IEEE802.11 MAC层协议栈的均衡多线程实现方法
摘要:IEEE802.11标准中的媒体接入控制层(MAC)协议栈由包含22个子模块的有限状态机组成。在嵌入式系统的基础上实现802.11MAC层协议栈时,可以有多线程和单线程的设计方法,但它们都难以达到效率均衡的效果。这里提出的均衡多线程的设计方法,兼顾了系统效率和可实现性的要求,获得了良好的效果。仿真实验结果验证了此方法的高效性。
关键词:无线局域网;MAC协议栈;均衡多线程;嵌入式Linux
在无线局域网(WLAN)系统中,IEEE802.11标准仍然有许多需要改进的方面,如增强安全保障、QoS支持、漫游管理以及频谱功率合理分配等问题。IEEE组织仍在推出相应的修补标准来对WLAN技术进行更细致和优化的规定。如802.11e标准的制定是为在WLAN中提供QoS支持;802.11g标准的制定是为在2.4GHz频段上提高WLAN传输速率使之能支持高达54Mbps的速率。IEEE802.11是一个可扩展升级的标准集。顺应上述技术发展的要求,需要我们能提供一个可升级扩展的无线局域网设备实现系统。
在无线局域网设备实现系统中,硬件和软件结合以完成无线数据的物理获取和协议控制传输过程。IEEE802.11媒体接入控制层(MAC)协议栈由包括了22个子模块的有限状态机组成,在实现时可以有单线程和多线程的实现方式。在无线局域网标准中,随着支持的接入速度不断提高,要求实现的无线局域网设备的系统提高效率。在嵌入式系统中,由于单线程存在效率上的问题,原则上应该使用多线程来实现系统的各个模块。但在嵌入式系统的有限资源中完全采用多线程完成802.11MAC层的22个模块,则在线程调度方面又会浪费许多系统资源。单线程和多线程的实现过程中存在着一个效率均衡的过程。因此,我们提出了均衡多线程的802.11MAC层协议栈的设计方法,统筹考虑系统效率均衡和可实现性问题。一方面考虑使用多线程的技术来提高系统的效率,另一方面考虑到不能同时建立太多的线程,因为太多线程同样也会影响到系统在线程之间切换的时间和空间的花费,从而同样影响到系统的效率。
在综合考虑IEEE802.11MAC协议有限状态机中各模块的重要性和复杂度,与模块通信的消息权重以及与该模块关联的消息数量的情况下,同时考虑在嵌入式Linux的环境下线程数应保持在合理的线程范围,本文在实现整个MAC协议栈程序时建立了11个线程。每个线程的内部包含着多个不同的处理模块。在MAC层的各线程之间是通过消息队列的交互来进行通信。本文实现平台选用了Motorola的MPC860处理器平台和嵌入式Linux操作系统来组成WLAN接入点AP的实现框架。
IEEE802.11MAC协议功能与构成
MAC协议的功能
IEEE802.11MAC层主要提供了两种不同功能的接入方法:分散协调功能(DCF)和集中协调功能(PCF)。所谓的协调功能是指一个用来决定什么时候哪个工作站能发送数据的机制.DCF是IEEE802.11MAC的基本接入方法,它主要利用载波监听多路接入和冲突避免(CSMA/CA)的技术来收发异步数据。PCF收发具有实时性的数据,在使用上属于无竞争方法,只能应用在基础架构模式的无线局域网中。CSMA/CA机制首先判定信道是否处于空闲状态。如果信道是忙碌的,工作站必需延迟一个随机的时间直到发现传输媒介是空闲的,才能进行传送帧操作。
MAC协议栈的构成
