Wireless LANs - Extensõ
Extensões ao 802.11
QoS - Sumá
Sumário
l
Enquadramento
l
Limitaçõ
es do 802.11
Limitações
l
Aná
es
Análise de soluçõ
soluções
l
A norma 802.11e
l
Soluçõ
es em 802.11b
Soluções
Sistemas de Computaçã
o Mó
Computação
Móvel
DEEC-RMR(2003)
5.3.1
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Extensões ao 802.11
QoS - Enquadramento
l
Como suportar aplicações MM ou aplicações com requisitos de
qualidade?
– Problemas:
» Mac 802.11 - sistema com 1 domínio de colisão por BSS.
» Pequena LB disponível
» Erros (ruído, interferência) que provocam LB variável
l
Gestão de QoS
– Integrar suporte no MAC para os tipos de tráfego esperados
» Controlo de parâmetros do MAC 802.11 original para conseguir diferenciar
classes de tráfego - 8 0 2 . 1 1 e
» Compatibilidade com 802.11b
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Sistemas de Computaçã
o Mó
Computação
Móvel
5.3.2
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1
Wireless LANs - Extensõ
Extensões ao 802.11
Limitaçõ
es 802.11(i)
Limitações
l
A especificação 802.11 original utiliza um MAC baseado em
contenção
– Apenas suporta tráfego best-effort.
O PCF é introduzido para suportar serviços de tempo real
l
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5.3.3
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Limitaçõ
es 802.11 (ii)- Point Coordination Function
Limitações
l
Funções PCF sobre camada
DCF
Time Bounded / Async
Service
Contention
MAC
Service
PCF
Optional
DCF
(CSMA/CA )
PHY
l
PA alterna entre operações Contention
Free e operações Contention
W
NAV Reset
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Async
Contention Free
– PCF forneçe um serviço
com variações mínimas de
atraso para suporte de
Serviç
Serviços Isó
Isócronos
– possibilidade de suporte
simultâneo de dados
assíncronos e voz
– AP é responsável pela
realização do PCF
O NAV impede a transmissão de tráfego
de contenção até ao reset da última
transferência PCF
„ período Contention Free de
dimensão variável
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5.3.4
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Limitaçõ
es 802.11(iii) - PCF
Limitações
l
Mecanismos de QoS relacionados com o tipo de escalonamento
associado à interrogação das estações
– A norma não define qualquer algoritmo básico a não ser o
mecanismo de polling
l
Desvantagens:
– não ser escalável
– ser limitado no caso de múltiplas BSSs
– não ser correntemente suportado pela maioria das implementações
em 802.11b
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5.3.5
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5.3.6
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QoS - Possí
Possíveis Mecanismos
l
Mecanismos sobre DCF
– Diminuição do IFS
– Diminuição do período aleatório de Backoff
l
Mecanismos sobre PCF/DCF
– Effort limited fair (ELF)
l
IEEE802.11e
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Wireless LANs - Extensõ
Extensões ao 802.11
QoS - Mecanismos sobre DCF – Diminuiçã
Diminuiçãoo do IFS
l
l
l
Prioridade no acesso ao meio controlada através do uso de diferentes
intervalos entre a transmissão das tramas.
Um intervalo mais curto implica que o período de backoff se inicie
antes permitindo que uma estação reuna todas as condições
necessárias para transmitir antes das outras (probabilidade mas não
garantia)
Desvantagens:
Fixado na norma
– Problemático controlo do IFS ( D I F S
Depende do meio
= aSIFS T ime + 2 x aSlotTi m e )
– Não garante explicitamente a diferenciação
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5.3.7
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QoS - Mecanismos sobre DCF – Diminuiçã
Diminuiçãoo do backoff
l
l
O tempo de backoff é calculado em função do time-slot e do número
aleatório entre 0 e CW (varia entre CWmin e CWmax ).
Dadas duas ou mais estações que iniciem o procedimento de backoff
ao mesmo tempo (com diferentes valores de CW) , a estação cujo CW seja
menor é a que deverá transmitir primeiro.
– Mesmo se ocorrerem colisões, todos os MACs incrementam CW
identicamente e é de esperar que a CW das estações de maior prioridade
se mantenha inferior aos de mais baixa prioridade, tendo por isso atrasos
médios menores
l
Desvantagens:
– Acesso à alteração de CWmin e CWmax (fixo em 802.11b)
– Não garante explicitamente (apenas probabilisticamente) a diferenciação
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5.3.8
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QoS - Mecanismos sobre PCF/DCF (i)– Effort limited fair (ELF)
l
Definição de um factor de potência
l
O tráfego com restrições temporais é considerado no período PCF:
– débito esperado pelo utilizador sujeito a um esforço despendido limitado
– O PC ajusta o peso de cada fluxo (no caso de WFQ) em resposta à sua taxa
de erros, até um peso máximo definido pelo seu factor de potência
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5.3.9
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QoS - Mecanismos sobre PCF/DCF(ii) – Effort limited fair (ELF)
l
O restante tráfego considerado no período DCF:
– compensação dos erros feita globalmente através da atribuição de um
maior ou menor período DCF de acordo com o factor de potência do
agregado.
l
Este mecanismo evidencia dois tipos de problemas:
– os inerentes à utilização do modo PCF referidos atrás
– tratar todos os fluxos de dados (no modo DCF) como um único fluxo
global, o que apenas compensa a média de erros de todos os fluxos.
