QoS (Quality of Service)

QoS (Quality of Service)
- QoS z punktu widzenia użytkownika sieci:
• minimalne opóźnienia w sieci
• stała jakość dźwięku/obrazu
• płyność i ciągłość transmisji (stałe opóźnienie i przepływność)
• bezpieczeństwo (zapewnienie integralności danych, uwierzytelnianie,
zabezpieczenie przed podsłuchem)
- QoS z punktu widzenia administratora sieci:
• stałą przpływność
• niezawodność
• zasięg sieci/obszar, na ktorym można zagwarantować QoS na założonym
poziomie
W sieciach bezprzewodowych powstaje wiele problemów związanych z QoS, gdyż trudno
mówić o gwarantowanej jakości gdy 10-20% pakietów jest gubionych, przepływność się
zmienia dość często, gdyż zależy od środowiska zewnętrznego, a zarządca pasmem właściwie
nie wie jaką wielkością pasma zarządza, gdyż w każdej chwili niepowiązany, inny zarządca
może zająć część.
W tej sytuacji problemu nie rozwiąże np. stała alokacja slotów dla transmisji
multimedialnych, gdyż w sytuacji gdy tracimy wiele pakietów, należałoby dynamicznie je
zwiększyć. Jednocześnie nowe rozwiązanie musi być kompatybilne ze starym.
Na tej podstawie powstaje 802.11e czyli nowy wersja MAC, uwzględniająca w pełni QoS i
częściowo czerpiąca z systemu priorytetów z 802.1D (802.1p). Główną nowością jest
wprowadzenie HCF (Hybrid Coorination Function), który łączy funkcje DCF i PCF z
rozszerzeniami QoS. HCF działa w dwóch trybach: Enchanced Distribution Coordinate
Access (EDCA) – w czasie fazy DC i HCF Controlled Channel Access (HCCA) – głównie w
fazie CFP. Stację obsługują QoS nazywa się QSTA, natomiast taki AP – QAP.
HCF przyznaje stacją QSTA prawo do transmisji w trakcie Transmission Oppurtunity
(TXOP). TXOP definiuje maksymalny okres podczas którego QSTA może transmitować
ramki.
EDCA – protokół ten określa cztery różne kategorie dostępu (Access Categories – AC),
bazujące na standardzie 802.1D, dzięki którym wprowadza się priorytety. Są to w kolejności
od najwyższego priorytetu: voice, video, best efford, background traffic. Każda kategoria ma
swoją kolejkę nadawczą. Wszystkie 4 zawierają się oczywiście w jednej stacji.
Charakteryzują się następującymi parametrami na podstawie których można je rozróżnić:
• CWMin. AC z większym priorytetem ma niższą wartość tego parametru.
• CWMax.
• Limit TXOP – maksymalny okres przez który QSTA może nadawać określony
oddzielnie dla każdego AC odzielnie. Parametr ten może być użyty do
zapewnienia ruchowi o wyższym zapotrzebowaniu na pasmo dłuższego
dostępu do medium. Czyni też cały algorytm MAC bardziej efektywnym.
• Arbitration Inter-Frame Space (AIFS) – określa przedział czasu pomiędzy
wykryciem pustego medium a rozpoczęciem negocjacji dostępu do łącza.
Każdy AC ma przydzielony inny AIFS[AC], bazujący na priorytecie danego
AC.
Każdy z AC walczy niezależnie o TXOP w obrębie jednego QSTA. Gdy AC wykryje, że
medium jest bezczynne przez AIFS[AC], rozpoczyna odliczanie (backoff time – tak jak w
DCF). Jeżeli nastąpiła kolizja pomiędzy AC w obrębie jednego QSTA, wygrywa ją ( i czas
TXOP) ramka danych z AC o wyższym priorytecie. Pozostałe zachowują się tak jakby
nastąpiła kolizja na medium.
W 802.11 prostą obslugę QoS wprowadzono przy użyciu funkcji PCF. Stacja korzystająca z PCF ma
pierwszeństwo nad stacjami z DCF, ponieważ czas przed rozpoczęciem procedury wstrzymania PIFS (PCF Inter
Frame Space) jest krótszy od DIFS (DCF Inter Frame Space)
802.11e – draft – nie stadard – proponuje rozwiązania QoS dla 802.11:
• wprowadza funkcje EDCF:
o do 8 kategorii ruchu TC (Traffic Class) o różnych priorytetach
o scheduler do rozwiązywiania konfliktów wirtualnych
Każda TC ma własny AIFS (Arbitrary Inter Frame Space). Zachodzi zależność:
DIFS>=AIFS[0]>AIFS[1]>.......>AIFS[8],
gdzie AIFS[0] to klasa ruchu o najwyższym priorytecie, a AIFS[8] o najniższym.
HCCA
Protokół ten używa Hybrid Cooridnator (HC) by centralnie zarządzać dostępem do medium
bezprzewodowego tak by w efekcie uzyskać sparametryzowane QoS. Oznacza to możliwość
dostarczenia QoS zgodnego z potrzebami konkretnych aplikacji i opisanymi parametrami –
przepływnością, opóźnieniem itp. Podobnie jak PCF, HCCA używa mechanizmu
odpytywania by umożliwić dostęp do medium. Wymagania poszczególnych stacji QSTA są
określone za pomocą Traffic Specification (TSPEC). Określają one takie parametry jak
przepływność, opóźnienie, wielkość pakietów i długość trwania usługi. QAP może
zaakceptować lub odrzucić dane żądanie w zależność od obecnego stanu sieci. Jeżeli TSPEC
jest odrzucony, wysokopriorytetowe AC wewnątrz żądającej QSTA nie mogą używać
parametrów nadających im wysoki priorytet (CW itp).
HC ma najwyższy spośród QSTA priorytet dostępu do medium jak również najkrótszy czas
oczekiwania (backoff time). HC zapewnia bezkolizyjną wymianę ramek z małymi
opóźnieniami.
„Opis” do Fig8, str „48” z „Analys of IEEE802.11e for QoS Support in wireless LANs”
Wykres przedstawia wyniki symulacji dla 3 stacji roboczych podłączonych do jednego AP.
Oś X to ‘ruch oferowany’... czyli to co klienci (każdy z nich) generują a AP powinien
obsłużyć. Oś Y to przepływność.. czyli to co AP obsłużył.
Jak widać, do ok. 3Mbit/s ruchu przychodzącego, wszystko jest obsługiwane. Przy ok 3Mbit/s
przesyłanie pakietów z priorytetem AC_BK (background) zostaje wstrzymywane (przestają
być przesyłane – przepływność maleje) na rzecz transmisji pakietów z pozostałymi
(większymi) priorytetami. Przy ok. 4,5Mbit/s ruchu przychodzącego przestają być przesyłane
pakiety AC_BE. Podobnie się dzieje z AC_VI – przy 6Mbit/s. Na koniec jak już jest tyle
ruchu że nawet pakietów o najwyższym priorytecie (AC_VO) nie da się przesłać
przepływność staje na poziomie ok. 12.....14Mbitów/s – ale i tak podział pasma jest
‘przydzielany’ zgodnie z priorytetami.