IEEE 802.11e：无线网络的QoS标准


无线网络上的语音和多媒体应用使IEEE 802.11 MAC层标准有必要增加服务质量(QoS)条款。经过若干年的工作之后，802.11标准委员会最近已经完成了802.11e标准的制定工作。802.11e是原来标准的扩展，增加了服务质量的条款和一套提高性能的标准。

增加的条款能够让网络管理员设置网络以便满足应用程序的要求。了解新的访问方式和这些参数对网络性能有什么影响对于确保网络最佳性能是非常重要的。

802.11中的接入方式

原来的802.11标准为无线网络接入确定了两种访问方式:分布式协调功能(DCF)方式和点协调功能(PCF)方式。

DCF使用CSMA/CA(载波侦听多点接入/冲突避免)协议。一个站点等到检测到无线媒介空闲的时候才开始发送信号。与以太网不同，站点不能总是检测到冲突，因此这个协议规定接收站要发送一个收到通知。

当这个站点检测到无线媒介空闲时，它将在“竞争窗”参数规定的范围内产生一个随机的数字。然后，这个站点开始从这个随机数字向下计数。当计数器达到零的时候，如果这个媒介仍然是空闲的，这个站点就开始发送信号。

PCF定义一种轮询协议。它的应用一直不够广泛。DCF或者PCF都不支持任何形式的数据优先次序。

802.11e标准中新的访问方式:EDCA和HCCA

802.11e标准定义了混合协调功能(HCF)。HCF以新的访问方式取代了DCF和PCF，以便提供改善的访问带宽并且减少了高优先等级通信的延迟。这称作“增强分布式协调访问”(EDCA)的访问方式扩展了DCF的功能，名为“混合控制信道访问”(HCCA)的访问方式扩展了PCF的功能。

EDCA指定了四种访问类型，每一种类型对应一类数据。每一个访问类别配置了四个参数:CWmin--最小竞争窗口;CWmax--最大竞争窗口;TXOP--发送机会限制;AIFS--仲裁帧间间隔。

为每一类数据设置这些参数能够让网络管理员根据应用程序组合和通信量调整网络。

在DCF应用中，一个拥有待发送数据的站点要等到媒体空闲时才能发送。但是，采用802.11e标准，这个站点等待额外的时间段。额外时间段的长度根据要发送的数据类型而定。为这种数据访问类设置的AIFS值定义额外等待时间段。

对于语音访问类的数据，AIFS值应该设置的小一些;对于电子邮件和FTP类的数据，AIFS值应该设置的大一些。语音要求延迟时间短。小的AIFS值意味着语音数据能够比不太敏感的通信更快地开始下一个阶段的网络竞争。

经过AIFS时间段之后，这个站点生成一个在CWmin和CWmax之间的随机数字。高优先等级的访问类应该设置低的CWmin和低的CWmax。

AIFS、CWmin和CWmax应该结合在一起进行设置。这样，高优先等级的数据在大多数情况下都可以获得访问网络的权限。为高优先等级数据设置的AIFS值与CWmax值相加的和应该大于为低优先等级数据设置的AIFS值与CWmin值相加的和，这样，低优先等级的数据就不会完全被封锁。

用于一个访问类的TXOP定义一次发送的最大长度。如果要发送的数据太大不能在TXOP限制内发送，这个站点就把这个数据分多次发送。

对于语音数据的TXOP限制很小，因为语音数据包很短。对于FTP、电子邮件和网络数据来说，应该设置较大的TXOP限制，这样，当发送数据的时候，就不需要把数据分多次发送了。

接入点能够通过使用传输规范(TSPECs)控制网络工作量。一个接入点能够要求每一个站点为每一个访问类发送一个传输规范请求。这个请求将具体说明这个站点为每一个访问类申请的数据量以及可以承受多长时间的延迟。如果一个接入点计算它从各个站点收到的请求超过了网络的容量，它将拒绝这些请求。如果一个申请遭到拒绝，提出申请的站点就不再发送那种访问类的数据，并且必须把这种访问类的数据结合到优先等级低的数据中。

同PCF一样，HCCA是一种轮询协议。当使用时，它总是能够获得访问媒体的权限，因为它等待的时间比任何EDCA用户最短的AIFS时间还要短。HCCA能够为每一个应用配置单独的服务质量设置。位于接入点中的混合协调器(HC)轮流查询单个的站点，并且根据已经配置的具体的服务质量设置批准访问媒体的权限。这里没有竞争，因此，高优先等级数据的延迟不会随着网络通信的增加而遭到损失。

IEEE 802.11e标准提供了目前语音和多媒体等应用需要的服务质量和增强的网络性能。随着新的应用的开发和使用IEEE 802.11e标准获得了经验，毫无疑问将需要进一步的研究和扩展这个协议。

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