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WLAN QoS技术介绍


WLAN QoS

WLAN QoS简介

802.11网络提供了基于竞争的无线接入服务,但是不同的应用需求对于网络的要求是不同的,而原始的网络不能为不同的应用提供不同质量的接入服务,所以已经不能满足实际应用的需要。

IEEE 802.11e为基于802.11协议的WLAN体系添加了QoS特性,这个协议的标准化时间很长,在这个过程中,Wi-Fi组织为了保证不同WLAN厂商提供QoS的设备之间可以互通,定义了WMMWi-Fi MultimediaWi-Fi多媒体)标准。WMM标准使WLAN网络具备了提供QoS服务的能力。

WMM协议

802.11协议中DCFDistributed Coordination Function,分布式协调功能)规定了AP和客户端使用CSMA/CACarrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance,载波监听/冲突避免)的接入方式。在占用信道发送数据前,AP或客户端会监听信道。当信道空闲时间大于或等于规定的空闲等待时间,AP或客户端在竞争窗口范围内随机选择退避时间进行退避。最先结束退避的设备竞争到信道。在802.11协议中,由于所有设备的空闲等待时间、竞争窗口都相同,所以整个网络设备的信道竞争机会相同。

1. EDCA参数

WMM协议通过对802.11协议的增强,改变了整个网络完全公平的竞争方式,将BSSBasic Service Set,基本服务集)内的数据报文分为4AC,高优先级的AC占用信道的机会大于低优先级的AC,从而使不同的AC能获得不同级别的服务。

WMM协议对每个AC定义了一套信道竞争EDCA参数,EDCA参数的含义如下所示。

l              AIFSNArbitration Inter Frame Spacing Number,仲裁帧间隙数),在802.11协议中,空闲等待时长(DIFS)为固定值,而WMM针对不同AC可以配置不同的空闲等待时长,AIFSN数值越大,用户的空闲等待时间越长,为1AIFS时间段;

l              ECWminExponent form of CWmin,最小竞争窗口指数形式)和ECWmaxExponent form of CWmax,最大竞争窗口指数形式)决定了平均退避时间值,这两个数值越大,用户的平均退避时间越长,为1Backoff slots时间段;

l              TXOPLimitTransmission Opportunity Limit,传输机会限制),用户一次竞争成功后,可占用信道的最大时长。这个数值越大,用户一次能占用信道的时长越大,如果是0,则每次占用信道后只能发送一个报文。

图1 WMM对每个AC赋予不同的信道竞争参数

2. CAC准入策略

CAC的基本原理是客户端只有获得AP的批准,才能以高优先级的AC发送数据,否则只能使用低优先级的AC,保证了已经获得批准的客户端能够获得需要的带宽。这里将各种传输报文分为两类:实时业务流(需要CAC控制的流,包括AC-VOAC-VI)和普通数据流(不需要CAC控制的流,包括AC-BEAC-BK)。

如果客户端需要使用高优先级的AC,则需要进行请求,AP按照如下介绍的算法,计算是否允许客户端使用,并将结果回应给客户端。

l              基于信道利用率的准入策略:计算1秒内所有已接入的高优先级AC占用信道的时间,以及请求以高优先级接入的AC占用信道的时间,二者相加,如果小于或等于用户配置的最大信道占用时间,则允许该流以请求的优先级接入。否则,拒绝请求。

l              基于用户数量的准入策略:如果高优先级AC中客户端数量加上请求接入的客户端,小于或等于用户配置的该高优先级AC的最大用户数,则允许该流的请求。否则,拒绝请求。如果一个客户端同时接入AC-VOAC-VI优先级业务流,接入客户端的个数按1计算。

3. U-APSD节能模式

U-APSD是对原有节能模式的改进。客户端在关联时可以指定某些AC具有触发属性,某些AC具有发送属性,以及触发后最多允许发送的数据报文数量。触发和发送属性还可以在通过连接准入控制创建流的时候进行更改。客户端休眠后,发往客户端的属于具有发送属性AC的数据报文将被缓存在发送缓存队列中,客户端需要发送属于具有触发属性AC的报文以获取发送缓存队列中的报文。AP收到触发报文后,按照接入时确定的发送报文数量,发送属于发送队列的报文。没有发送属性的AC仍然使用802.11定义的传统方式存储和传送。

4. SVP服务

SVP服务是实现对IP头中Protocol ID119SVP报文的处理功能,将其放入指定的AC队列中。由于SVP规定SVP报文不需要进行随机退避,所以当对应AC队列中只有SVP报文时,可以将ECWminECWmax均设置为0

5. ACK策略

协议规定ACK策略有两种:Normal ACKNo ACK

l              No ACKNo Acknowledgment)策略,是针对通信质量较好,干扰较小的情况下,在无线报文交互过程中,不使用ACK报文进行接收确认的一种策略。No ACK策略能有效提高传输效率,但在不使用ACK确认的情况下,如果通信质量较差,即使接收端没有收到发送包,发送端也不会重发,所以会造成丢包率增大的问题。

l              Normal ACK策略是指对于每个发送的单播报文,接收者在成功接收到发送报文后,都要发送ACK进行确认。

 

 

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