IEEE 802.11e-2005

IEEE 802.11e-2005

IEEE 802.11e-2005 또는 802.11e는 IEEE 802.11 표준에 대한 승인된 개정으로 Media Access Control(MAC; 미디어 액세스컨트롤) [1]레이어의 변경을 통해 무선 LAN 애플리케이션의 Quality of Service(QoS; 서비스 품질) 확장을 정의합니다.이 표준은 Voice over Wireless LAN이나 스트리밍 멀티미디어 등 지연에 민감한 애플리케이션에서 매우 중요한 것으로 간주됩니다.개정안은 공개된 IEEE 802.11-2007 표준에 포함되어 있습니다.

오리지널 802.11 MAC

분산조정기능(DCF)

주요 기사:분산 조정 기능

기본 802.11 MAC 레이어는 Distributed Coordination Function(DCF; 분산조정기능)을 사용하여 여러 스테이션 간에 미디어를 공유합니다.DCF는 CSMA/CA 및 옵션의 802.11 RTS/CTS에 의존하여 스테이션 간에 미디어를 공유합니다.여기에는 몇 가지 제한이 있습니다.

  • 많은 스테이션이 동시에 통신을 시도하면 많은 충돌이 발생하여 사용 가능한 대역폭이 낮아지고 폭주 붕괴가 발생할 수 있습니다.
  • Quality of Service(QoS; 서비스 품질) 보증은 없습니다.특히 priority가 높은 트래픽 또는 낮은 트래픽의 개념은 없습니다.

점 조정 기능(PCF)

주요 기사 : 포인트 코디네이션

원래의 802.11 MAC 에서는, Point Coordination Function(PCF; 포인트 조정 기능)이라고 불리는 다른 조정 기능이 정의되고 있습니다.이것은 액세스 포인트(AP)를 개입시켜 스테이션이 네트워크에 접속되는 「인프라스트럭처」모드에서만 사용할 수 있습니다.이 모드는 옵션입니다.실제로 [citation needed]실장하는 AP 또는 Wi-Fi 어댑터는 극소수입니다.AP는 정기적으로(통상은 100 TU 또는 0.1024초마다) 비콘 프레임을 송신합니다.이러한 비콘 프레임 사이에 PCF는 Contention Free Period(CFP; 컨텐션프리 기간)와 Contention Period(CP; 컨텐션 기간)의 2개의 기간을 정의합니다.CP에서는 DCF가 사용됩니다.CFP에서는 AP가 Contention-Free-Poll(CF-Poll) 패킷을 한 번에 하나씩 각 스테이션에 전송하여 패킷을 전송할 권한을 부여합니다.AP가 코디네이터입니다.이것에 의해, QoS 를 보다 효율적으로 관리할 수 있습니다만, PCF 에서는 트래픽의 클래스가 다른 QoS 시스템(802.1p 나 Diff Serv 등)과 같이 정의되어 있지 않습니다.

802.11e MAC 프로토콜 동작

802.11 표준 및 802.11e [2]수정에 의해 변경된7 레이어 OSI 모델 그림

802.11e는 하이브리드 조정 기능(HCF)이라는 새로운 조정 기능을 통해 DCF와 PCF를 강화합니다.HCF 내에는 레거시 802.11 MAC에서 정의된 것과 유사한 채널접근 방식(HCF Controlled Channel Access(HCCA; HCF 제어채널 액세스)과 Enhanced Distributed Channel Access(EDCA; 확장 분산채널 액세스))의 2가지가 있습니다.EDCA와 HCCA는 모두 트래픽카테고리(TC)를 정의합니다.예를 들어 이메일은 낮은 priority 클래스에 할당하고 Voice over Wireless LAN(VoWLAN)은 높은 priority 클래스에 할당할 수 있습니다.

