CRC 2002 Faro, 26-27 de Setembro 2002

Luísa Caeiro

Rui Rocha

QoS em redes locais sem fiosEstado da arte e novas soluções

Introdução QoS em redes locais sem fios (evolução histórica) QoS em redes 802.11 (estado da arte) Novas soluções em 802.11

• Mecanismo de quotas • Mecanismo de diferenciação por prioridades • Aspectos práticos para implementação das soluções

Considerações finais

Trabalho futuro

Sumário

Introdução

Diminuição dos preços permitiu um crescimento explosivo nas vendas de redes WLAN.

Norma 802.11 é a tecnologia WLAN dominante. Aplicações mais exigentes no que se refere a e.g. atraso, jitter,

ou garantia de largura de banda mínima Duas questões devem ser consideradas:

erros de ligação como concretizar políticas globais de gestão de QoS sem

introduzir paralelamente os necessários mecanismos de controlo de QoS ao nível do MAC.

QoS em redes locais sem fiosEvolução histórica – IEEE802.11

A especificação 802.11 original utiliza um MAC baseado na contenção e como tal não fornece mecanismos que satisfaçam requisitos de QoS.

O PCF é introduzido para suportar serviços de tempo real

A especificação 802.11e fornece as extensões necessárias ao MAC 802.11 para suporte de QoS.

IEEE802.11 Método de acesso básico

QoS em redes locais sem fiosEvolução histórica – Hiperlan I/II

ETSI apresentou a Hiperlan I com um mecanismo de acesso onde existiam 5 níveis de prioridade

Na Hiperlan II o acesso é totalmente diferente, baseado em TDD

Não existem produtos baseados nestas normas

Hiperlan I Controlo no acesso ao meio

QoS em redes 802.11Estado da arte

PCF Mecanismos sobre DCF

Diminuição do IFS Diminuição do período aleatório de Backoff Black-burst

Mecanismos sobre PCF/DCF Effort limited fair (ELF)

IEEE802.11e

QoS em redes 802.11PCF

Mecanismos de QoS relacionados com o tipo de escalonamento associado à interrogação das estações

Desvantagens: não ser correntemente suportado pela maioria das

implementações não ser escalável ser limitado no caso de múltiplas BSSs

Prioridade no acesso ao meio controlada através do uso de diferentes intervalos entre a transmissão das tramas.

Um intervalo mais curto implica que o período de backoff se inicie antes permitindo que uma estação reuna todas as condições necessárias para transmitir antes das outras.

Desvantagens: Acesso à alteração do IFS Não garante explicitamente a diferenciação

QoS em redes 802.11Mecanismos sobre DCF – Diminuição do IFS

QoS em redes 802.11Mecanismos sobre DCF – Diminuição do backoff

O tempo de backoff é calculado em função do time-slot e do número aleatório entre 0 e CW (varia entre CWmin e CWmax ).

Duas ou mais estações que iniciem o procedimento de backoff ao mesmo tempo mas com diferentes valores de CWmin , a estação cujo CW seja menor é a que deverá transmitir primeiro.

Desvantagens: Acesso à alteração de CWmin e CWmax Não garante explicitamente a diferenciação

O Black-burst tem como objectivo minimizar o atraso para o tráfego de tempo real

Após transmitir um black-burst, a estação escuta o meio para verificar se alguma outra estação enviou um black-burst de maior duração, o que lhe permitirá aceder primeiro ao meio

As limitações deste mecanismo são: permite apenas dois níveis de QoS ser sensível à localização das estações

QoS em redes 802.11Mecanismos sobre DCF – Black-burst

QoS em redes 802.11Mecanismos sobre PCF/DCF – Effort limited fair (ELF)

Utiliza-se a definição de um factor de potência para encontrar o débito esperado pelo utilizador sujeito a um esforço despendido limitado

O tráfego com restrições temporais é considerado no período PCF: O PC ajusta o peso de cada fluxo (no caso de WFQ) em

resposta à sua taxa de erros, até um peso máximo definido pelo seu factor de potência

QoS em redes 802.11Mecanismos sobre PCF/DCF – Effort limited fair (ELF)

O restante tráfego considerado no período DCF: compensação dos erros feita globalmente através da

atribuição de um maior ou menor período DCF de acordo com o factor de potência do agregado.

Este mecanismo evidencia dois tipos de problemas: os inerentes à utilização do modo PCF referidos atrás tratar todos os fluxos de dados (no modo DCF) como um

único fluxo global, o que apenas compensa a média de erros de todos os fluxos.

