service differentaition and qos in wlans (802.11e) · 2016. 1. 22. · 802.11e periodic superframe...
TRANSCRIPT
Service Differentaition and QoS in WLANs
(802.11e)
������ ������
� � � �� ���� ������������������ �
Thanks: TLC Networks Group – Politecnico di TorinoNomadic Communications: 802.111e 2
...Copyright
����������� ���������� ����� ������ ��������� � ����� �� ������ ���� � ����� ����������� ��� ���� � �����������!�����������"�#���"������������ � ��� ������������������$ %�������� ����� ��� ������� �"��������� � ���!�&&'�� ��#���())����* �+!�,���-���!���-�����'./%&!�0 ,(
1#��� ��2������������������#����������� � ����� �� ������ ���� � ����� ������ �1����� ������+��-��#��������!����"�#���"������������ � ��� ������������������$ %������������������������������ � ���!�&&'�� ��#���())����* �+!�,���-���!���-�����'./%&!�0 ,(
Thanks: TLC Networks Group – Politecnico di TorinoNomadic Communications: 802.111e 3
What’s the Problem in PCF3 �4�������� �� ������ ��,��� ������� � ���--�3 * #���� �2�����,�� 5%6 $$��--����7
$ 0 ��������)�� )����������+
� (�* ,1(������ ��� �� ��� ���1811��#�� � ���� �������� �������� ���� �-����18119�#�� ����!�� ��������������� ������ �����!�#���� )����� � �+ )� ����+��
� 1#�������� �#��-��� � ���!��#����������#� ����+ :����� . '�� �;
6 0 �2��� � ������ ���� �������
/ ,���� ������ ���
Thanks: TLC Networks Group – Politecnico di TorinoNomadic Communications: 802.111e 4
Quality-of-Service Provisioning:Some Terminology
3 � �-����" (�������������2��������� �-��� �������������� ���������!�)������� �� �#����� ����������
3 � �-����" � �� ���������-���������� ���� ��������)� � ���)+��#������ ��2�� #���������������� -���
3 1+�������,�� ������������"������)���)���� ��#!����2������������! ���� ���������+!����2���<����!�#������������ ���#�����)��+
Thanks: TLC Networks Group – Politecnico di TorinoNomadic Communications: 802.111e 5
QoS in Wireless Networks
3 ��,���#�� ������ �������� ��2������� =1����)���-���� ����������� ��2�
> � � !���������� ������,��������������#� ���� ��������������2������������������+��-��� ����
> �� �����+���������+��-�� ���������2�!��� ����������������������� �)��+�� �2��� �����������������-��� ������--����
3 ,�����������,���� ����������� ��2������������ �����--������#�������
Thanks: TLC Networks Group – Politecnico di TorinoNomadic Communications: 802.111e 6
Service Differentiation MAC Schemesthat lead to 802.11e
Service differentiation-based MAC schemes
Service differentiation-based MAC schemes
Station-basedStation-based Queue-basedQueue-based
DCF-basedDCF-based PCF-basedPCF-based DCF-basedDCF-based PCF-basedPCF-based
AC schemeAC scheme
DFSDFS
VMACVMAC
BlackburstBlackburst
DC schemeDC scheme
Priority-basedPriority-based
DistributedTDM
DistributedTDM
Per-flowscheme
Per-flowscheme
802.11e EDCF
802.11e EDCF
AEDCFAEDCF
802.11e HCF
802.11e HCF
Thanks: TLC Networks Group – Politecnico di TorinoNomadic Communications: 802.111e 7
A QoS Standard for WLANs: IEEE 802.11e
3 1#��?@@@�5%6 $$�1A �@ � ���-��� �����$'''
3 1#�����<����(��#���������� �����:�(�;�� ��������������B ���#�6%%%
3 � ��� ���� �������������� ����� ��� ��
> @�#������#����������5%6 $$�B (����� ����������� ��������,
> ��������--����+���#����� ��������#���������-�� 4���� �4
> ������ �--����� ���������-��������:5�1�;
Thanks: TLC Networks Group – Politecnico di TorinoNomadic Communications: 802.111e 8
802.11e Standard
3 ������������������� �
3 �C D����#������:������)��;�
3 B (�@�#�����"�A ����> 1��--��� --��������������A ���������
> 1,�@�����(
> ?�������������� �#������+�5%6 $$
Thanks: TLC Networks Group – Politecnico di TorinoNomadic Communications: 802.111e 9
