IEEE 802.11e-2005 - IEEE 802.11e-2005
 | Эта статья может быть слишком техническим для большинства читателей, чтобы понять. Пожалуйста помогите улучшить это к сделать понятным для неспециалистов, не снимая технических деталей. (Сентябрь 2010 г.) (Узнайте, как и когда удалить этот шаблон сообщения) |
IEEE 802.11e-2005 или же 802.11e одобренная поправка к IEEE 802.11 стандарт, определяющий набор качество обслуживания (QoS) для беспроводной LAN приложений путем внесения изменений в контроль доступа к медиа (MAC) уровень.[1] Стандарт считается критически важным для приложений, чувствительных к задержке, таких как Голос по беспроводной сети и потоковое мультимедиа. Поправка внесена в опубликованный IEEE 802.11-2007 стандарт.
Исходный 802.11 MAC
Распределенная функция координации (DCF)
Базовый уровень MAC 802.11 использует функцию распределенной координации (DCF) для совместного использования носителя между несколькими станциями. (DCF) полагается на CSMA / CA и необязательно 802.11 RTS / CTS разделить среду между станциями. Это имеет несколько ограничений:
- если несколько станций попытаются установить связь одновременно, произойдет множество коллизий, которые уменьшат доступную полосу пропускания и, возможно, приведут к застойный коллапс.
- нет никаких гарантий качества обслуживания (QoS). В частности, отсутствует понятие трафика с высоким или низким приоритетом.
Функция координации точек (PCF)
Исходный MAC 802.11 определяет другую функцию координации, называемую функцией координации точки (PCF). Это доступно только в режиме «инфраструктуры», когда станции подключаются к сети через Точка доступа (AP). Этот режим не является обязательным, и только очень немногие точки доступа или адаптеры Wi-Fi действительно его реализуют.[нужна цитата ] Точки доступа отправляют маяк кадров через равные промежутки времени (обычно каждые 0,1024 секунды). Между этими маяк кадров, PCF определяет два периода: период отсутствия конкуренции (CFP) и период конкуренции (CP). В CP используется DCF. В CFP точка доступа отправляет пакеты с опросом без конкуренции (CF-Poll) на каждую станцию по одному, чтобы дать им право на отправку пакета. AP является координатором. Хотя это позволяет лучше управлять QoS, PCF не определяет классы трафика, как это обычно бывает с другими системами QoS (например, 802.1p и DiffServ ).
Работа протокола 802.11e MAC
802.11e расширяет DCF и PCF за счет новой функции координации: гибридной функции координации (HCF). В рамках HCF существует два метода доступа к каналу, аналогичные тем, которые определены в устаревшем MAC 802.11: доступ к управляемому каналу HCF (HCCA) и расширенный распределенный доступ к каналу (EDCA). И EDCA, и HCCA определяют категории трафика (TC). Например, электронные письма может быть назначен классу с низким приоритетом, а передача голоса по беспроводной локальной сети (VoWLAN) может быть назначена классу с высоким приоритетом.
Расширенный доступ к распределенному каналу (EDCA)
 | В этом разделе фактическая точность оспаривается. (Март 2014 г.) (Узнайте, как и когда удалить этот шаблон сообщения) |
С EDCA высокоприоритетный трафик имеет более высокую вероятность отправки, чем низкоприоритетный трафик: станция с высокоприоритетным трафиком в среднем ждет немного меньше, прежде чем отправит свой пакет, чем станция с низкоприоритетным трафиком. Это достигается с помощью протокола TCMA, который является разновидностью CSMA / CA с использованием более короткого арбитражное межкадровое пространство (AIFS) для пакетов с более высоким приоритетом.[3] Точные значения зависят от физического уровня, который используется для передачи данных. Кроме того, EDCA обеспечивает бесконфликтный доступ к каналу на период, называемый возможностью передачи (TXOP). TXOP - это ограниченный временной интервал, в течение которого станция может отправить как можно больше кадров (при условии, что продолжительность передачи не превышает максимальную продолжительность TXOP). Если кадр слишком велик для передачи в одном TXOP, он должен быть фрагментирован на более мелкие кадры. Использование TXOP снижает проблему того, что низкоскоростные станции получают чрезмерное количество канального времени в прежних версиях. 802.11 DCF MAC. Временной интервал TXOP, равный 0, означает, что он ограничен одним Блок служебных данных MAC (MSDU) или блок данных протокола управления MAC (MMPDU).