IEEE802.11e Extensão da norma 802.11 para suportar

aplicações com requisitos de QoS Inclui novos mecanismos ao nível do MAC:

EDCF e HCF No EDCF, o suporte de QoS é realizado

com a introdução de classes de serviço designadas por Traffic Categories (TC)

IEEE802.11e Cada classe de serviço combina essencialmente

dois parâmetros para fornecer diferenciação: Os valores máximos e mínimos da janela de contenção O valor do intervalo entre tramas

A base de funcionamento do HCF está na estação que tem a função de coordenador centralizado (HC)

Uma estação pode implementar até oito instâncias com diferentes parâmetros de QoS

IEEE802.11e

IEEE802.11e

Novas soluções em 802.11Mecanismo de quotas

O número de transmissões de cada estação é limitado através de uma quota

Este limite permite que estações sujeitas a erros e/ou de menor prioridade também possam transmitir

O AP atribui quota em função de: número de estações dimensão média das tramas transmitidas dimensão do período de escalonamento

Novas soluções em 802.11Mecanismo de quotas

Cada estação deixa de tentar transmitir num dado período de escalonamento quando gasta a sua quota

A quota é transferida para o próximo período de escalonamento sempre que não seja gasta

Pode gerar situação de overbooking devido à transferência de quota para o próximo período de escalonamento.

Novas soluções em 802.11Mecanismo de quotas

Pode haver algum “descontrolo” sobre as quotas distribuídas em cada momento devido a: estações sujeitas a taxas de erros elevadas estações com baixas taxas de erros às quais

foram atribuídas quota mas que não a utilizaram

Um escalonador adaptativo pode ultrapassar esta situação

Novas soluções em 802.11Mecanismo de quotas

Desvantagens: permite que estações com mensagens para

transmitir e com o meio disponível para transmissão, não o possam fazer por falta de quota.

Este mecanismo permite diferenciar entre várias classes de serviço mas não atribuir prioridades às mesmas.

Novas soluções em 802.11Mecanismo de diferenciação por prioridades

Cada período de escalonamento é dividido em vários períodos de prioridades diferentes

Coordenação efectuada através da troca de mensagens de gestão onde consta: a duração dos diversos períodos a quota

A troca de mensagens é sincronizada através do mecanismo de gestão de energia.

Novas soluções em 802.11Mecanismo de diferenciação por prioridades

Neste caso, uma mensagem de broadcast é sempre enviada após: um DTIM numa rede infraestruturada a janela ATIM numa rede Ad-hoc

Usam-se então mensagens de broadcast específicas para envio das informações referentes: à quota à duração dos diversos períodos

Novas soluções em 802.11Mecanismo de diferenciação por prioridades

Rede infraestruturada

TIM TIM TIM TIMDTIM DTIM

Mensagens de broadcast

AP

STA de alta prioridade

Intervalo entre beacons Intervalo entre DTIMs

Per.de alta prioridade

Per.de baixa prioridade

STA em PS

Novas soluções em 802.11Mecanismo de diferenciação por prioridades

Rede Ad-hoc

ATIM de broadcast

Mensagens de broadcast

STA de alta prioridade

Per.de alta prioridade

Per.de baixa prioridade

Intervaloentre beacons

STA em PS

Ack

ATIM para STA em PS

Novas soluções em 802.11Aspectos práticos para implementação

A nossa rede piloto é constituída por estações com cartas 802.11b com os dois chipsets de utilização mais comum: PrismII da Intersil Wavelan da Lucent

Como plataforma de desenvolvimento adoptámos o Sistema Operativo Linux devido: à existência de gestores de dispositivos para as cartas em

questão ser um sistema aberto, facilitando assim o desenvolvimento.

Novas soluções em 802.11Aspectos práticos para implementação

O AP é uma das estações configurada para operar no modo Host AP. Isto permite: utilizar o mesmo firmware das estações ter um maior controlo sobre a transmissão e recepção das

mensagens A concretização assenta:

na criação de mensagens de gestão de um tipo especial (QoS) que serão encapsuladas para que no processo de recepção sejam identificadas

no tratamento dessas mensagens para permitir: o controlo da entrada das estações nos períodos adequados a gestão da sua quota

Novas soluções em 802.11Aspectos práticos para implementação

STAAlta prioridade

STABaixa prioridade

AP

DTIMou

fim de janela ATIM

Fim de períodode alta prioridade

Beacon

* com informação do nível de prioridade

** com informação da duração dos períodos referentes aos diversos tipos de prioridade e das quotas

Considerações finais As soluções apresentadas - mecanismo de

quotas/diferenciação por prioridades : permitem adicionar alguma qualidade de serviço às

redes WLANs 802.11b (com grande base instalada) como forma de suavizar a transição para os cenários 802.11 de próxima geração

Envolvem apenas a modificação dos gestores de dispositivos das interfaces 802.11 disponíveis no mercado

Considerações finais

Considerando os aspectos técnicos pode dizer-se que: não tem as limitações do PCF, uma vez que é

aplicado no período de contenção é concretizável no hardware existente (redes 802.11

e 802.11b) prevê a compensação dos erros para além da

diferenciação dos serviços

Trabalho futuro Conclusão da implementação da funcionalidade de

Host AP Realização de testes de desempenho da solução

implementada: avaliação do débito utilização média taxa de colisões atraso médio no acesso distribuição de atraso em função da carga)

Transposição da solução para uma rede Ad-hoc (IBSS)