 | Эта статья может быть слишком технической, чтобы ее могло понять большинство читателей . ( Сентябрь 2010 г. ) ( Узнайте, как и когда удалить этот шаблон сообщения ) |
IEEE 802.11e-2005 или 802.11e - это одобренная поправка к стандарту IEEE 802.11, которая определяет набор улучшений качества обслуживания (QoS) для приложений беспроводной локальной сети посредством модификаций уровня управления доступом к среде (MAC). [1] Стандарт считается критически важным для чувствительных к задержкам приложений, таких как передача голоса по беспроводной локальной сети и потоковая передача мультимедиа . Поправка внесена в опубликованный стандарт IEEE 802.11-2007 .
Исходный MAC-адрес 802.11 [ править ]
Функция распределенной координации (DCF) [ править ]
Базовый уровень MAC 802.11 использует функцию распределенной координации (DCF) для разделения среды передачи между несколькими станциями. (DCF) полагается на CSMA / CA и дополнительный 802.11 RTS / CTS для совместного использования среды между станциями. Это имеет несколько ограничений:
- если многие станции попытаются установить связь одновременно, произойдет множество коллизий, которые снизят доступную полосу пропускания и, возможно, приведут к застойному коллапсу .
- нет никаких гарантий качества обслуживания (QoS). В частности, отсутствует понятие трафика с высоким или низким приоритетом.
Функция координации точек (PCF) [ править ]
Исходный MAC 802.11 определяет другую функцию координации, называемую функцией координации точки (PCF). Это доступно только в «инфраструктурном» режиме, когда станции подключаются к сети через точку доступа (AP). Этот режим является необязательным, и только очень немногие точки доступа или адаптеры Wi-Fi действительно его реализуют. [ необходима цитата ] AP отправляют кадры маяка через регулярные интервалы (обычно каждые 100 TU или 0,1024 секунды). Между этими маякамикадров, PCF определяет два периода: период отсутствия конкуренции (CFP) и период конкуренции (CP). В CP используется DCF. В CFP AP отправляет пакеты Contention-Free-Poll (CF-Poll) каждой станции 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 [ редактировать ]
802.11e улучшает функции 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, сообщения электронной почты могут быть отнесены к классу с низким приоритетом, а передача голоса по беспроводной локальной сети (VoWLAN) может быть отнесена к классу с высоким приоритетом.
Расширенный распределенный доступ к каналу (EDCA) [ править ]
 | Фактическая точность этого раздела оспаривается . ( Март 2014 г. ) ( Узнайте, как и когда удалить это сообщение-шаблон ) |
При использовании EDCA высокоприоритетный трафик имеет более высокую вероятность отправки, чем низкоприоритетный трафик: станция с высокоприоритетным трафиком ждет немного меньше, прежде чем отправит свой пакет, в среднем, чем станция с низкоприоритетным трафиком. Это достигается с помощью протокола TCMA, который представляет собой разновидность CSMA / CA с использованием более короткого арбитражного межкадрового пространства (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 передач не превышает максимальную длительность TXOP). Если кадр слишком велик для передачи в одном TXOP, он должен быть фрагментирован на более мелкие кадры. Использование TXOP снижает проблему получения низкоскоростными станциями чрезмерного количества канального времени в унаследованном MAC 802.11 DCF . Временной интервал TXOP, равный 0, означает, что он ограничен одним блоком данных службы MAC (MSDU) или блоком 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, в 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 |
AC отображаются непосредственно из уровней приоритета классов обслуживания (CoS) уровня Ethernet :
| - | 802.1p | 802.11e | |||
|---|---|---|---|---|---|
| Приоритет | Пункт кода 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, прежде чем добавлять дополнительный трафик.
Wi-Fi Multimedia (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) [ править ]
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 инициировать 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. Другое 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, отправляя кадры CF-Poll.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. Другое 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, отправляя кадры CF-Poll.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. Другое 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, отправляя кадры 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, немногие (если таковые имеются) доступные в настоящее время точки доступа поддерживают HCCA. [ необходима цитата ] При реализации HCCA на конечных станциях используется существующий механизм DCF для доступа к каналу (никаких изменений в работе DCF или EDCA не требуется). Станции должны только иметь возможность отвечать на сообщения опроса. На стороне AP необходим планировщик и механизм очередей.
Другие спецификации 802.11e [ править ]
В дополнение к HCCA, EDCA и TXOP, 802.11e определяет дополнительные необязательные протоколы для улучшенного QoS уровня MAC 802.11:
Доставка автоматического энергосбережения [ править ]
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 начать доставку: «запланированный APSD» (S-APSD) и «незапланированный APSD» (U-APSD). С помощью APSD точка доступа может передавать несколько кадров вместе.к энергосберегающему устройству в период обслуживания. После окончания периода обслуживания устройство переходит в состояние ожидания до следующего периода обслуживания. При использовании S-APSD периоды обслуживания начинаются в соответствии с заранее определенным графиком, 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. С гибридным U-APSD используется либо U-APSD, либо устаревший механизм опроса с энергосбережением, в зависимости от категории доступа. S-APSD доступен для обоих механизмов доступа к каналу, EDCA и HCCA,в то время как U-APSD доступен только для EDCA.[1] [4]
APSD - более эффективный метод управления питанием, чем устаревший опрос энергосбережения 802.11, приводящий к снижению энергопотребления, поскольку он снижает как трафик сигнализации, который в противном случае потребовался бы для доставки буферизованных кадров на устройства энергосбережения с помощью точки 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 обработки трафика, которые используются в современных смартфонах. U-APSD привлекателен дляТелефоны VoIP , 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, потому что 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. [ необходима цитата ]
Блокировать подтверждения [ править ]
Блочные подтверждения позволяют подтверждать весь TXOP в одном кадре. Это обеспечит меньшую нагрузку на протокол при указании более длинных TXOP.
NoAck [ править ]
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 [ править ]
Direct Link Setup обеспечивает прямую передачу кадров от станции к станции в рамках базового набора услуг.. Это предназначено в первую очередь для потребительского использования, где обычно 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 напрямую 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 удаленной 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 туннельного прямого канала была опубликована как 802.11z ( TDLS), что позволяет 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 улучшают скорость и эффективность связи между членами базового набора услуг , но они не облегчают связь 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 помощью 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 в Интернет через точку доступа, позволяя адаптерам станций иметь несколько MAC-адресов. [8]
Ссылки [ править ]
- ^ a b М. Бенвенист, «WLAN QoS», глава 3 в « Новые технологии в беспроводных локальных сетях: теория, проектирование и развертывание» , (Б. Бинг, редактор), Cambridge University Press, 2008, ISBN 978-0-521- 89584-2 .
- ^ «802.11n: Технология беспроводной локальной сети нового поколения» (PDF) . Корпорация Broadcom . 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.Pérez-Коста, D.Camps-Mur и T.Sashihara. 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. Бенвенист, "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 . Журнал компьютерных сетей Elsevier (CN), том 51, выпуск 9, июнь 2007 г.
- ^ «Windows 7 добавляет встроенную технологию Virtual WiFi от Microsoft Research» . 16 мая 2009 . Проверено 7 июля 2010 года .
Внешние ссылки [ править ]
- Утверждение IEEE RevCom
- Статус 802.11e TGe (завершено)
- Поправка 802.11e
- QoX: что это на самом деле