802.11e: QSTA, QAP, QBSS, HCF
3 (������������ 5%6 $$��� ������ ��,@�#����� ,����� :�,1(;
3 (� (������ 5%6 $$��� ������ ��, (���������� :�(�;
3 �,1(����(��� ��2� � �#� ����, 8����,����� ,�� :�8,,;
3 1#���� � ���������� -������� � 4����4�������)������� )+ ��������C +)�� ���������4������ :C 4;
Thanks: TLC Networks Group – Politecnico di TorinoNomadic Communications: 802.111e 10
TXOPs
3 1E=�"�1����� �����=��������+
> 1� ��������� ����� � #�# � �,1( #����#����#����������� �
> ?�����#���������� )+������������� ��������� �F� �� �������� :1E=�G�� �;
> 0 ��� ��)��# ������4�
Thanks: TLC Networks Group – Politecnico di TorinoNomadic Communications: 802.111e 11
802.11e Coordination Function
3 C +)�������������4������!�����������"
3 @� (�:@�#������� ���)�����#������(�����;!�����������)����!��������������������������+����������������������� ������#���� ��������-��--���������
3 C (�:C 4�����������#������(�����;!��������)����!�����������������-������������ �#������������������ �������������� �����--���������
Thanks: TLC Networks Group – Politecnico di TorinoNomadic Communications: 802.111e 12
802.11e QoS Mechanisms
5%6 $$���������� ����� ����������#�� �"��C +)�������������4�������:C 4;!���� �������-��� ������������ -�������
3 @�#������� ���)�����#������(������:@� (;
> (�)������+����-�5%6 $$�9��������� ���
3 C 4�����������#������(������:C (;
> C (������������4�
DCF
PCF
CFP CP
EDCA
HCCA
CPCFP
Thanks: TLC Networks Group – Politecnico di TorinoNomadic Communications: 802.111e 13
802.11e QoS Mechanisms
3 B (�������4@ :C +)�� ?�����??;
3 (��#���-�������"
> � ������� � ����������,���1��--�
> * (��"�* �������(�������������������������
> (��� �)��+
Thanks: TLC Networks Group – Politecnico di TorinoNomadic Communications: 802.111e 14
802.11e: Hybrid Coordinator
3 * �#� ���8,,������������� ������������������ �� ���������� ��� �,1(� �1#� ��#�C +)�� ��������� :C ;!����� ���+� ���� ����� � �#� ���(�
3 (��C #����#��������-����������#�������� ����������-��� ������ ���#���������������+������������"�> �������� ����� :�;!�� #�����,1(����������-����#���#�����������@� (�
> ���������4��� ����� :4�;!�� #��� C ���-���� #� � ���� �� ��� �#���#����� ����-�� � #�� �� ��� �# ��������� -��� ������ ��������
Thanks: TLC Networks Group – Politecnico di TorinoNomadic Communications: 802.111e 15
MAC 802.11e: HCCA
Beacon Beacon
CFP
Beacon Interval (BI)
CAP
CP
CAP
EDCA
HCCA
Thanks: TLC Networks Group – Politecnico di TorinoNomadic Communications: 802.111e 16
802.11e: EDCF3 ��@�#����� � ���)���� ��������� 4������ :@� 4;�
��-�� ���--��������� ���������#�� � )���� ������ ������ :+�� ��� ���F;���������� ��#�� �
3 ?� � �� �������� �-�,B (�(�� 4!�� �# �#���������-����--� ������� �� ������� ��, �����--�����������--�
3 @� 4�� ������� �� ������� -��� �� � �# �#����� � 5������+ ������ �-�5%6 $$�!�)�� � ����� �#�� ������+ .�����������������
3 @���+ -��� � ������ �� �#��B (���+�� -��� �)���!�� ��� #��� �������+ ����-�� :-��� %��� H;!�������1��--� ������+ ?����-����� :1?�;
Thanks: TLC Networks Group – Politecnico di TorinoNomadic Communications: 802.111e 17
802.11e: EDCF
3 1?� � ������ ������#����� -��� �-��#��B (�-��� �
3 @��# 5%6 $$���,1(�I��(��B 0 ,1�#��� -������������ (� �����
3 @��# (� ���� � 4?4=�����)�#���������������+ -��� �#����#��� �� -����� �#��,B (�(�B (��������� � ���������
Thanks: TLC Networks Group – Politecnico di TorinoNomadic Communications: 802.111e 18
802.11e: EDCF
Thanks: TLC Networks Group – Politecnico di TorinoNomadic Communications: 802.111e 19
802.11e: EDCF
3 (� �����--��������� )���� ����#�� ,B (������ �����"
> ���
> �� � �
> �� � �!
