高效地規(guī)劃網(wǎng)絡(luò)的使用，提供可靠的QoS保障。但是，這種方式有時候也會帶來過多的開銷，如網(wǎng)絡(luò)必須傳輸信令消息以提供資源預(yù)約，因此各種應(yīng)用在數(shù)據(jù)收發(fā)之前會有一段延時。

　　802.15.3 MAC協(xié)議另外一個優(yōu)點是其網(wǎng)絡(luò)和應(yīng)用的獨立性。目前很多鏈路層以上的協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)如IP、 USB、IEEE1394等正在制訂服務(wù)匯聚子層（ SSCS,即Service Specific Convergence Sub-layers）來支持與IEEE802.15.3鏈路層的平滑過渡和整合，圖7給出了IEEE802網(wǎng)絡(luò)、IEEE1394、USB2.0等上層應(yīng)用基于802.15.3 MAC層的實現(xiàn)示意圖。?

　　四、IEEE802.11e與IEEE802.15.3的對比分析

　　上文討論了IEEE802.11e與IEEE802.15.3兩種MAC協(xié)議在提供QoS方面各自的特點。由于面向的對象和應(yīng)用的不同，兩種協(xié)議有著本質(zhì)的區(qū)別。?

　　1.媒體訪問機制

　　媒體訪問機制是IEEE802.11e與IEEE802.15.3最大的差別。802.11e采用隨機爭用和輪詢相結(jié)合的訪問控制，而802.15.3采用基于中心式的調(diào)度機制。兩種方式都有各自的優(yōu)點和缺點。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)大部分帶寬用來進行對等進程的通信（pere-to-pere）時適合于采用調(diào)度機制，例如多媒體家庭網(wǎng)絡(luò)中常見的業(yè)務(wù)，各設(shè)備之間以對等進程的方式大量傳送多媒體數(shù)據(jù)流，相比于輪詢方式，調(diào)度機制可以有效地提高網(wǎng)絡(luò)的效率。同時，IEEE802.l5.3基于時隙的超幀結(jié)構(gòu)也降低了每個節(jié)點的實現(xiàn)復(fù)雜度，進而可以有效降低功耗，提高了電池壽命。進一步講，由于每個DEV可以在預(yù)定的時間內(nèi)完成數(shù)據(jù)的收發(fā)，DEV可以在不影響當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)連接的情況下利用超幀中沒有分配的時隙進行信道掃描，或者尋找信號強度更好、負(fù)載更小的其他微網(wǎng)。

　　IEEE802.11e HCF的輪詢方式在WLAN的骨干網(wǎng)的工作方式（Infrastructure Network）時可以提供很高的效率，此時大部分的網(wǎng)絡(luò)帶寬用于AP與STA之間的數(shù)據(jù)收發(fā)。由于CF-Poll信息已經(jīng)加載到數(shù)據(jù)幀中，TxOP的持續(xù)時間已經(jīng)寫入QoS控制域中，論詢方式對于AP與STA之間的數(shù)據(jù)收發(fā)不會引入額外的開銷。由于HC可以獲知網(wǎng)絡(luò)中所有的數(shù)據(jù)傳輸，并且HC可以根據(jù)QoS控制域中第8～15 bit的信息實時地了解每一個QSTA的業(yè)務(wù)隊列，從而可以跟有效地對網(wǎng)絡(luò)資源進行分配。通過調(diào)整TxOP，HC能夠?qū)τ趲掝A(yù)約、臨時性網(wǎng)絡(luò)擁塞作出迅速響應(yīng)。這種迅速響應(yīng)機制對于優(yōu)化VBR業(yè)務(wù)中無線帶寬的分配是非常有利的。?

　　2.Ad Hoc工作模式下的QoS性能

　　802.11e在無QAP的情況下，只支持EDCF操作和基于優(yōu)先級的QoS機制，不支持參數(shù)化的QoS，采用固定的信道訪問參數(shù)，容易發(fā)生網(wǎng)絡(luò)擁塞；有QAP時，可以支持基于優(yōu)先級的QoS機制和參數(shù)化的QoS，但是AP切換時原有的安全和QoS無法保持。802.15.3則支持基于優(yōu)先級的QoS機制和參數(shù)化的QoS，并且在PNC切換時原有的安全和QoS繼續(xù)保持。?

　　3.解決“隱藏節(jié)點”問題

　　802.11e采用NAV與CCA聯(lián)合的載波偵聽方式，通過RTS/CTS來設(shè)定各接收數(shù)據(jù)STA的NAV參數(shù)來避開數(shù)據(jù)沖突。802.15.3由于采用了中心控制的方式，每個DEV的收發(fā)時隙由PNC來分配，因此有效地解決了隱藏節(jié)點問題。?