확장 분산 채널 액세스(EDCA)

EDCA를 사용하면 고우선순위 트래픽은 저우선순위 트래픽보다 송신될 가능성이 높아집니다.고우선순위 트래픽을 가진 스테이션은 평균적으로 패킷을 송신할 때까지의 대기시간이 저우선순위 트래픽을 가진 스테이션보다 조금 짧습니다.이는 우선도가 높은 패킷에 대해 보다 짧은 Arbitration Inter-Frame Space(AIFS; 중재 프레임간 공간)[3]를 사용하는 CSMA/CA의 변형인 TCMA 프로토콜을 통해 이루어집니다.정확한 값은 데이터 전송에 사용되는 물리적 계층에 따라 달라집니다.또한 EDCA는 Transmit Opportunity(TXOP; 전송 기회)라고 불리는 기간 동안 경합 없이 채널에 액세스할 수 있습니다.TXOP 는, 스테이션이 가능한 한 많은 프레임을 송신할 수 있는 제한 시간 간격입니다(전송 기간이 TXOP 의 최대 기간을 넘지 않는 한).프레임이 너무 커서1 개의 TXOP 로 송신할 수 없는 경우는, 보다 작은 프레임으로 fragment화할 필요가 있습니다.TXOP 를 사용하면, 레거시 802.11 DCF MAC 로 저환율 스테이션이 과도한 채널 시간을 취득하는 문제가 경감됩니다.TXOP 시간 간격이0 인 경우는, 1 개의 MAC Service Data Unit(MSDU; MAC 서비스 데이터 유닛) 또는 MAC Management Protocol Data Unit(MMPDU; MAC 관리 프로토콜 데이터 유닛)로 제한됩니다.

EDCA의 priority 레벨은 Access Category(AC; 접근카테고리)라고 불립니다.Contention Window(CW; 컨텐션창)는 각 액세스카테고리에서 예상되는 트래픽에 따라 설정할 수 있습니다.트래픽이 많은 카테고리에 대해서는 보다 넓은 창이 필요합니다.CWmin 값과 CWmax 값은 각각 aCWmin 값과 aCWmax 값에서 계산되며 802.11e에서 지원되는 각 물리 레이어에 대해 정의됩니다.

경합창 경계 계산
AC CWmin CWmax
배경 (AC_BK) aCWmin aCWmax
베스트 에포트(AC_)BE) aCWmin aCWmax
비디오(AC_)VI) (aCWmin+1)/2-1 aCWmin
음성(AC_)VO) (aCWmin+1)/4-1 (aCWmin+1)/2-1

aCWmin=15 및 aCWmax=1023의 전형적인 경우, 예를 들어 OFDM(802.11a) 및 MIMO(802.11n)에서 사용되는 결과는 다음과 같습니다.

각 AC의 디폴트 EDCA 파라미터
AC CWmin CWmax AIFSN 최대 TXOP
배경 (AC_BK) 15 1023 7 0
베스트 에포트(AC_)BE) 15 1023 3 0
비디오(AC_)VI) 7 15 2 3.008ms
음성(AC_)VO) 3 7 2 1.504ms
레거시 DCF 15 1023 2 0

ACS는 이더넷레벨의 Class of Service(CoS; 서비스 클래스) priority 레벨에서 직접 매핑됩니다.

– 802.1p 802.11e
우선 순위. Priority Code Point(PCP; 우선 코드 포인트) 약자 트래픽 유형 액세스 카테고리(AC) 지정
최하위 1 BK 배경 AC_BK 배경
2 – 여분의 AC_BK 배경
0 있다 베스트 에포트 AC_BE 베스트 에포트
3 EE 뛰어난 노력 AC_BE 베스트 에포트
4 CL 제어 부하 AC_VI 비디오
5 VI 비디오 AC_VI 비디오
6 음성 목소리 AC_VO 목소리
가장 높은 7 엔씨 네트워크 제어 AC_VO 목소리

QoS의 주된 목적은 우선순위가 높은 데이터를 우선순위가 낮은 데이터로부터 보호하는 것입니다.또한 동일한 클래스의 다른 데이터로부터 데이터를 보호해야 하는 시나리오도 있습니다.EDCA의 어드미션컨트롤은 이러한 유형의 문제에 대처합니다.AP는 사용 가능한 대역폭을 비콘으로 퍼블리시합니다.클라이언트는 트래픽을 추가하기 전에 사용 가능한 대역폭을 확인할 수 있습니다.

