DCF / EDCA 完整流程、参数与时延换算
 
下面全部基于工业场景主流：5 GHz OFDM（Wi‑Fi 5 / Wi‑Fi 6）
基础物理层常量

\begin{align}
SIFS &= 16\ \mu s \\
SlotTime &= 9\ \mu s
\end{align}

 
SIFS：短帧间隔，专门用于应答帧（ACK、CTS、BlockAck），收到帧之后等 SIFS 立刻回复，不走竞争、没有退避。
 
一、DCF（Distributed Coordination Function）
 
DCF 是 802.11 原始分布式接入，没有业务优先级，单队列。
 
公式：DIFS
 

DIFS = SIFS + 2 \times SlotTime

代入数值：

DIFS = 16 + 2\times 9 = \boldsymbol{34\ \mu s}

 
DCF 参数
 
竞争窗口

CW_{min}=15,\quad CW_{max}=1023

 
碰撞之后窗口更新

CW = \min(2\times CW + 1,\ CW_{max})

 
发送成功：CW 重置回 CW_{min}=15
 
平均退避（均匀随机，取值区间 [0,CW]）：

\overline{Backoff} = \frac{CW}{2} \times SlotTime

 
初始窗口平均退避：

\frac{15}{2} \times 9 = 67.5\ \mu s

 
最坏（窗口拉满）平均退避：

\frac{1023}{2} \times 9 \approx 4603.5\ \mu s

 
DCF 完整发送流程
 
1. 队列有待发报文，网卡持续做 CCA（载波侦听）检测信道忙闲
2. 信道忙：持续等待，不启动任何计时器
3. 信道从忙转为空闲，开始计时，必须连续空闲满 DIFS（34 μs）；中间一旦信道变忙，计时器清零，重新等待
4. DIFS 条件满足，进入随机退避阶段
如果是本次第一次进入退避，随机选出退避计数器：[0,CW]
5. 逐 Slot 判断
当前 Slot 信道空闲：计数器减一；信道被占用，计数器冻结（数值保留不清零），信道再次空闲后，重新凑齐完整 DIFS，继续用剩余计数器递减
6. 计数器归零，抢占信道，发送数据帧
7. 等待 ACK
- 发送成功：收到 ACK：发送方重置 CW；接收方收到数据之后，等待 SIFS（16 μs）回复 ACK
- 发送失败（碰撞 / ACK 丢失）：超时判定失败，CW 指数放大，后续重传
 
DCF（RTS/CTS 握手版本）
 
开启 RTS/CTS：发包前握手
时序：

RTS \xrightarrow{SIFS} CTS \xrightarrow{SIFS} Data \xrightarrow{SIFS} ACK

规则：RTS 的发送方，仍然要先走 DCF（DIFS + 退避）抢到信道；CTS / ACK 属于应答帧，仅等待 SIFS，不走竞争。
 
 
 
二、EDCA（Enhanced Distributed Channel Access，WMM）
 
EDCA 是 802.11e 对 DCF 的 QoS 增强。STA 内部拆成 4 个独立访问类别（AC），每个 AC 拥有独立队列、独立退避计数器、独立参数。
 
四个访问类别
 
AC 业务 
AC_VO Voice，语音 / 最高优先级（AGV 急停、运动控制） 
AC_VI Video，视频 
AC_BE Best Effort，默认尽力（心跳、普通业务） 
AC_BK Background，后台（日志、批量上传） 
 
公式：AIFS
 
EDCA 使用 AIFS 替代 DCF 的 DIFS

AIFS = SIFS + AIFSN \times SlotTime

 
WMM 默认参数与时间换算
 
标准 WMM 默认值（5G OFDM）
 
AC AIFSN AIFS（μs） CWmin CWmax 初始平均退避（μs） 
AC_VO 2   3 7   
AC_VI 2   7 15   
AC_BE 3   15 1023   
AC_BK 7   15 1023   
 
窗口更新公式和 DCF 完全一致：

CW = \min(2\times CW + 1,\ CW_{max})

 
EDCA 完整流程
 
单条 AC 的逻辑和 DCF 很像，只是每个 AC 使用自己一套 AIFS / CW
 
1. 报文入队：报文根据 UP（User Priority）映射进入对应 AC 的发送队列，每个 AC 独立维护退避计数器
2. CCA 侦听信道：信道忙就等待
3. 信道释放，开始计时，必须连续空闲满本 AC 的 AIFS；信道中途变忙，计时清零
4. AIFS 满足，进入退避，随机选取退避值；退避过程信道被抢占，计数器冻结
5. 计数器归零，尝试发送
 
