2024年5月7日发(作者：)
浅议IEEE802.11e中的TXOP
魏芳
【摘要】IEEE802.11工作组提出的IEEE802.11e标准，增强了
IEEE802.11协议对QoS的支持。其中HCF（Hybrid Coordination
Function，混合协调功能）机制是IEEE802.11e提出的一种关键
技术，可以有效的保证高优先级业务的QoS需求。在HCF机制
下，TXOP（Transmission Opportunity，发送机会）是无线信道接
入的基本单元
[1]
。获得TXOP的站点在TXOP Limit时间内可以
不再重新竞争信道、连续使用信道传输多个数据帧。TXOP可以
由竞争或者HC分配两种方式获得，分别称为EDCA TXOP和
HCCA TXOP。本文主要是简要介绍在EDCA和HCCA机制下如
何获得TXOP。
关键字：TXOP，EDCA，HCCA
【Abstract】EEE802.11e is the extension to enhance the wireless
MAC (Medium Access Control) Quality of Service (QoS) for
applications requiring real time services. A key technique introduced
in the standard is an efficient medium access control called Hybrid
Coordination Function (HCF), which can guarantee QoS for traffic
of high-priority. Under HCF, the basic unit of allocation of the right
to transmit onto the wireless medium is the TXOP. Multiple frames
may be transmitted in an acquired TXOP if there are more than one
frame pending in the AC for which the channel has been acquired.
TXOP can be allocated by the competition or both HC was called
EDCA TXOP and HCCA TXOP. This paper is a brief introduction
on how to obtain TXOP in the EDCA and HCCA mechanism.
Key Word: TXOP, EDCA, HCCA
1引言
IEEE802.11是当前应用最为广泛的局域网协议之一，但是随着无线局域网的
快速发展，用户对于QoS（Quality of Service，服务质量）的需求与日俱增。IEEE
工作组为了提高802.11标准中 MAC层对QoS的支持，提出了IEEE 802.11e标
准。在802.11标准中，所有的业务采用相同的优先级，而802.11e通过设置优先
级来增强802.11对QoS的支持，可以有效的保证高优先级业务的服务质量。
802.11e标准定义的HCF机制有效的保证MAC层的QoS。HCF中定义了两种信
道接入机制：EDCA（Enhanced Distributed Channel Access，增强分布式信道接入）
和HCCA（HCF Controlled Channel Access，HCF受控信道接入）。802.11e标准
中非访问接入点的站点称为QSTA（QoS Supporting Station），访问接入点称为
QAP（QoS Supporting AP）。
在HCF下，TXOP是无线信道接入的基本单元
[1]
。TXOP由初始时间和最大
持续时间TXOP Limit组成。获得TXOP的站点在TXOP Limit时间内可以不再
重新竞争信道、连续使用信道传输多个数据帧。TXOP可以由竞争或者分配两种
方式获得，分别称为EDCA TXOP和HCCA TXOP。现有的文章大部分是针对某
种单一的TXOP进行介绍，而没有对两者区别分析。本文简要介绍在EDCA和
HCCA机制下如何获得TXOP，并对两者的区别简单分析。
2 EDCA TXOP
EDCA中定义了4个AC（Access Category，访问类别），定义的8个TC（Traffic
Category，业务类别）表示用户优先级（UP）根据802.1D的规范映射到4个AC
中
[2]
。两者的映射关系如下表所示
[1]
：
表1 UP和AC的映射
用户优先级
优先级 （和802.11d的
802.11d的名称 AC
名称
用户优先级相
同）
低
1 BK AC_BK Background
2 AC_BK Background
0 BK AC_BE Best Effort
3 EE AC_BE Best Effort
4 CL AC_VI Video
高
5 VI AC_VI Video
6 VO AC_VO Voice
7 NC AC_VO Voice
EDCA为每个AC定义了一个EDCAF（Enhanced Distributed Channel Access
Function，增强分布式信道接入功能），它使用EDCA参数集来竞争TXOP。EDCA