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5.3.10
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QoS - 802.11e(i)
l
Extensão da norma 802.11 para suportar aplicações com requisitos de QoS
l
Inclui novos mecanismos ao nível do MAC:
» EDCF - DCF com prioridades
» HCF - PCF mas estendido ao período de contenção
l
No EDCF, o suporte de QoS é realizado com a introdução de classes de serviço
designadas por Traffic Categories (TC)
– Cada classe de serviço combina essencialmente dois parâmetros para fornecer diferenciação:
l
l
»
Os valores máximos e mínimos da janela de contenção
»
O valor do intervalo entre tramas
A base de funcionamento do HCF está na estação que tem a função de coordenador
centralizado (HC)
Uma estação pode implementar até oito instâncias com diferentes parâmetros de QoS
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5.3.11
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5.3.12
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QoS - 802.11e(ii)
ß Cada TC compete por um TXOP (Transmission opportunity)
ß Cada TC tem o seu próprio CWmin.
ß Prioridade sobre STA sem QoS é garantido por CWmin<15 e
AIFS=DIFS
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QoS - 802.11e(iii)
ß Colisão virtual dentro de cada STA (escalonador escolhe TC de maior prioridade)
ß TXOP - intervalo de tempo em que a estação tem direito a transmitir
• definido pelo tempo início e duração
• TXOP adquirido por protocolo EDCF-TXOP (distribuído) ou polled-TXOP (HC)
• duração do EDCF-TXOP é limitado em cada QBSS a TXOPlimit transmitido nos beacons
do HC
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5.3.13
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QoS - soluçõ
es 802.11b(i) - Mecanismo de quotas
soluções
l
l
l
O número de transmissões de cada estação é limitado através de
uma quota
Este limite permite que estações sujeitas a erros e/ou de menor
prioridade também possam transmitir
O PA atribui quota em função de:
– número de estações
– dimensão média das tramas transmitidas
– dimensão do período de escalonamento
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QoS - soluçõ
es 802.11b(ii) - Mecanismo de quotas
soluções
l
l
l
Cada estação deixa de tentar transmitir num dado período de
escalonamento quando gasta a sua quota
A quota é transferida para o próximo período de
escalonamento sempre que não seja gasta
Pode gerar situação de overbooking devido à transferência de
quota para o próximo período de escalonamento.
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QoS - soluçõ
es 802.11b(iii) - Mecanismo de quotas
soluções
l
Desvantagens:
– permite que estações com mensagens para transmitir e com o meio
disponível para transmissão, não o possam fazer por falta de quota (nonconserving).
– Pode haver algum “descontrolo” sobre as quotas distribuídas em cada
momento devido a:
» estações sujeitas a taxas de erros elevadas
» estações com baixas taxas de erros às quais foram atribuídas quota mas
que não a utilizaram
l
Um escalonador adaptativo pode ultrapassar esta situação
l
Este mecanismo permite diferenciar entre várias classes de serviço
mas não atribuir prioridades às mesmas.
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QoS - soluçõ
es 802.11b(i) - Mecanismo de prioridades
soluções
Cada período de escalonamento é dividido em vários períodos
de prioridades diferentes
l
Coordenação efectuada através da troca de mensagens de
gestão onde consta:
l
– a duração dos diversos períodos
– a quota
A troca de mensagens é sincronizada através do mecanismo de
gestão de energia.
l
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5.3.17
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QoS - soluçõ
es 802.11b(ii) - Mecanismo de prioridades
soluções
l
Neste caso, uma mensagem de broadcast é sempre enviada após:
– um DTIM numa rede infraestruturada
– a janela ATIM numa rede Ad-hoc
l
Usam-se então mensagens de broadcast específicas para envio das
informações referentes:
– à quota
– à duração dos diversos períodos
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5.3.18
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QoS - soluçõ
es 802.11b(iii) - Mecanismo de prioridades
soluções
l
Rede infraestruturada
Per.de alta Per.de baixa
prioridade prioridade
Mensagens de broadcast
TIM
TIM
DTIM
TIM
TIM
DTIM
AP
Intervalo entre beacons
Intervalo entre DTIMs
STA de alta
prioridade
STA em PS
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QoS - soluçõ
es 802.11b(iv) - Mecanismo de prioridades
soluções
STA
AP
Alta prioridade
STA
Baixa prioridade
DTIM
ou
fim de janela ATIM
Fim de período
de alta prioridade
Beacon
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* com informação do nível de Sistemas
prioridade
de Computaçã
o Mó
Computação
Móvel
** com informação da duração dos períodos referentes aos diversos tipos de prioridade e das quotas
5.3.20
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Wireless LANs - Extensõ
Extensões ao 802.11
QoS - soluçõ
es 802.11b(iv) - Conclusõ
Conclusões
soluções
l
As soluções apresentadas - mecanismo de quotas +
diferenciação por prioridades :
– permitem adicionar alguma qualidade de serviço às redes WLANs
802.11b (com grande base instalada) como forma de suavizar a
transição para os cenários 802.11 de próxima geração.
– Envolvem apenas a modificação dos gestores de dispositivos das
interfaces 802.11 disponíveis no mercado.
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5.3.21
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