> "������ !� �
Thanks: TLC Networks Group – Politecnico di TorinoNomadic Communications: 802.111e 20
802.11e: EDCF
3 C �#�� �����+ (� ����������� ����� ������#�� ������ ���#����� * � ����#�� �������������������� � ����� ��������� �#���#�����
3 �������� ����� ����� )���� � �������> * � �J(K�
> * � �FJ(K�
> (?4,J(K
> )�2J(K�
> * J(!�K�� ������ � �# �#������� ,B (�(������
Thanks: TLC Networks Group – Politecnico di TorinoNomadic Communications: 802.111e 21
802.11e: EDCF
3 (�)������ ?����4��� � ,�����:(?4,;���)������ �#����� � ���� ?4,
3 @��# (?4,�� �������� � ?4,������
3 8�-�� ������� �#��)��2�-- �������������#L ����� ,����� � �� #��� �� � �� (?4,J(K!������� �-�� ?4,
Thanks: TLC Networks Group – Politecnico di TorinoNomadic Communications: 802.111e 22
Arbitraration IFS (AIFS)
802.11a: slot=9 µs, SIFS=16 µs, PIFS=25 µs, DIFS=34 µs, AIFS ≥34 µs
ACK
D
SIFS
SIFS
PIFS
AIFS[0](=DIFS)
AIFS[1]
MP
HP
LP
AIFS[2]
CW (in slots)
count down till idle, backoff when busy
defer access
Thanks: TLC Networks Group – Politecnico di TorinoNomadic Communications: 802.111e 23
Contention Window
3 * � �J(K�����* � �FJ(K
3 ���������* ���� �������"
[ ] [ ]( ) 11 −⋅+= bckACCWACCW oldnew
Thanks: TLC Networks Group – Politecnico di TorinoNomadic Communications: 802.111e 24
Backoff
802.11a: slot=9 µs, SIFS=16 µs, PIFS=25 µs, DIFS=34 µs, AIFS ≥34 µs
ACK
D
SIFS
SIFS
PIFS
AIFS[0](=DIFS)
AIFS[1]
backoff
backoff
RTS
CTS
SIFS
MP
HP
AIFS[2]
CW (in slots)
count down till idle, backoff when busy
defer access
backoffLP
Thanks: TLC Networks Group – Politecnico di TorinoNomadic Communications: 802.111e 25
Virtual Stations
3 @��#�(� �����)�#������2�����--�������������������:����������������� ����)��2�--;
3 ?-��#��)��2�-- ����������-��� ������ �������������(� ���#����� � �,1( ����#�%�����#����� ���� �!�����#�������������#���,1(����������������������)+����������#��1E=� ����#��(�� �#��#��#�#����0 �
3 1#����� ���������+���������)�#��������-��#����� ��������F��������������
Thanks: TLC Networks Group – Politecnico di TorinoNomadic Communications: 802.111e 26
802.11e: EDCF – Beacon Frames
3 L ����� �-�(?4,J(K!�* � �J(K���* � �FJ(K����������� ��� )+ �#���(������������ ����� �#� )����� -��� �� :���� ���+ ����+ $%%�� ���;
3 �,1(� � ��� �)�� �� �#��������� ����� �����
3 �,1(� � �+ ��� �#��� ����� ����� �� �#��� �#���(���#�����-�� �� ������� �� :���� �����-��#���F������ ���-��� ����;
Thanks: TLC Networks Group – Politecnico di TorinoNomadic Communications: 802.111e 27
802.11e: EDCF – Virtual Collisions
3 @���+ (�� �#� ���,1(�)�#���� �� - � � ����� ���������� ������!�� �# �� �� � B (������ ����� (?4,J(K���* J(K