EDCA 独有的：虚拟碰撞
 
同一个 STA 内部，多个 AC 的退避计数器同时减到零，发生虚拟碰撞。内部直接放行优先级更高 AC；低优先级 AC 视为碰撞，执行窗口回退，空中不会真正产生帧碰撞（DCF 没有这个机制）。
 
EDCA 与 DCF 的关键差异
 
 DCF EDCA 
队列 单队列 四路独立 AC 队列 
前置间隔 DIFS（固定 34 μs） AIFS，每个 AC 独立 
参数 全局一套 CWmin / CWmax 每个 AC 独立 CW 
内部抢占 无 虚拟碰撞，高优先级优先 
优先级 无区分 VO > VI > BE > BK 
 
 
 
三、报文优先级标记链路（补充）
 
UP（User Priority）
 
空口真正决定进入哪个 AC 的标记，取值 0～7
 
UP AC 
6、7 AC_VO 
4、5 AC_VI 
0、3 AC_BE 
1、2 AC_BK 
 
DSCP（三层 IP）
 
IP 头标记，端到端。AGV（Linux）发包一般是应用 / iptables / tc 设置 DSCP，内核再映射为 UP。
 
802.1P（PCP）
 
VLAN tag 里面的二层优先级；有线交换机识别；Wi‑Fi 空口本身不带 VLAN tag，无线 MAC 不会直接读取 802.1P。
 
 
 
四、上行 / 下行优先级位置
 
上行（AGV → AP）
 
发送主体：AGV（无线 STA）网卡。网卡硬件内部四个 EDCA 队列竞争信道。
 
两种方式：
 
1. AGV 本机打 DSCP（精细）：机器人侧标记，驱动映射 UP，报文直接进入本机硬件 VO / VI，发包时直接使用高优先级 EDCA 参数
2. AP 侧流映射（业务不动）：AGV 报文无标记，AP 根据源 IP / 端口重新映射；但是上行报文在 AGV 发送时仍然走 BE，优先级处理发生在 AP
 
下行（服务器 → AP → AGV）
 
无线发送主体是 AP，下行报文空口竞争是 AP 的 EDCA 队列。
 
两种方式：
 
1. 服务器标记 DSCP：服务器发包打上 DSCP，报文经过有线网络送到 AP；AP 读取 DSCP，映射 UP，放入 AP 的高优先级发送队列（端到端标记）
2. AP 流识别（推荐）：服务器不用修改；AP 根据目的 IP / 端口识别发给 AGV 的控制报文，在 AP 内部直接映射到目标 AC，服务器侧零改动
 
一句话总结下行：无线空口最终调度由 AP 的发送队列决定；服务器只是可选标记点，不是必须配置。
 
 
 
五、针对你的仓储 AGV 的重点调参回顾
 
你的现状：小包、心跳为主，整体流量小于 1 Mbps；担心 AC_BE 默认 AIFS = 43 μs，比 DCF 多等 9 μs。
 
工业 AP 支持自定义每个 AC 的 AIFSN：可以把 AC_BE 的 AIFSN 从默认 3 修改为 2，此时：

AIFS = 16 + 2\times 9 = 34\ \mu s

 
调参之后：BE 的前置等待对齐 DCF，但仍然保留 BE 的大窗口（CWmin=15），兼顾两点：
 
1. 消除多余的 9 μs 空闲等待
2. 大窗口保证多台 AGV 同时发包时，随机退避散开，降低碰撞概率（对比 VO 的小窗口）
 
可选方案对比
 
1. 全部报文切 VO：时延最低，但大量心跳小包并发容易碰撞，重传率抬升
2. 原厂默认 BE：简单，但前置多等待 9 μs
3. 调参 BE（AIFSN=2）：推荐方案，时延改善，抗碰撞能力强
 
 
 
六、容易踩坑点
 
1. 冻结机制：不管 DCF / EDCA，退避阶段信道被占用，计数器冻结而不是清零；信道恢复后，需要重新补齐完整 DIFS / AIFS，再继续递减剩余退避
2. Beacon 下发参数：EDCA 参数（AIFSN / ECW）是 AP 通过 Beacon 广播，终端跟随；调参主体是 AP
3. WMM 开关：网卡 WMM 关闭，直接回退 DCF，四路 AC 失效