　　4.VBR業(yè)務(wù)支持

　　802.11e HC根據(jù)不同業(yè)務(wù)流的業(yè)務(wù)隊列狀況來動態(tài)分配TxOP，如果沒有數(shù)據(jù)發(fā)送，QSTA會發(fā)送QoS-null幀來結(jié)束TxOP，對于VBR業(yè)務(wù)的響應(yīng)迅速而有效。802.15.3通過DEV與PNC之間帶寬請求-應(yīng)答來完成對VBR業(yè)務(wù)的支持，但是響應(yīng)時間相對802.11e較慢，但是802.15.3MAC協(xié)議對于低成本、低功耗的要求相比于響應(yīng)時間是更重要的。?

　　5.業(yè)務(wù)流優(yōu)先級的支持

　　802.11e根據(jù)TC來提供8種業(yè)務(wù)流的優(yōu)先級區(qū)分。802.15.3對于基于優(yōu)先級的異步業(yè)務(wù)流，PNC可以向高等級的業(yè)務(wù)分配更多的GTS時隙；在CAP周期中同樣可以實現(xiàn)類似EDCF方式的業(yè)務(wù)優(yōu)先級區(qū)分。

　　6.參數(shù)化業(yè)務(wù)流的支持

　　802.11e具有業(yè)務(wù)流參數(shù)標(biāo)識，HC通過調(diào)整TxOP來控制業(yè)務(wù)流參數(shù)。802.15.3也具有業(yè)務(wù)流參數(shù)標(biāo)識，PNC通過CT和CTR_request/modify來動態(tài)調(diào)整業(yè)務(wù)流參數(shù)。?

　　7.重負(fù)載下的穩(wěn)定性

　　802.11e在EDCF訪問機制下，HC無法控制QSTA的業(yè)務(wù)流發(fā)送，只能依靠調(diào)節(jié)CW和TxOP來限制業(yè)務(wù)流量；在輪詢訪問機制下屬于中心控制的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，HC完成接納控制和業(yè)務(wù)調(diào)。802.15.3網(wǎng)絡(luò)本質(zhì)上屬于中心控制的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，PNC完成接納控制和業(yè)務(wù)調(diào)度。?

　　8.最大有效吞吐量

　　802.11e由于受CSMA/CA方式、固定長度SIFS/DIFS的限制，DCF的理論吞吐量上限是75 Mbps，HCF/PCF則可以提高信道帶寬的利用率。802.15.3中心控制的調(diào)度方式可以提高吞吐量，對于802.15.3規(guī)定的2.4G物理層標(biāo)準(zhǔn)，其理論吞吐量上限可以達到325 Mbps，如果采用更高速的物理層技術(shù)如UWB等，吞吐量還可繼續(xù)提高［７］。

　　9.實現(xiàn)復(fù)雜度

　　802.11e如果將EDCF、HCF全部實現(xiàn)，則復(fù)雜度很高。從當(dāng)前的802.11a/b商用產(chǎn)品來看，802.11的實現(xiàn)都比較復(fù)雜，不適用于嵌入式應(yīng)用，而且一部分802.11的協(xié)議功能需要依靠插卡的主機系統(tǒng)來完成。802.15.3復(fù)雜度則低很多，適合于了低功耗、低成本的便攜設(shè)備。如果物理層結(jié)合新的UWB技術(shù)，則由于UWB基帶不需要復(fù)雜的調(diào)制解調(diào)技術(shù)以及簡單的射頻前端設(shè)計，功耗和復(fù)雜度還可以進一步降低。?

　　五、結(jié)論

　　IEEE802.11e和IEEE802.15.3兩種MAC協(xié)議對于如何在無線網(wǎng)絡(luò)MAC層提供QoS保障的問題做出了有益的嘗試并推動了標(biāo)準(zhǔn)化工作和相關(guān)產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展。由于面向的對象和應(yīng)用的差別，兩者在QoS性能上表現(xiàn)都還存在不足：802.11e如果能夠吸收802.15.3基于中心控制的方式所帶來的吞吐量、效率、實現(xiàn)復(fù)雜度等方面的優(yōu)點，必將進一步促進無線局域網(wǎng)的發(fā)展，并為用戶提供更好的服務(wù)質(zhì)量。同樣，802.15.3在處理VBR業(yè)務(wù)響應(yīng)時間上的不足也可以參考802.11e根據(jù)每個QSTA的業(yè)務(wù)隊列的信息來分配網(wǎng)絡(luò)資源的做法，從而能夠?qū)掝A(yù)約、臨時性網(wǎng)絡(luò)擁塞作出迅速響應(yīng)。另外，802.15.3 MAC協(xié)議如果能采用UWB技術(shù)作為物理層實現(xiàn)，性能將會得到進一步提高，具有廣闊的發(fā)展前景。