WLAN QoS

WLAN QoS简介

802.11 网络提供了基于竞争的无线接入服务，但是不同的应用需求对于网络的要求是不同的，而原始的网络不能为 不同的应用提供不同质量的接入服务，所以已经不能满足实际应用的需要。

IEEE 802.11e 为基于 802.11 协议的 WLAN 体系添加了 QoS 特性，这个协议的标准化时间很长，在 这个过程中， Wi-Fi 组织为了保证不同 WLAN 厂商提供 QoS 的设备之间可以互通，定义了 WMM （ Wi-Fi Multimedia ， Wi-Fi 多媒体）标准。 WMM 标准使 WLAN 网络具备了提供 QoS 服务的能力。

WMM协议

在 802.11 协议中 DCF （ Distributed Coordination Function ，分布式协调功能）规定了 AP 和客户端使用 CSMA/CA （ Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance ，载波监听 / 冲突避免）的接入方式。在占用信道发送数据前， AP 或客户端会监听信道。当信道空闲时间大于或等于规定的空闲等待时间， AP 或客户端在竞争窗口范围内随机选择退避时 间进行退避。最先结束退避的设备竞争到信道。在 802.11 协议中，由于所有设备的空闲等待时间、竞争窗口都相同，所以整个网络设备的信道竞争机会相同。

1. EDCA参数

WMM 协议通过对 802.11 协议的增强，改变了整个网络完全 公平的竞争方式，将 BSS （ Basic Service Set ，基本服务集）内的数据报文分为 4 个 AC ，高优先级的 AC 占用信道的机会大于低优先级的 AC ，从而使不同的 AC 能获得不同级别的服务。

WMM 协议对每个 AC 定义了一套信道竞争 EDCA 参数， EDCA 参数的含义如下所示。

l              AIFSN （ Arbitration Inter Frame Spacing Number ，仲裁帧间隙数），在 802.11 协议中，空闲等待时长（ DIFS ）为固定值，而 WMM 针对不同 AC 可以配置不同的空闲等待时长， AIFSN 数值越大，用户的空闲等待时间越 长，为 图1 中 AIFS 时间段；

l              ECWmin （ Exponent form of CWmin ，最小竞争窗口指数形式）和 ECWmax （ Exponent form of CWmax ， 最大竞争窗口指数形式 ) ， 决定了平均退避时间 值， 这两个数值越大，用户的平均退避时间越长，为 图1 中 Backoff slots 时间段；

l              TXOPLimit （ Transmission Opportunity Limit ，传输机会限制），用户一次竞争成功 后，可占用信道的最大时长。这个数值越大，用户一次能占用信道的时长越大，如果是 0 ，则每次占用信道后只能发送一个报文。

图1 WMM 对每个 AC 赋予不同的信道竞争参数

2. CAC准入策略

CAC 的基本原理是客户端只有获得 AP 的批准，才能以高优先级的 AC 发送数据，否则只能使用低优先级的 AC ，保证了已经获得批准的客户端能够获得 需要的带宽。这里将各种传输报文分为两类：实时业务流（需要 CAC 控制的流，包括 AC-VO 和 AC-VI ）和普通数据流（不需要 CAC 控制的流，包括 AC-BE 和 AC-BK ）。

如果客户端需要使用高优先级的 AC ，则需要进行请求， AP 按照如下介绍的算法，计算是否允许客户端使用，并将结果回应给客户端。

l              基于信 道利用率的准入策略：计算 1 秒内所有已接入的高优先级 AC 占用信道的时间，以及请求以高优先级接入的 AC 占用信道的时间，二者相加，如果小于或等于用户配置的最大信道占用时间，则允许该流以请求的优先级 接入。否则，拒绝请求。

l              基于用户数量的准入策略：如果高优先级 AC 中客户端数量加上请求接入的客户端，小于或等于用户配置的该高优先级 AC 的最大用户数，则允许该流的请求。否则， 拒绝请求。如果一个客户端同时接入 AC-VO 和 AC-VI 优先级业务流，接入客户端的个数按 1 计算。

3. U-APSD节能模式

U-APSD 是对原有节能模式的改进。客户端 在关联时可以指定某些 AC 具有触发属性，某些 AC 具有发送属性，以及触发后最多允许发送的数据报文数量。触发和发送属性还可以在通过连接准入控制创建 流的时候进行更改。客户端休眠后，发往客户端的属于具有发送属性 AC 的数据报文将被缓存在发送缓存队列中，客户端需要发送属于具有触发属性 AC 的报文以获取发送缓存队列中的报文。 AP 收到触发报文后，按照接入时确定的发送 报文数量，发送属于发送队列的报文。没有发送属性的 AC 仍然使用 802.11 定义的传统方式存储和传送。

4. SVP服务

SVP 服务是实现对 IP 头中 Protocol ID 为 119 的 SVP 报文的处理功能，将其放入指定的 AC 队列中。由于 SVP 规定 SVP 报文不需要进行随机退避，所以当对应 AC 队列中只有 SVP 报文时，可以将 ECWmin 和 ECWmax 均设置为 0 。

5. ACK策略

协议规定 ACK 策略有两种： Normal ACK 和 No ACK 。

l              No ACK （ No Acknowledgment ）策略， 是针对通信质量较好，干扰较小的情况下，在无线报文交互过程中，不使用 ACK 报文进行接收确认的一种策略。 No ACK 策略能有效提高传输效率，但在不使用 ACK 确认的情况下，如果通信质量较差，即使接收端没有收到发送包，发送端也不会重发，所以会造成丢包率 增大的问题。

l              Normal ACK 策略是指对于每个发送的 单播报文，接收者在成功接收到发送报文后，都要发送 ACK 进行确认。