IEEE 802.11e

802.11e – specyfikacja nad którą od 2001 roku pracuje Grupa Zadaniowa E projektu 802.11 międzynarodowej organizacji IEEE. Zatwierdzona w 2005 stała się standardem. Opisuje mechanizm przypisywania różnych priorytetów strumieniom danych przesyłanych przez sieć WLAN (zastosowanie QoS w sieciach bezprzewodowych). Poprzez zdefiniowane cztery klasy ruchu: głosowe, wideo, uprzywilejowane i przesyłane w tle (voice, video, best-effort oraz background), umożliwia dostosowanie jakości do specyficznych wymagań transmisji. Umożliwia bezkompromisowe wykorzystanie sieci bezprzewodowej aplikacjom wrażliwym na opóźnienia i wymagającym odpowiedniej przepustowości.

Podstawowe założenia

Sam mechanizm QoS to względnie stara technologia zaczerpnięta z sieci kablowych, dostępna na urządzeniach warstwy drugiej i trzeciej modelu ISO/OSI, jednak wdrożony do sieci bezprzewodowych musiał uporać się z trzema problemami:

Nośnik typu half-duplex. WLAN korzysta z współdzielonego nośnika typu half-duplex, podczas gdy w większości sieci przewodowych z QoS medium jest full-duplex. W rywalizacji o dostęp uczestniczą między sobą klienty jak i punkt dostępowy.

Nakładanie się kanałów BSS (ang. cochannel overlap), które ma miejsce, gdy dwie lub więcej sąsiadujących sieci BSS 802.11 korzysta z tego samego kanału prowadzące do wystąpienia zakłóceń i spadku wydajności.

Ukryte węzły – czyli węzły znajdujące się w zasięgu punktu dostępowego AP, ale poza wzajemnym zasięgiem. Problem ten można rozwiązać poprzez komunikaty RTS/CTS (ang. request to send/clear to send). Jednak komunikaty te stosuje się w transmitowanych ramkach dopiero po zaistnieniu kolizji i odpowiednim odczekaniu. Wiąże się to z większymi opóźnieniami oraz zmniejszeniem wydajności.

W odpowiedzi na napotkane problemy przedstawione zostały dwa mechanizmy pozwalające uzyskać kontrolę jakości świadczonych usług:

EDCF

Enhanced Distributed Coordination Function znana także jako HCF w trybie z rywalizacją.

Aby obsługa QoS była możliwa, należało wprowadzić mechanizm klasyfikowania ruchu, następnie sklasyfikowane dane należy oznaczyć odpowiednimi wartościami QoS, by później można je było na tej podstawie rozróżnić i przywilejować. Sklasyfikowane i umieszczone w odpowiedniej kolejce dane enkapsulowane są w ramki. Aby możliwe było nadawanie priorytetów ramkom wśród urządzeń klienckich, które nie komunikują się ze sobą bezpośrednio EDCF wprowadza następujące pojęcia:

TXOP

możliwość transmisji (ang. transmission opportunity) – parametr określający okres w którym stacja może nadawać bez potrzeby rywalizacji o medium. W przeciwieństwie do podstawowej metody dostępu do nośnika DCF, w której każda ramka i towarzyszące jej potwierdzenie rywalizują o nośnik, poprzez zastosowanie TXOP w EDCF możliwe jest wysłanie wielu ramek i potwierdzeń bez potrzeby rywalizacji (o ile mieszczą się one w okresie TXOP).

AIFS

odstęp międzyramkowy (ang. arbitration interframe space) o rozmiarze zależnym od kategorii dostępu. Im wyższy priorytet ma stacja, tym jej AIFS jest krótszy. Im krótszy AIFS, tym większe szanse na uzyskanie pierwszeństwa do medium.

CW

okno rywalizacji (ang. contention window). Parametr ustawiany na kartach sieciowych stacji. Wykorzystywany jest przez algorytm generowania losowych czasów odczekiwania (ang. random backoff) w trakcie trwania okna rywalizacji o kanał. W oknie tym – mając ramkę gotową do wysłania – stacja odczekuje losowy czas i po jego upłynięciu rozpoczyna transmisję ramki. Minimalna długość czekania to 0 szczelin czasowych. Maksymalna jest ruchomym pułapem z przedziału pomiędzy CW_min i CW_max. W EDCF różne klasy danych mogą mieć przypisane różne wartości CW, co pozwala na różnicowanie szans danych w dostępie do medium (przesłanie) zależnie od ich priorytetu.

DAC

rozproszone sterowanie przyjmowaniem (ang. distributed admission control). Ogólnie, zapewnianie tzw. QoS (ang. quality of service) oznacza ochronę ruchu danych generowanych przez aplikacje o wysokim priorytecie przed ruchem danych aplikacji o niższym priorytecie. Przepustowość kanału jest jednak ograniczona. Oznacza to, że jeśli aplikacja wrażliwa na opóźnienia wymaga rezerwacji odpowiedniej przepływności, to musi istnieć mechanizm czuwający nad spełnieniem tego wymagania. W tym celu stosuje się tzw. mechanizm sterowania przyjmowaniem. W punkcie dostępowym stale monitorowany jest stopień wykorzystania kanału radiowego przez każdą kategorię dostępową ruchu. Nieużywana frakcja zasobów transmisyjnych (zasobów często zwanych pasmem) – tzw. dostępny budżet (ang. available budget) jest rozgłaszana przez punkt dostępowy stacjom klienckim sieci BSS w odpowiednim elemencie informacyjnym parametru QoS. Gdy budżet jest niewystarczający dla nowego strumienia określonej kategorii, możliwość inicjowania strumieni tej kategorii jest blokowana w każdej stacji klienckiej, a ponadto stacje te zaprzestają zwiększania wartości parametru TXOP.

HCF

Hybrid Coordination Function w trybie z odpytywaniem przy dostępie.

Literatura

• "Bezprzewodowe sieci LAN 802.11" Pejman Roshan, Jonathan Leary – ISBN 83-01-14858-6;
• https://web.archive.org/web/20070114201801/http://www.mwnl.snu.ac.kr/~schoi/publication/Conferences/02-EW.pdf
• http://standards.ieee.org/reading/ieee/std/lanman/restricted/802.11e-2005.pdf;