无线局域网的服务质量保障 v2.00.docVIP

无线局域网的服务质量保障 　随着无线网络上流量的剧增，用户在享受宽带无线接入的同时，对于有效、鲁棒的服务质量（QoS）保障的需求也越来越突出。QoS的实现首先要精确区别每个网络应用的类型，其次要恰当地分配网络资源，如带宽和相对优先级等。早期的QoS研究主要针对有线网络，在网络层以上提供服务质量保障。如综合服务/资源预约（IntServ/RSVP）、区分服务（DiffServ）、多协议标签交换(MPLS)、流量工程(Traffic Engineering)、约束路由(CBR)、子网带宽管理(SBM)等。但是上述的QoS机制并不能直接应用于无线网络中，主要有2个原因：首先，无线传输与有线传输，在无线传输中，串扰和多径传播将导致衰落和色散，因此无线网络具有数据传输率低而误码率高的特点而WLAN为了保证灵活性和兼容性，协议标准只制订MAC层和PHY层规范，从而造成网络上层的QoS与无线链路层的分离，最终QoS无法得到充分发挥；其次，随着无线接入技术的发展，异质网络的应用将越来越普及，各种应用一般会经过无线接入、有线骨干网传输、无线接入的传输途径，在这种情况下，紧紧依靠传统的有线网络QoS机制已经无法提供端到端的服务质量保障，迫切需要一种能够针对无线信道的特点，在无线链路层媒体访问控制（MAC）子层提供网络业务的区分、优先级控制、资源分配等的QoS控制和保障，从而使无线网络和有线网络的QoS进行整体规划。 为无线网络添加QoS的802.11e规范IEEE获得批准，802.11e，但是由于没有统一的标准，设备间的互通性很难保证，使得部署具有QoS保障的WLAN网络非常困难。Wi-Fi联盟从IEEE 802.11e无线局域网QoS标准草案中提取出一部分创建了无线多媒体WMMWireless MultiMedia）规范，Wi-Fi联盟EE802.11e的服务质量保障服务质量(QoS)对于增强基于时间的数据在无线局域网中传输的可靠性、减少资源争夺从而提高频带利用率具有重要意义。802.11e的媒体访问控制策略从总体上说是对802.11 MAC协议的改进和增强标准提供了两种提高服务保障的新机制，即信道争用期的增强分布式协调功能(EDCF)与非信道争用期的混合点协调功能(HCF)在介绍802.11e MAC协议之前，首先对802.11 MAC协议的基本机制作简要分析。 1. 802.11 MAC协议的DCF、PCF访问 控制策略IEEE802.11 MAC协议定义了两种操作，在信道争用期的分布式协调功能(DCF)与非信道争用期的点协调功能(PCF)。其中，DCF是必备的功能，而PCF由各WLAN设备硬件厂商来决定是否实现。 DCF采用载波侦听多路访问/冲突避免(CSMA/CA)的媒体存取方式，可以形象地比喻为“先听再说”(如图1所示)。节点(STA)在发送数据前要先检测信道是否空闲，如果信道空闲则准备发送MAC业务数据单元(MSDU)。如果2个STA同时检测到信道空闲并开始发送数据就会发生冲突，为此，802.11定义了冲突避免(CA)机制来降低发生冲突的概率。 为解决CSMA方式引起的“隐藏节点”问题，802.11定义了请求发送/清除发送(RTS/CTS)机制。在传送数据帧以前STA先发送一个短RTS帧，接收方接收到RTS后立即发送一个CTS帧，RTS和CTS帧都包含了下一个数据帧的长度信息。因此STA附近的其他STA及接收数据的STA附近的“隐藏节点”通过设置网络分配向量(NAV)定时器，在NAV规定的时间内不发送数据以避免数据冲突。RTS/CTS和NAV机制可以有效保护长数据帧免受“隐藏节点”的碰撞。 上述DCF操作中，由于各STA在发送数据前需要对信道进行争用，因此DCF无法对时延敏感的业务提供QoS保障。因此，802.11协议定义了点协调功能(PCF)来保证STA以一定的优先权接入到无线信道中，如图2所示。 STA的优先权由点协调器(PC)来协调。PCF发起数据传输的等待时间间隔称为PIFS，PIFS介于SIFS和DIFS之间，因而PCF比DCF的优先级高。PCF的传输时间被划分为重复的周期，即交替出现的竞争周期(CP)和非竞争周期(CFP)。 CP和随后的CFP一起组成超帧。在CFP阶段采用PCF机制接入无线信道，在CP阶段则使用DCF机制传输数据。超帧由信标帧(Beacon)开始。信标帧是一种管理帧，它维持STA内本地定时器的同步，并负责传送协议相关的参数。 PC周期性地产生信标帧，下一个信标帧到来的时间被称为目标信标帧传输时间(TBTT)，每个信标帧都携带该信息。每个STA被PC轮询后发送数据，因而不会发生冲突。PC通过发送CF-Poll帧轮询有数据要发送的STA，STA接收到轮询帧以后给