В рубрику "Решения операторского класса" | К списку рубрик | К списку авторов | К списку публикаций
Ле Чан
ОльгаПроблема организации сетей с высокой плотностью устройств становится все более актуальной в связи с развитием Интернета вещей и мультисервисных сетей высокой плотности. Сеть с высокой плотностью устройств, генерирующих трафик различных классов и работающих в одном довольно узком частотном диапазоне, сталкивается с проблемой существенного ухудшения качества предоставляемых сервисов. Разработка новых алгоритмов обслуживания WLAN с учетом специфических требований к услугам является одним из методов повышения качества обслуживания в сетях IEEE802.11 с высокой плотностью устройств.
Как известно, IEEE 802.11 [1] определяет два режима работы: DCF (Distributed Coordination Function) и PCF (Point Coordination Function), который за счет поддержки режима без конкуренции хорошо подходит для приложений с высокими требованиями к задержкам, но довольно нестабилен. IEEE 802.11e TG [2] предлагает некоторые поправки к стандарту, но проблема передачи трафика с переменной скоростью остается. Существует ряд механизмов, ориентированных на работу со списками опроса и управления ими [3–6], однако они или не решают проблему скрытых узлов, или не учитывают трафик с высокими требованиями к задержке.
В [7] мы предложили объединить режимы доступа PCF и DCF для назначения права доступа к среде точкам доступа (AP) и станции (STA). Основная идея механизма состоит в переносе процесса конкуренции на точки доступа, что оправдано в WLAN высокой плотности.
Весь трафик разделен на четыре типа, и каждому типу сопоставлены значения задержки [8]. Выбор задержки в качестве критерия обусловлен конкуренцией между точками доступа: право доступа к среде станциям, имеющим трафик с жестким требованием к задержкам, обеспечивается как первоочередное. В предлагаемом механизме конкуренция происходит между точками доступа, а не между станциями (см. рис. 1).
Доступ к среде основывается на значениях приоритета группы m и параметре конкуренции k. Предложенный механизм использует приоритезацию на двух этапах. Первый этап: в конкуренции между APs одна точка доступа может получить право на доступ к среде, что позволяет разделить их по различным группам m в соответствии с приоритетом трафика. Второй этап: APs используют механизм мультиопроса в группе m. Таким образом, механизм позволяет AP планировать последовательность опроса, основываясь на полученной информации от всех STAs.
В предлагаемом механизме DCF_out точка доступа контролирует среду и не должна конкурировать с любыми другими точками доступа или станциями. Осуществление передачи "вниз" (downlink) должно проходить согласно системе приоритетов: кадр, полученный AP, вставляется в down-link-буфер в соответствии с его приоритетом. Это приводит к более низкой задержке доступа к среде для трафика более высокого приоритета. Если продолжительность периода недостаточна для передачи всех downlink-кадров, то оставшиеся кадры будут переданы в следующем периоде в первоочередном порядке.
После окончания downlink-передачи эта AP будет ждать в течение интервала SIFS, а затем выполнит мультиопрос согласно PCF_in. После истечения SIFS осуществляется два процесса: PLU-период (период обновления списка опроса – Polling List Update period) и MPP-период (период мультиопроса по приоритету – Multi-Polling-Prioritized period). PLU-период является процессом обновления/удаления STAs списка опроса, который будет использоваться в следующем периоде механизмом DCF_out, чтобы конкурировать за право доступа к среде. Если новые станции, которые принадлежат к малым группам m (имеющим более высокий приоритет), обновляются к старому списку опроса, то станции в больших группах m (имеющих более низкий приоритет) могут потерять возможность получить доступ к среде. Чтобы избежать этой ситуации, PLU-период должен выполняться только тогда, когда текущая группа m является самой большой группой m в списке опроса A P, что позволит не только уменьшить расходы опроса PLU-кадров, но и избежать долгого ожидания станции, имеющей более низкий приоритет.
PLU-процесс происходит следующим образом: за интервал SIFS после Beacon-кадра AP посылет PLU-кадр всем STAs. Станции отвечают PLUR-кадрами (Polling List Update Response frames), которые содержат необходимую информацию для создания нового списка опроса. Для реализации предлагаемого механизма переопределим поле Frame Control в IEEE 802.11-2012, для чего используем зарезервированный тип и подтип в поле Frame Control (b2 b3, b4-b7).
MPP является процессом передачи "вверх" (uplink), в которой вводится механизм мультиопроса с помощью MPP-кадра для опроса STAs в текущей группе m. После окончания PLU-периода точка доступа будет ждать интервал SIFS, после чего посылает MPP-кадр для опроса всех STAs в группе m. Каждая STA будет иметь определенное значение TXOP и Count. Станции, которые получили MPP-кадр, будут использовать соответствующее значение Count, чтобы выполнить передачу в определенном порядке:
Так как длительность MPP-периода ограничена, то STAs, которые не успели передать данные, возобновят передачу в следующем периоде, находясь в начале списка опроса.
Расчет TXOP (Transmit Opportunity) основывается на средних значениях и номинальной длине MSDU [1] и имеет много недостатков, которые были ранее отмечены в ряде исследований. Для поддержки VBR-трафика предлагается пересчитывать значение TXOP для каждого потока трафика на основе информации, собранной в Uplink parameters PLUR-кадров. Это означает, что TXOP будет пересчитан на основе фактического размера (Sizei) следующего MSDU кадра:
В случае наличия у станции более одного потока данных TS (Traffic Stream) размер Sizei будет представлять сумму всех длин последующих кадров в байтах.
Расход опроса (PO – Polling overhead) представляет собой время, затраченное на неудачные попытки опроса. Для PCF в IEEE 802.11:
где N – число станций в BSS; pN – количество STAs, которые не осуществляют передачу и будут отвечать нулевыми пакетами (Null); Tpoll_Fail – время ответа только Null-пакетами; Tpoll и TNull – время отправки кадра опроса и Null-кадра соответственно.
Для предлагаемого механизма мультиопроса (ММО) рассмотрим два случая:
1. Есть PLU-период, т.е. текущая группа m наибольшая и система должна обновить новый список опроса, тогда:
2. Нет PLU-периода:
где TMPP, TPLU, TPLUR – время отправки MPP-, PLU-, PLUR-кадров соответственно. k – число STAs в текущей группе m или количество активных STAs.
На рис. 2 приведены результаты сравнения предлагаемого механизма мультиопроса с существующими механизмами опроса в сетях Wi-Fi [3–6]. Легко видеть, что при возрастании количества активных STAs предлагаемый механизм мультиопроса дает наилучший результат.
Использование двухэтапного доступа к среде на основе приоритезации позволяет существенно улучшить задержки при условии использования технологии Wi-Fi в сетях высокой плотности, за счет обеспечения активности только одной точки доступа в заданный период времени. Для сравнения использовались механизмы PCF, традиционно используемые с IEEE 802.11, а также три механизма, предложенные другими исследователями. В дальнейшем необходимо решить проблему скрытого узла и расчета TXOP в случае поддержки нескольких потоков данных, принадлежащих разным группам QoS.
Литература
Опубликовано: Журнал "Технологии и средства связи" #1, 2017
Посещений: 3517
Автор
| |||
Автор
| |||
В рубрику "Решения операторского класса" | К списку рубрик | К списку авторов | К списку публикаций