机制脱胎于802.11中的DCF机制，但是不同于DCF机制中参数为固定或者由物
理层决定，EDCA机制通过管理实体或者QAP分配参数。这些基本的参数包括
退避过程计算时使用的AIFSN（Arbitration Inter Frame Space Number，仲裁帧间
间隔数），aCWmin，aCWmax及TXOP Limit。各种参数的参考值如下图所示：
表2 EDCA默认参数值
接入
类别 最小竞争窗口
类型
其
它
物
理
层
方
式
时
AC_BK aCWmin aCWmax 7 0 0 0
AC_BE aCWmin aCWmax 3 0 0 0
AC_VI (aCWmin+1)/2-1 aCWmin 2 6.016ms 3.008ms 0
AC_VO (aCWmin+1)/4-1 (aCWmin+1)/2-1 2 3.264ms 1.504ms 0
EDCA同802.11标准中的DCF一样采用CSMA/CA机制。与DCF所有业务
最大竞争窗口
TXOPLimit
物理层
AIFSN
为
物理层为
802.11a/g
802.11b
的
的DSSS
OFDM
及
和ERP
HR/DSSS
方式
方式
采用相同的帧间间隔DIFS不同，EDCA中不同的AC 使用不同的帧间间隔AIFS
（Arbitration InterFrame Space，仲裁帧间间隔）。AIFS的计算公式如下所示：
AIFS[i]=AIFSN×aSlotTime+SIFS （1）
其中AIFS[i]代表不同AC站点开始启动退避过程前需要等待的时隙数，优
先级越高的AC，AIFS[i]越小，即站点可以越早开始启动退避过程，增加了高优
先级的AC接入信道的机会。
AIFS[i]
信道空闲时间大于
DIFS/AIFS，立即访问
AIFS[i]
DIFS
争用窗口
PIFS
DIFS/AIFS
信道忙
SIFS
后退窗口
时隙
下一帧
推迟访问随机选择时隙，信道空闲时递减时隙后退
图1 EDCA下站点的退避过程
EDCA继续沿用DCF的争用窗口来减少信道冲突。为了保证较高优先级的
AC在具有较低优先级的AC之前发送消息，具有较高优先级的AC将被分配一
个较短的CW，通过对不同的AC设置不同的CWmin和CWmin来实现。如表2
所示，低优先级的AC，AC_BE和AC_BK使用和802.11DCF中的相同的CWmin，
而高优先级AC，AC_VI和AC_VO的CWmin为低优先级的四分之一或一半。
站点监听信道的空闲时间大于AIFS后，开始执行随机退避过程。执行随机
退避过程时，站点将产生一个均匀分布的随机整数放入站点的后退计数器。站点
在争用窗口[0，CW[AC]]内随机选用一个时隙进行后退等待。对于某个AC所对
应的争用窗口CW[AC]在[CWmin，CWmax]之间来选择。高优先级具有较小的
AIFS和CW[AC]，因而随机选择的时隙值也较小，所以获得TXOP的机会很大。
获得TXOP的站点可以拥有信道的使用权。站点获得的TXOP持续时间不会超
过该AC的TXOP Limit。TXOP持续时间是获得TXOP的站点可以连续接入无
线信道而不被打扰的时间。TXOP Limit由QAP在信标帧的EDCA参数集中广播
发布。默认的参数由表2所示。
EDCA允许获得TXOP的AC进行多帧连发，如果获得TXOP的站点的同一
AC中存在另外的帧需要发送，且该帧加上它确认帧及帧间间隔的时间不会超过
TXOP Limit剩余的时间，信道空闲SIFS时间后，站点可以直接开始发送剩余的
数据帧，而无需等待AIFS后重新进行信道竞争。不同的AC拥有不同的TXOP
Limit值，如果剩余帧的传输时间会超过TXOP Limit的时间，则TXOP结束，
站点进入退避过程重新进行信道的争用。TXOP Limit值为0表明站点每次获得
TXOP仅可以发送一个数据帧。背景数据和尽力而为数据的TXOP为0，而视频
和音频数据的TXOP Limit一般大于0。需要注意的是，连发机会是赋予AC而
非站点，站点在整个TXOP Limit时间内拥有信道的控制权，但站点其他的AC
即使有数据需要发送也不可以使用该AC获得的TXOP，需要重新进行信道接入
争用。若EDCA采用RTS/CTS方式，则数据帧连发时，只需在第一帧前发送一
次RTS和CTS帧，而无需每帧都发送
[4]
。TXOP Limit时间到期或者AC中没有
帧需要发送时，站点退出信道，其他站点重新开始信道的竞争。
[1]
SIFS
DATA
ACK
SIFS
DATA
SIFS
……
ACK
SIFS
TXOP Limit
DATA
SIFS
退避过程
ACK
AIFS
图2 TXOP Limit多帧连发示意图
[3]
EDCA的TXOP机制和优先级机制可以有效的保证高优先级业务的QoS，使高
优先级业务的性能得到提高。但对所有的站点包括AP采用相同的TXOP Limit固
定值是不公平的
[5]
。因为TXOP Limit都是固定值，容易造成低优先级业务性能下
降，甚至于“饿死”的情况出现。EDCA接入机制的实质是通过设置信道接入参数，
使需要得到QoS的数据在竞争接入信道的时候处于一定的优势。这个优势的取得
是以“损害”一些低优先级数据业务的“利益”为代价获得的。因为带宽是一定的，
要保证高优先级数据的吞吐量与延迟，就必然会分别减小和增加低优先级数据的
吞吐量和延迟。
3 HCCA TXOP
HCCA方式中，利用HC来管理无线信道的接入。HC是一个集中式的混合