Уровни приоритета в EDCA называются категориями доступа (AC). Окно конкуренции (CW) может быть установлено в соответствии с трафиком, ожидаемым в каждой категории доступа, с более широким окном, необходимым для категорий с более интенсивным трафиком. Значения CWmin и CWmax вычисляются из значений aCWmin и aCWmax, соответственно, которые определены для каждого физического уровня, поддерживаемого 802.11e.
| AC | CWmin | CWmax |
|---|---|---|
| Фон (AC_BK) | aCWmin | aCWmax |
| Лучшее усилие (AC_BE) | aCWmin | aCWmax |
| Видео (AC_VI) | (aCWmin + 1) / 2-1 | aCWmin |
| Голос (AC_VO) | (aCWmin + 1) / 4-1 | (aCWmin + 1) / 2-1 |
Для типичных значений aCWmin = 15 и aCWmax = 1023, используемых, например, OFDM (802.11a) и MIMO (802.11n), результирующие значения будут следующими:
| AC | CWmin | CWmax | AIFSN | Макс TXOP |
|---|---|---|---|---|
| Фон (AC_BK) | 15 | 1023 | 7 | 0 |
| Лучшее усилие (AC_BE) | 15 | 1023 | 3 | 0 |
| Видео (AC_VI) | 7 | 15 | 2 | 3,008 мс |
| Голос (AC_VO) | 3 | 7 | 2 | 1,504 мс |
| Устаревший DCF | 15 | 1023 | 2 | 0 |
Карты AC напрямую с уровня Ethernet класс обслуживания (CoS) уровни приоритета:
| – | 802.1p | 802.11e | |||
|---|---|---|---|---|---|
| Приоритет | Код приоритета (PCP) | Акроним | Тип трафика | Категория доступа (AC) | Обозначение |
| Самый низкий | 1 | BK | Фон | AC_BK | Фон |
| 2 | – | Запасной | AC_BK | Фон | |
| 0 | БЫТЬ | Лучшее усилие | AC_BE | Лучшее усилие | |
| 3 | EE | Отличное усилие | AC_BE | Лучшее усилие | |
| 4 | CL | Контролируемая нагрузка | AC_VI | видео | |
| 5 | VI | видео | AC_VI | видео | |
| 6 | VO | Голос | AC_VO | Голос | |
| Наибольший | 7 | NC | Сетевое управление | AC_VO | Голос |
Основная цель QoS - защитить данные с высоким приоритетом от данных с низким приоритетом. Также существуют сценарии, в которых данные необходимо защитить от других данных того же класса. Управление допуском в EDCA решает эти проблемы. AP публикует доступную полосу пропускания в маяках. Клиенты могут проверить доступную пропускную способность перед добавлением дополнительного трафика.
Wi-Fi Мультимедиа (WMM) - это спецификация Wi-Fi Alliance, которая является подмножеством IEEE 802.11e. Сертифицированные точки доступа должны быть включены для EDCA и TXOP. Все другие усовершенствования 802.11e не являются обязательными.
Доступ к контролируемому каналу HCF (HCCA)
Управляемый доступ к каналу (HCCA) HCF (гибридная функция координации) во многом похож на PCF. Однако, в отличие от PCF, в котором интервал между двумя кадрами маяка делится на два периода CFP и CP, HCCA позволяет запускать CFP практически в любое время во время CP. Этот вид CFP называется фазой контролируемого доступа (CAP) в 802.11e. CAP инициируется AP всякий раз, когда она хочет отправить кадр на станцию или получить кадр от станции без конкуренции. Фактически, CFP тоже является CAP. Во время CAP гибридный координатор (HC), который также является AP, контролирует доступ к среде. Во время КП все станции работают в EDCA. Другое отличие от PCF состоит в том, что определены класс трафика (TC) и потоки трафика (TS). Это означает, что HC не ограничивается постановкой в очередь для каждой станции и может предоставлять своего рода услугу для каждого сеанса. Кроме того, HC может координировать эти потоки или сеансы любым способом (не только циклическим). Кроме того, станции предоставляют информацию о длине своих очередей для каждого класса трафика (TC). HC может использовать эту информацию, чтобы отдать приоритет одной станции над другой или лучше настроить свой механизм планирования. Еще одно отличие состоит в том, что станциям предоставляется TXOP: они могут отправлять несколько пакетов подряд в течение заданного периода времени, выбранного HC. Во время CFP HC позволяет станциям отправлять данные путем отправки кадров CF-Poll.