3 ,��L����� ,������ :(� �����;�� �#� ���,1(�������� -�� �#���#�����
3 ?������� �������� )��� ��� �--����� (� ���������� �������+!�� �#��� ���� �-����������
3 1#��1E=������ �� �#��#�#��� �����+ (������#����#��� )�#��� �� - �#��� � �� �������������
Thanks: TLC Networks Group – Politecnico di TorinoNomadic Communications: 802.111e 28
802.11e: EDCF – Collisioni Virtuali
Thanks: TLC Networks Group – Politecnico di TorinoNomadic Communications: 802.111e 29
802.11e: TXOP
3 1E=��� �#���� ��������� ��� #�# ��,1(�� �+��� �#���#�����
3 ?������ ���� �� ����������������!������ �#����������� � ���� ����-�� ���� 0 !�)�� ����)� -��� ��+ ���������� �� 0 � :�#� ���� � ��� � �����-��� ���#����������;�
3 * J(K�� � ������ � �# ����� ����� �-������ ��� :�-�������������-������;����������� ��� :����� ��� ��#����;"
� �� * J(K�M�::=��* J(K�N�$;�O�6;�� $
Thanks: TLC Networks Group – Politecnico di TorinoNomadic Communications: 802.111e 30
802.11e: EDCF3 ,�� ��� ��������� �-�1?� �� (�"
8����@--���%6
8����@--���%$
L���/H
L���/P
L���6&
L���6.
L�������)�$/
8����@--���%%
1��--����������
(1?�
Thanks: TLC Networks Group – Politecnico di TorinoNomadic Communications: 802.111e 31
EDCA Bursting
3 =�����#���������#��������������������#��� ���� !�������)������� ������������ �����#�������-��� �� �#������������������
3 1#���������������������� � ��������#���1E=�G�� �
3 (Q�-��� � )+ -��� � ���8���� (Q
3 ,?4, �������)��� �������2����:����������������;
Thanks: TLC Networks Group – Politecnico di TorinoNomadic Communications: 802.111e 32
EDCA Bursting: Pros / Cons
3 #���
> ������� ���� ��2�����#���
> ?�������� �#����#��� :,?4,�����)�����(Q�;
> 8������-������ �� �����#����� �������+� �����"������������+ �- �#��-��� �����!����,1(��������1E=������+��� ����� ��������������
3 @ � !�,1(�(����� &%%�8�-��� �9�,1(�8����� $Q�8�-��� � �1#�� 8�� ���� ��� #�#�� �#����#��� ��5%6 $$!�� #�� ��5%6 $$��)��#������� �����F� ����+ ��� � �#����#���
Thanks: TLC Networks Group – Politecnico di TorinoNomadic Communications: 802.111e 33
EDCA Bursting: Pros / Cons
3 �� �
> ����)�������������-�����+ <����
> 1E=�G�� � �#���������)����������#����#���� ���� �����-��������� ���� �#���������������-��� �
3 ?����+������@� (�����������������#����� ���2�����2���-����������)���
Thanks: TLC Networks Group – Politecnico di TorinoNomadic Communications: 802.111e 34
802.11e: HCF
3 C �� �+ ���������1E=�� �� #� ���- :�(�;��������#�� �,1(�
3 ,��-���������� � ���� �� ������ � B ,� 0 �!���������� �-���������� � �+ �������#������2���� ���2 ��-������
3 (�������� �� (������)� ���� �-�������������������� ?����4��� � ,�����:�?4,;�������?4,�R�� ?4,
