Планирование QoS в сети 802.11

Стандарт IEEE 802.11 WLAN [1] поддерживает низкоскоростные приложения и обеспечивает наилучшее обслуживание на уровне MAC. Широкое использование мультимедийного контента в реальном времени наряду с развертыванием критически важных приложений, чувствительных к времени, привело к необходимости обеспечения поддержки QoS в сетях 802.11. Для этого IEEE 802,11 TGe представила QoS как часть поправок IEEE 802 .11e к спецификации IEEE 802,11. Обеспечивая поддержку QoS, уровень IEEE 802.11 MAC определяет приоритеты данных приложения и выделяет больше ресурсов высокоприоритетному трафику по сравнению с низкоприоритетным трафиком.

Моделирование сети QoS

В этом примере моделируется сеть WLAN с пятью узлами, как показано на этом рисунке. Эти узлы реализуют множественный доступ с учетом несущей с предотвращением коллизий (CSMA/CA) с физическим восприятием несущей и виртуальным восприятием несущей. Физическое обнаружение несущей использует механизм оценки свободного канала (CCA), чтобы определить, занята ли среда перед передачей. Тогда как обнаружение виртуальной несущей использует квитирование RTS/CTS для предотвращения проблемы скрытого узла.

Каждый узел может быть одновременно сконфигурирован с этими четырьмя типами трафика приложений:

AC, присутствующий на уровне MAC, идентифицирует тип и приоритет трафика приложения.

Уровень MAC реализует алгоритм EDCA для доступа к каналу для передачи. Параметры конкуренции EDCA разработаны таким образом, что высокоприоритетный трафик получает больше возможностей передачи, чем низкоприоритетный трафик. Конфигурация по умолчанию назначает приоритет трафику приложения в следующем порядке: фоновый, оптимальный, видео и голос. Однако даже после использования этих параметров конкуренции существует вероятность того, что более одного переменного тока получат возможность передачи одновременно, что приведет к внутреннему столкновению. При возникновении внутреннего столкновения:

Этот пример отличается от примера измерения MAC 802.11 и пропускной способности приложений как нескольких приложений на уровне приложений для генерации трафика различных типов.

Конфигурация модели

Можно настроить размер пакета приложения, выполнив следующие действия:

Дополнительные параметры конфигурации см. в документе Измерение MAC 802.11 и пропускной способности приложений. Чтобы добавить дополнительные узлы в сеть, скопируйте и вставьте любой существующий узел в сеть.

Результаты моделирования

В этом примере генерируются аналогичные результаты, полученные при измерении MAC 802.11 и пропускной способности приложений. Эти результаты включают в себя:

Визуализация во время выполнения, показывающая время, затраченное на соперничество в канале, передачу и прием для каждого узла. На этом графике показаны переходы состояния MAC относительно времени моделирования.

Во время моделирования необязательный график визуализации во время выполнения отображает количество кадров, поставленных в очереди передачи MAC для выбранного узла. Состояние во время выполнения буферов передачи уровня MAC можно наблюдать с помощью кнопки «Observe MAC queue lengts» в приведенной выше визуализации.

Гистограмма, показывающая метрики для каждого узла, такие как количество переданных, принятых и отброшенных пакетов на уровнях PHY и MAC. На этом графике показана статистика сети в конце моделирования.

Файл MAT «statistics.mat» хранит подробную статистику для каждого уровня и узла в сети. Так как этот пример имеет несколько приложений, уровень MAC передает пакеты данных от различных AC. Вы можете наблюдать количество передач от каждого AC в 'MACAC0DataTx', 'MACAC1DataTx', 'MACAC2DataTx' и колонках 'MACAC3DataTx' 'statisticsTable', сохраненного в 'statistics.mat'. В данном моделировании количество передач на AC прямо пропорционально приоритету AC.

В дополнение к приведенным выше результатам, в этом примере показаны задержки MAC всех ACs для выбранного узла на графике, а также создается MAT-файл macLatingLog.mat. Этот файл содержит информацию о каждом кадре MAC, например:

Эта информация используется для вычисления задержек MAC на пакет. В данном случае задержка MAC является временной задержкой между пакетом, поступающим в MAC с прикладного уровня и очищаемым от MAC. Пакет очищается от MAC в следующих сценариях:

Голосовой трафик имеет наивысший приоритет и, следовательно, имеет наименьшую задержку. В то время как наименьший приоритет фонового трафика приводит к наибольшей задержке.

Дальнейшие исследования

Опции конфигурации:

В этой модели можно настроить параметры конкуренции MAC для каждого AC. Параметры конкуренции для каждого AC хранятся в «macConfigation.mat» как структура, содержащая три поля, а именно aifsn, cwMin и cwMax. Путем изменения этих параметров конкуренции можно изменить приоритет AC (Best-effort/Background/Video/Voice). Для этого можно включить несколько приложений в узле и изменить параметры конкуренции трафика. Чтобы изменить параметры конкуренции, используйте следующий код:

% Change the contention parameters for Background traffic
backgroundContentionParams.cwMin = 15; % CW minimum
backgroundContentionParams.cwMax = 1023; % CW maximum
backgroundContentionParams.aifsn = 7; % AIFSN slots

% Change the contention parameters for Best-effort traffic
bestEffortContentionParams.cwMin = 15; % CW minimum
bestEffortContentionParams.cwMax = 1023; % CW maximum
bestEffortContentionParams.aifsn = 3; % AIFSN slots

% Change the contention parameters for Video traffic
videoContentionParams.cwMin = 7; % CW minimum
videoContentionParams.cwMax = 15; % CW maximum
videoContentionParams.aifsn = 2; % AIFSN slots

% Change the contention parameters for Voice traffic
voiceContentionParams.cwMin = 3; % CW minimum
voiceContentionParams.cwMax = 7; % CW maximum
voiceContentionParams.aifsn = 2; % AIFSN slots

% Save updated contention parameters to 'macConfiguration.mat'
save('macConfiguration.mat', 'backgroundContentionParams', 'bestEffortContentionParams', 'videoContentionParams', 'voiceContentionParams');

Связанные примеры

Для дальнейшего изучения см. следующие примеры:

В этом примере можно настроить и смоделировать планирование трафика QoS MAC в сети 802.11 с использованием модели Simulink для анализа задержек MAC в каждом AC. В этой модели параметры конкуренции MAC для каждого AC могут быть сконфигурированы для изменения приоритета трафика приложения на уровне MAC. В этом примере делается вывод о том, что речевой трафик, имеющий наивысший приоритет, имеет наименьшую задержку. В то время как фоновый трафик, имеющий наименьший приоритет, приводит к наибольшей задержке.

Приложение

Вспомогательные функции и объекты, используемые в этом примере:

Ссылки