HCCA обычно считается наиболее продвинутой (и сложной) функцией координации. С помощью HCCA QoS можно настроить с большой точностью. Станции с поддержкой QoS имеют возможность запрашивать определенные параметры передачи (скорость передачи данных, джиттер и т. Д.), Что должно позволить продвинутым приложениям, таким как VoIP и потоковое видео, работать более эффективно в сети Wi-Fi.
Поддержка HCCA не является обязательной для точек доступа 802.11e. Фактически, несколько (если таковые имеются) доступные в настоящее время точки доступа поддерживают HCCA.[нужна цитата ] При реализации HCCA на конечных станциях используется существующий механизм DCF для доступа к каналу (никаких изменений в работе DCF или EDCA не требуется). Станциям нужно только иметь возможность отвечать на сообщения опроса. На стороне точки доступа необходим планировщик и механизм очередей.
Другие спецификации 802.11e
В дополнение к HCCA, EDCA и TXOP, 802.11e определяет дополнительные необязательные протоколы для улучшенного QoS уровня MAC 802.11:
Автоматическое энергосбережение
В дополнение к механизму опроса энергосбережения, который был доступен до 802.11e, в 802.11e были введены новые механизмы энергосбережения и уведомления. APSD (автоматическое энергосбережение) предоставляет два способа запуска доставки: «запланированный APSD» (S-APSD) и «незапланированный APSD» (U-APSD). С APSD несколько кадров могут передаваться вместе точка доступа к энергосберегающему устройству в период обслуживания. После окончания периода обслуживания устройство переходит в состояние ожидания до следующего периода обслуживания. С S-APSD периоды обслуживания начинаются в соответствии с заранее определенным расписанием, известным энергосберегающему устройству, что позволяет точке доступа передавать свой буферизованный трафик без необходимости какой-либо сигнализации. При использовании U-APSD всякий раз, когда кадр отправляется в точку доступа, запускается период обслуживания, который позволяет точке доступа отправлять буферизованные кадры в другом направлении. U-APSD может принимать «полную» U-APSD или «гибридную» форму U-APSD. С Full U-APSD все типы кадров используют U-APSD независимо от их приоритета. В гибридном U-APSD в зависимости от категории доступа используется либо U-APSD, либо устаревший механизм опроса энергосбережения. S-APSD доступен для обоих механизмов доступа к каналу, EDCA и HCCA, тогда как U-APSD доступен только для EDCA.[1][4]
APSD - более эффективный метод управления питанием, чем устаревший опрос энергосбережения 802.11, приводящий к более низкому энергопотреблению, поскольку он снижает как сигнальный трафик, который в противном случае потребовался бы для доставки буферизованных кадров на энергосберегающие устройства точкой доступа, так и частоту конфликтов среди опросов энергосбережения, обычно передаваемых сразу после TIM маяка. S-APSD более эффективен, чем U-APSD, потому что запланированные периоды обслуживания уменьшают конкуренцию и потому, что передача между точкой доступа и энергосберегающим устройством начинается без необходимости какой-либо сигнализации. Энергосберегающее устройство, использующее U-APSD, должно генерировать сигнальные кадры для извлечения буферизованного трафика в отсутствие трафика восходящей линии связи, как, например, в случае аудио-, видео-приложений или приложений для работы с трафиком, которые используются в современных смартфонах. U-APSD привлекателен для VoIP телефоны, поскольку скорости передачи данных примерно одинаковы в обоих направлениях, что не требует дополнительной сигнализации - голосовой кадр восходящей линии связи может запускать период обслуживания для передачи голосового кадра нисходящей линии связи.[5] Гибридный U-APSD менее эффективен, чем полный U-APSD, поскольку механизм опроса энергосбережения, который он использует для некоторых категорий доступа, менее эффективен, чем APSD, как объяснено выше. Относительные преимущества различных механизмов энергосбережения были подтверждены независимо с помощью моделирования.[6][7]
Большинство новых станций 802.11 уже поддерживают механизм управления питанием, аналогичный APSD.[нужна цитата ]
Блокировать подтверждения
Блочные подтверждения позволяют подтверждать весь TXOP в одном кадре. Это обеспечит меньшую нагрузку на протокол при указании более длинных TXOP.