3 C �:�(�;�#�� �����+ �������#�� ������� ����� �+ �������� ������ ��������4�������� ���������� -��� �
Thanks: TLC Networks Group – Politecnico di TorinoNomadic Communications: 802.111e 35
802.11e: HCF
3 1� ��� ������ )��� ��� ��������� -��������� :4�;�������������� ������ :�;!��#���������������� ����#�+ �+������+
3 (��� ����� 4��N�����-��� ��������,����-�� ���-�5%6 $$�
3 1#��������)� ��������� )+ ��#�� ���������-��� ������ ������ (��
Thanks: TLC Networks Group – Politecnico di TorinoNomadic Communications: 802.111e 36
802.11e: HCF
Thanks: TLC Networks Group – Politecnico di TorinoNomadic Communications: 802.111e 37
MAC 802.11e: HCCA
AP
STA1
STA2
Poll +Data
NAV
Ack +Data
Ack
Ack +Data
NAV
Poll +Ack +Data
Ack +Data
NAV
CF-
Null
TXOP 1 TXOP 2
Ack +Data
earlychannel release
Thanks: TLC Networks Group – Politecnico di TorinoNomadic Communications: 802.111e 38
802.11e: HCF – QoS CFPoll Frame
3 * �#� ���!�1E=��� ������ ��� ��#��"> 1#����#��@� 4������ :-��� �#����� N�(?4,�N�8=�N�1E�� �;
> 1#����#������� -��� �!������� ��, 4����!����� )+ C ��� ��������
3 ��, 4���� � ���� �-�����?4,!����� �# �����+� �� ��+ ��#�� ���--�
3 ?����� �#��� � ��� ��)���--������ )��� ��� ��4������(�� �� ��-��� �)��� �
Thanks: TLC Networks Group – Politecnico di TorinoNomadic Communications: 802.111e 39
802.11e: HCF – QoS CFPoll Frame
3 � ���� 4�!�1E=�� �������� ������ ��� )+ C ��������, 4���� ����)� ���+)��2�� � �# ���������(Q� - ������
3 ,������ ��� ������ ����� (L����������� ��������#���#�����
3 1#��4��� ��� ���� ������ �#� ���� ������-��� �#� �#��)������ ����� � ���� ����� )+ �#��4�@�� -��� � ���� )+ C
Thanks: TLC Networks Group – Politecnico di TorinoNomadic Communications: 802.111e 40
802.11e: HCF – QoS CFPoll Frame
3 ��, 4����� -��� � � �� ��������� � �# �#��5%6 $$���� ���� ���!�-�� )��2� ��� ��� ���)��+� ������� ��� (L�-��� �#�������+ ������� ������� �� ���� ����-����
3 � (L�����-+ �#��� #��� 1E=���������
3 �����+ ������� ��C 4��������+ ��� �#���������
Thanks: TLC Networks Group – Politecnico di TorinoNomadic Communications: 802.111e 41
802.11e: HCF – Controlled Content.
3 ?� ��� F�)��� ��� ������ ������������� )����
3 ,#���� ���������� )����� ����-��� ����� �#����������� ����� ��������� ������
3 1#����������� �������� � ��#���� �� �������+ -�� �(���� ��������-�� �,1("> �,1(����-+ �(����� ����������� �� �����!��(���������������#����������+ 1E=�� ���������
> � ?--����� -��� ���������������!�)������ ��
Thanks: TLC Networks Group – Politecnico di TorinoNomadic Communications: 802.111e 42
802.11e: HCF – Controlled Content.