协调器，配置在QAP中，利用比QSTA更高的优先级启动CAP，分配HCCA TXOP
给HC自身和其他的QSTA以支持无竞争的QoS数据传输。HC获得接入无线信
道的等待时间PIFS小于EDCA中使用的等待时间AIFS，所以若HCCA与EDCA
竞争，HCCA优先获得信道的接入权。HC可以在CP和CFP期间实现对信道的
集中式控制，可以在任何时期对QSTA进行轮询，被轮询的QSTA获得TXOP。
站点在HC进行轮询或者EDCA方式下向HC发送TXOP请求，将所需的TXOP
持续时间，队列子域值等发送给HC。HC根据简单的调度机制判定是否给与站
点信道的使用权，并向站点发送应答帧表明是否接受该请求。
HCCA模式下，TXOP的持续时间不是简单的固定值，而是由一个简单的调
度机制来判定的。HC接收到站点传来的发送请求后，HC根据请求帧中的各项
参数来计算出每个TS是否可以传送。在802.11e标准中给出的参考算法如下
[1]
：
（１） 计算站点所需的SI（Service Interval，服务间隔）即两次成功服务期之间
的时间间隔。HC找出每个TS中SI的最大值，然后选取其中最小的SI称为m。
选择比m小且为beacon间隔约数的值作为scheduled SI。
（２） 计算TXOP持续时间
计算SI期间以平均速率到达的MSDU数量
SI
i
N
i
L
i
（2）
i
为平均速率，
L
i
为平均分组大小；
TXOP
I
max(
N
i
L
i
M
O,
O)
R
i
R
I
（3）
R
i
：信道发送速率，M：最大MSDU大小，O：包含SIFS、ACK等时间；
（３） 最后通过接入控制算法判定新进的TS是否可以传输
TXOP
k
1
k
TXOP
i
T
T
CP
SISIT
i
1
（4）
k：现存TS的数量，k+1：新到的TS，T：表示beacon间隔，
T
CP
：EDCA业务
的传输时间
HCCA TXOP基于轮询的机制的算法，给HC带来的负担较重，使得HCCA
的实现机制复杂。且由于SI是根据所有的数据流来判断，若SI太小，则使得
HC频繁的分配没有必要的TXOP，加重了HC的轮询负担
[6]
。
4结论
EDCA将8个用户优先级的业务对应4个AC，不同AC使用不同的AC参
数来达到区分优先级的服务。对不同优先级业务设置不同的固定TXOP Limit，
高优先级的AC获得较长时间的TXOP，且接入信道等待时间比低优先级短，
EDCA的相关参数通过QAP发出的信标帧中的相关信息决定，并且EDCA为
802.11e的必选模式。但是固定的TXOP Limit不能完全满足实时性较强的语音、
视频等业务的需求。
HCCA通过TSPEC来描述TS的QoS需求，HC根据TSPEC来估算分配给
和站点的TXOP的开始时间及持续时间。但由于HCCA采用集中式协调功能，
牺牲了无线网络分布式控制的优点，在实际应用中比较困难，所以作为
IEEE802.11e的可选机制。
参 考 文 献
[1] IEEE Std 802.11-2007, Part11: Wireless LAN Medium Access Control (MAC)
and Physical Layer (PHY) Specification.
[2] 王澄,龚玲,杨宇航.IEEE 802.11e基于竞争的信道访问机制性能分析.计算机工
程.2006年3月第32卷第6期：124-126
[3] Geyong Min, Jia Hu, Woodward, M.E. A Dynamic IEEE 802.11e TXOP Scheme
in WLANs under Self-Similar Traffic: Performance Enhancement and Analysis.
Communications, 2008. ICC '08. IEEE International Conference on 19-23 May
2008 Page(s): 2632-2636.
[4] Janhanzeb Farooq, Bilal Rauf. An Overiew of Wireless LAN Stardards
IEEE802.11 and IEEE 802.11e. 2006
[5] Alessandro Andreadis , Riccardo Enhancement With Dynamic
TXOP Allocation in IEEE ’07 The 18th Annual IEEE
International Symposium on Personal, Indoor and Mobile Radio Communications
[6] Yamane, Tagashira, Fujita. An Efficient Assignment of Transmission Opportunity
in QoS Guaranteed Wireless LAN. Parallel and Distributed Computing,
Applications and Technologies, 2006. PDCAT '06. Seventh International
Conference on Dec. 2006 Page(s): 105-108.
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