NoAck
В режиме QoS класс обслуживания для отправляемых кадров может иметь два значения: QosAck и QosNoAck. Фреймы с QosNoAck не подтверждаются. Это позволяет избежать повторной передачи критически важных по времени данных.
Настройка прямой ссылки
Direct Link Setup позволяет прямую передачу кадров от станции к станции в пределах базовый набор услуг. Это предназначено в первую очередь для потребительского использования, где чаще используется передача от станции к станции. Например, при потоковой передаче видео на телевизор в гостиной или печати на беспроводном принтере в той же комнате может быть более эффективным отправлять кадры Wi-Fi непосредственно между двумя взаимодействующими устройствами вместо использования стандартной техники всегда отправляет все через AP, что предполагает два радиоперехода вместо одного. Кроме того, если точка доступа находится далеко в какой-то отдаленной части дома, отправка всех кадров в точку доступа и обратно может потребовать их отправки с более низкой скоростью передачи. Однако DLS требует участия AP, чтобы облегчить более эффективную прямую связь, и лишь немногие AP, если таковые имеются, имеют для этого необходимую поддержку. Настройка Tunnelled Direct Link была опубликована как 802.11z (TDLS ), позволяя устройствам выполнять более эффективную прямую передачу кадров от станции к станции без поддержки со стороны точки доступа. И DLS, и TLDS требуют, чтобы станции были связаны с одной и той же точкой доступа. И DLS, и TLDS повышают скорость и эффективность связи между участниками базовый набор услуг, но они не способствуют обмену данными между устройствами, которые находятся рядом друг с другом, но не связаны с одной и той же точкой доступа.
Связь между устройствами, не связанными с одной и той же точкой доступа, может осуществляться с использованием таких технологий, как Wi-Fi Direct, но до сих пор Wi-Fi Direct не получил широкого распространения.
Инициатива Microsoft Virtual Wi-Fi была разработана для достижения той же цели, что и DLS. Виртуальный Wi-Fi позволяет геймерам подключаться к беспроводной сети при доступе к Интернету через точку доступа, позволяя адаптерам станций иметь несколько MAC-адресов.[8]
Рекомендации
- ^ а б М. Бенвенист, «WLAN QoS», Глава 3 в Новые технологии в беспроводных локальных сетях: теория, дизайн и развертывание(Б. Бинг, ред.), Cambridge University Press, 2008, ISBN 978-0-521-89584-2.
- ^ «802.11n: технология беспроводной локальной сети нового поколения» (PDF). Broadcom Corporation. 21 апреля 2006 г.
- ^ М. Бенвенисте, «Многоуровневый конкурентный множественный доступ» (TCMA), протокол распределенного MAC на основе QoS », Proceedings PIMRC 2002, Лиссабон, Португалия, сентябрь 2002 г.
- ^ X. Перес-Коста, Д. Кэмпс-Мур и Т. Сашихара. Анализ интеграции возможностей IEEE 802.11e в мобильные устройства с ограничением заряда батареи. Журнал IEEE Wireless Communications Magazine (WirComMag), специальный выпуск о межсетевом взаимодействии беспроводных локальных сетей и сотовых сетей, том 12, выпуск 6, декабрь 2005 г.
- ^ М. Бенвенисте, "Рекомендации по управлению питанием", Документ IEEE 802.11-04 / 073, Январь 2004 г.
- ^ X. Перес-Коста и Д. Кэмпс-Мур. Функция QoS и энергосбережения IEEE 802.11e: обзор и анализ комбинированной производительности. Функция QoS и энергосбережения IEEE 802.11e: обзор и анализ комбинированной производительности. Журнал IEEE Wireless Communications Magazine (WirComMag), том 17, выпуск 4, август 2010 г.
- ^ X. Перес-Коста, Д. Кэмпс-Мур и Альберт Видаль. О механизмах распределенного энергосбережения в беспроводных локальных сетях 802.11e U-APSD и режим энергосбережения 802.11. Elsevier Computer Networks Journal (CN), том 51, выпуск 9, июнь 2007 г.
- ^ «Windows 7 добавляет встроенную технологию Virtual WiFi от Microsoft Research». 16 мая 2009 года. Получено 7 июля 2010.