3 �(����-��� - �#��� ������������� �� ����-+�� �����"�?- �����)�� ��#������ �#���#����� :?@@@�5%6 $$������ ��� ����-+ ��#������ ������#� �!��#��� ���������-�� �������# ������� �������� ���� �������;�
�1#������ �� �� ������� ����)� ����������!���<������������������� �� ��� ��������� � �# ����� �� �����+
Thanks: TLC Networks Group – Politecnico di TorinoNomadic Communications: 802.111e 43
HCCA
3 C (��--������+�������������������������� ������#�������������)+�������������#���#����� �#����#��#��C
3 ?����)��2� ������� ���)���� �#�)����� 4��4
3 8����������������-��,1(� )+��#��C ��
Thanks: TLC Networks Group – Politecnico di TorinoNomadic Communications: 802.111e 44
HCCA
������������������$��%
3 C (������������������4�
3 0 ��� 1E=���� #�# �������������#����#�C �:��C (S;
> C ���������� 1E=�� )+ ���� ��,�4����� -��� ��
> ?����!��#���� ��������� ����� � #�# 1E=�� ����������)+ C �� ������ (��:��������� (�����������;
> 5�1��--�����������:1�;
Thanks: TLC Networks Group – Politecnico di TorinoNomadic Communications: 802.111e 45
HC Behavior in HCCA
3 (������� �� C ("
> C �� �+����������1E=�� �� ����- �� ������ � B ,� 0 �� #������ � � ����!�#�� ���� ���+ �-����#���� ������ �#���#����� ��� -�� �?4,
> ?���!��#��C ��������� �#��4����� -��� � �-�������?4,���������!��#�� ������� ��(�
> ?��4�!����+��#��C �����������1E=�������,1(��)+���������#��4������-��� �
> 1#��4��������-�����#���� ������������)+�C ����#��)������-��� �����)+��#��4�@�� -��� � -��� C
Thanks: TLC Networks Group – Politecnico di TorinoNomadic Communications: 802.111e 46
QSTA Behavior in HCCA
3 (��,1(�)�#���� �� -����� �
> ?�����,1(� ����������1E=���#��2� �� ��4����� -��� ������ )+ C ������ (��!���#��� �� �#�+ ������� @� (
> ?��4�!��,1(� ������ ����� �� �������� �#���#����� ����#�� �� � )�� � �� -�� ��4����� -��� � -��� �#��C
3 1#��C �������� �#��1E=��������� �� )� ���� ���#��4�����-��� � :��,�������� -���;
> �����+���������2����������)+�� (L � #������ �#�+ ��������4����� -��� �
Thanks: TLC Networks Group – Politecnico di TorinoNomadic Communications: 802.111e 47
802.11e Superframe
� ������#���! � 1E=��� �+ )����)������"
3 1#��� ���� ��������� �������)�������)���������@� (�������:@� (�1E=�;
3 1#��,1( ������������������������-��� ��-��� �C �:�������1E=�;
802.11e periodic superframeContention Free Period, CFP Contention Period, CP
beacon QoS CF-Poll
TXOP
CF-End
TXOP TXOP TXOP
QoS CF-Poll
DATA/ACK(polled by HC)
DATA/ACK
RTS/CTS/DATA/ACK(after DIFS+backoff)
TX by HC
TX by QSTAs
time
Thanks: TLC Networks Group – Politecnico di TorinoNomadic Communications: 802.111e 48
Polling in HCCA
3 ����������������������2�+���C (
> 1��--����#�������: � !�#�� ��,1(� ����������;�����������-��
> �,1(� ���������������������#��C �����#��� ������������� �����������#���������1E=�!�:�#����#��#����,���������-�����������-��� ��;
> �,1(� ���������(� � 1,��� �������������������� ����--��������
Thanks: TLC Networks Group – Politecnico di TorinoNomadic Communications: 802.111e 49
Traffic Signaling
3 1� ���+�����-�������� ���--���������������"
> ������������� ������������������
3 @ � !�(������������ ������� ���"����-������������������������)��� ��������������� ������
> 1,�@�:1��--��,���-�����;�)��� ����C �����,1(�
3 @ � !�����������������������������������������
Thanks: TLC Networks Group – Politecnico di TorinoNomadic Communications: 802.111e 50
Traffic Signaling
3 1,�@������#��)����-���(
3 ��, � �#����(���� ����)���
3 ��, �������������-��� ������������2���
3 4��� ����������������:���� ���+;�
3 4��� ������)�����������:��� ��� ��;
Thanks: TLC Networks Group – Politecnico di TorinoNomadic Communications: 802.111e 51
Resource Scheduling
3 � ���������������)��2� ������� ���)��+> 1#�����������#���<��������-�������� �� �:,,;
3 C 4���� ���� ���������#��(�> C (���#�����������-��������-�C 4
3 �� ���� ���� �-����--� -��� � ������������ ���#��1��--� ,���-������ :1,�@;"> B �F� �� !�� �� �� ������ ��� ��������> B �F� �� ������� ��� ��� �-��#��B ,� 0 �> B �F� �� ,����� ?������� ����& ��' "�� (> ?������+ ?�������> T