IEEE 802.11e：無線網絡的QoS標準

2019-11-05 02:19:18

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　　無線網絡上的語音和多媒體應用使IEEE 802.11 MAC層標準有必要增加服務質量(QoS)條款。經過若干年的工作之后，802.11標準委員會最近已經完成了802.11e標準的制定工作。802.11e是原來標準的擴展，增加了服務質量的條款和一套提高性能的標準。
　　
　　增加的條款能夠讓網絡治理員設置網絡以便滿足應用程序的要求。了解新的訪問方式和這些參數對網絡性能有什么影響對于確保網絡最佳性能是非常重要的。
　　
　　802.11中的接入方式
　　
　　原來的802.11標準為無線網絡接入確定了兩種訪問方式:分布式協調功能(DCF)方式和點協調功能(PCF)方式。
　　
　　DCF使用CSMA/CA(載波偵聽多點接入/沖突避免)協議。一個站點等到檢測到無線媒介空閑的時候才開始發送信號。與以太網不同，站點不能總是檢測到沖突，因此這個協議規定接收站要發送一個收到通知。
　　
　　當這個站點檢測到無線媒介空閑時，它將在“競爭窗”參數規定的范圍內產生一個隨機的數字。然后，這個站點開始從這個隨機數字向下計數。當計數器達到零的時候，假如這個媒介仍然是空閑的，這個站點就開始發送信號。
　　
　　PCF定義一種輪詢協議。它的應用一直不夠廣泛。DCF或者PCF都不支持任何形式的數據優先次序。
　　
　　802.11e標準中新的訪問方式:EDCA和HCCA
　　
　　802.11e標準定義了混合協調功能(HCF)。HCF以新的訪問方式取代了DCF和PCF，以便提供改善的訪問帶寬并且減少了高優先等級通信的延遲。這稱作“增強分布式協調訪問”(EDCA)的訪問方式擴展了DCF的功能，名為“混合控制信道訪問”(HCCA)的訪問方式擴展了PCF的功能。
　　
　　EDCA指定了四種訪問類型，每一種類型對應一類數據。每一個訪問類別配置了四個參數:CWmin--最小競爭窗口;CWmax--最大競爭窗口;TXOP--發送機會限制;AIFS--仲裁幀間間隔。
　　
　　為每一類數據設置這些參數能夠讓網絡治理員根據應用程序組合和通信量調整網絡。
　　
　　在DCF應用中，一個擁有待發送數據的站點要等到媒體空閑時才能發送。但是，采用802.11e標準，這個站點等待額外的時間段。額外時間段的長度根據要發送的數據類型而定。為這種數據訪問類設置的AIFS值定義額外等待時間段。
　　
　　對于語音訪問類的數據，AIFS值應該設置的小一些;對于電子郵件和FTP類的數據，AIFS值應該設置的大一些。語音要求延遲時間短。小的AIFS值意味著語音數據能夠比不太敏感的通信更快地開始下一個階段的網絡競爭。
　　
　　經過AIFS時間段之后，這個站點生成一個在CWmin和CWmax之間的隨機數字。高優先等級的訪問類應該設置低的CWmin和低的CWmax。
　　
　　AIFS、CWmin和CWmax應該結合在一起進行設置。這樣，高優先等級的數據在大多數情況下都可以獲得訪問網絡的權限。為高優先等級數據設置的AIFS值與CWmax值相加的和應該大于為低優先等級數據設置的AIFS值與CWmin值相加的和，這樣，低優先等級的數據就不會完全被封鎖。
　　
　　用于一個訪問類的TXOP定義一次發送的最大長度。假如要發送的數據太大不能在TXOP限制內發送，這個站點就把這個數據分多次發送。
　　
　　對于語音數據的TXOP限制很小，因為語音數據包很短。對于FTP、電子郵件和網絡數據來說，應該設置較大的TXOP限制，這樣，當發送數據的時候，就不需要把數據分多次發送了。
　　
　　接入點能夠通過使用傳輸規范(TSPECs)控制網絡工作量。一個接入點能夠要求每一個站點為每一個訪問類發送一個傳輸規范請求。這個請求將具體說明這個站點為每一個訪問類申請的數據量以及可以承受多長時間的延遲。假如一個接入點計算它從各個站點收到的請求超過了網絡的容量，它將拒絕這些請求。假如一個申請遭到拒絕，提出申請的站點就不再發送那種訪問類的數據，并且必須把這種訪問類的數據結合到優先等級低的數據中。
　　
　　同PCF一樣，HCCA是一種輪詢協議。當使用時，它總是能夠獲得訪問媒體的權限，因為它等待的時間比任何EDCA用戶最短的AIFS時間還要短。HCCA能夠為每一個應用配置單獨的服務質量設置。位于接入點中的混合協調器(HC)輪流查詢單個的站點，并且根據已經配置的具體的服務質量設置批準訪問媒體的權限。這里沒有競爭，因此，高優先等級數據的延遲不會隨著網絡通信的增加而遭到損失。
　　
　　IEEE 802.11e標準提供了目前語音和多媒體等應用需要的服務質量和增強的網絡性能。隨著新的應用的開發和使用IEEE 802.11e標準獲得了經驗，毫無疑問將需要進一步的研究和擴展這個協議。

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