由於在分散式協調功能下,所有的使用者不論應用層的資料種類皆使用相同的通道 競爭參數,一視同仁的特性並沒有辦法有效反映不同傳輸應用間的服務品質需求,然而 在實際網路架構當中,不同訊務(Traffic)之間對於頻寬或是點對點之間延遲量皆有不同 的效能要求。在為了因應需要高傳輸服務品質保證的多媒體應用快速成長下,IEEE 802.11e[2]這個支援應用分級以及頻寬保證的延伸方案對應而生,他被設計來提供即時 性資料串流(如 VOIP 或是視訊會議等等)在無線區域網路中的傳輸保障。
在基於 802.11 的基礎上,IEEE802.11e 提出了一個新的 MAC 層存取機制:混合式 協調功能(Hybrid Coordination Function ),然而混和式協調功能依舊延續了 IEEE 802.11 擁有開放式競爭和中央控制免競爭功能兩種通道存取方案的特性:將之延伸為增強型分 散式通道存取功能(Enhances Distributes Coordination Access Function,EDCAF)以及混合 型控制通道存取功能(Hybrid Controlled Channel Access Function)。EDCA 延續 DCF 提供 了各個使用者之間的開放式通道競爭環境,然而 HCCA 則是由混合式協調者(Hybrid Coordinator)以輪詢的方式協調各使用者之間的傳輸時間分配,無線網路中的 HC 角色通 常由 AP 擔任。所有支援 IEEE 802.11e 標準的使用者被稱之為 QSTA,架構式無線網路 中的 AP 則被稱之為 QAP。
STA c
STA a STA b
Collision
圖 2-7 隱藏節點示意圖
IEEE 802.11e 支援八種程度的優先權順序,定義延續 IEEE 802.1D 的使用者優先順
Distributed Coordination Function Basis of PCF and HCF controlled Access PCF
Hybrid Coordination Function
圖 2-8 IEEE 802.11e MAC 層架構
Contention Window Size(CW)以及仲裁訊框間隔時間(AIFS)。如同上述討論,不同於隨機 倒退時間,訊框間隔時間採用固定常數來確保不同類型訊框傳送優先順序,然而 EDCA 進一步改進了原先分散式協調機制中傳送資料訊框時一律等待固定長度 DIFS 間隔的做 法,改以仲裁訊框間隔(AIFS)取而代之,不同的通道存取種類會對應到不同大小的訊框 間隔常數(AIFSN),不同的 AIFSN 常數會決定不同時間長短的 AIFS 來達到差異性服務 的效果,越高優先權的通道存取種類擁有越短的 AIFS 間隔時間,確保高優先權的種類 能夠較低優先權的通道存取種類更快進入二位元隨機倒退程序,仲裁訊框間隔 AIFS 計 算方式如下:
AIFS AC = AIFSN ∗ aSlotTime + SIFS 2 DIFS = 2 ∗ aSlotTime + SIFS 3
從上式可以觀察到 EDCA 依舊維持了 SIFS 為最短訊框間隔時間的特性,確保使用 SIFS 的控制訊框在無線網路傳輸當中擁有最高的競爭優先權。然而 EDCA 除了使用不 同長度的仲裁訊框間隔時間來區分通道存取種類的競爭優先權之外,在各通道種類進入 隨機倒退程序之後,會給予不同的 Contention Window Size CW 值,進一步區別出不同 種類資料間的通道存取機會,CW 值的分級設定包括最小競爭窗口 CWmin 以及最大競 爭窗口 CWmax;同樣地,高優先權的通道存取種類擁有較小的 CW 值,由於 CW 值為 隨機倒退過程所需等待時槽數的樣本空間,越小的 CW 值也就代表了越低的等待時槽數,
能夠有效地提升高優先種類的通道存取機會。然而除了使用較小的 CWmin 確保使用者 在每次傳送擁有較高的存取機會之外,針對高優先權的通道存取也會採用較小的 CWmax 值,目的是當通道處於擁擠狀態,導致碰撞情形產生頻繁,使用者在每次的資 料重傳過程中,必頇加倍當下的 CW 值直到 CWmax 值,在這個情況下限制高優先權的 通道存取種類的 CWmax 值,可以使得即便在通道擁擠的狀態之下,高優先權的通道存 取種類仍舊擁有相對高的存取機會來進行資料重傳的動作。
除此之外,IEEE 802.11e 還另外為了因應影音串流的傳輸特性而定義一個名為 TXOP(Transmission Opportunity)的傳輸參數,TXOP 為一時間單位的變數,有別於 DCF 功能當中每次使用者得到通道使用權皆只能傳送一個訊框,TXOP 改以時間做為每 次傳輸的規範單位,對於得到傳輸使用權的通道存取種類可以在規定的 TXOP 上限時間 (TXOP Limit)內,將通道時間視為免競爭周期,有權力連續使用通道傳送多個訊框,不 需要重新進入競爭的程序,僅在訊框與訊框之間採用 SIFS 的訊框間隔,等待接收端回 傳 ACK 訊框。TXOP 以規定通道的使用時間上限來取代以訊框數量當作一次傳輸單位
一封包內容較小或大小不一的情況,以語音資料為例,語音串流的單一封包大小通常只
Data(UP) ACK QoS
Data(UP) ACK
四種不同的通道競爭用戶,各自進行著獨立的通道競爭程序。
Mapping To Access Category
AC-VO