Wi-Fi Multimedia(WMM)는 IEEE 802.11e의 서브셋인 Wi-Fi Alliance 사양입니다.EDCA 및 TXOP에 대해 인증된 AP를 활성화해야 합니다.802.11e의 기타 확장 기능은 모두 옵션입니다.

HCF Controlled Channel Access(HCCA; 제어채널 액세스)

HCF(하이브리드 조정 기능) Controlled Channel Access(HCCA; 제어 채널액세스)는 PCF와 같이 동작합니다.다만, 2개의 비콘 프레임간의 간격이 CFP와 CP의 2개의 기간으로 분할되어 있는PCF와는 달리, HCCA에서는 CP중에 거의 언제라도 CFP를 개시할 수 있습니다.이런 종류의 CFP는 802.11e에서는 Controlled Access Phase(CAP; 제어된 액세스 단계)라고 불립니다.CAP은 AP가 스테이션에 프레임을 송신하거나 스테이션으로부터 프레임을 수신하고 싶을 때 컨텐션이 없는 방법으로 시작합니다.사실 CFP도 CAP입니다.CAP 실행 중에는 하이브리드코디네이터(HC)가 미디어에 대한 접근을 제어합니다.HC는 AP이기도 합니다.CP 동안 모든 스테이션은 EDCA에서 기능합니다.PCF와의 다른 차이점은 Traffic Class(TC; 트래픽클래스)와 Traffic Stream(TS; 트래픽스트림)이 정의되어 있다는 점입니다.즉, HC는 스테이션 단위의 큐잉에 한정되지 않고 세션 단위의 서비스를 제공할 수 있습니다.또, HC는, 이러한 스트림 또는 세션을(라운드 로빈 뿐만이 아니라) 임의의 방법으로 조정할 수 있습니다.또한 스테이션은 각 트래픽클래스(TC)의 큐 길이에 대한 정보를 제공합니다.HC는 이 정보를 사용하여 어떤 스테이션에 다른 스테이션보다 우선 순위를 부여하거나 스케줄링 메커니즘을 더 잘 조정할 수 있습니다.또 다른 차이점은 스테이션에 TXOP가 부여된다는 것입니다.즉, 스테이션은 HC에 의해 선택된 일정 기간 동안 여러 패킷을 연속해서 전송할 수 있습니다.CFP 의 실행중에, HC 는 스테이션이 CF-Poll 프레임을 송신하는 것에 의해서 데이터를 송신할 수 있도록 합니다.

HCCA는 일반적으로 가장 고도의(그리고 복잡한) 조정 기능으로 간주됩니다.HCCA를 사용하면 QoS를 매우 정확하게 설정할 수 있습니다.QoS 대응 스테이션에는 특정 전송 파라미터(데이터레이트, 지터 등)를 요구할 수 있는 기능이 있어 VoIP나 비디오스트리밍 등의 고도의 애플리케이션을 Wi-Fi 네트워크상에서 보다 효율적으로 동작시킬 수 있습니다.

802.11e AP의 경우 HCCA 지원은 필수가 아닙니다.실제로 HCCA에 [citation needed]대해 현재 사용 가능한AP는 거의 없습니다.엔드 스테이션에 HCCA를 실장할 때는 채널액세스에 기존의 DCF 메커니즘을 사용합니다(DCF 또는 EDCA 동작의 변경은 불필요합니다).스테이션은 폴링 메시지에 응답할 수 있어야 합니다.AP 측에서는 스케줄러와 큐잉 메커니즘이 필요합니다.

기타 802.11e 사양

802.11e는 HCCA, EDCA 및 TXOP와 더불어 확장 802.11 MAC 레이어 QoS에 대한 추가 옵션 프로토콜을 지정합니다.

자동 절전 제공

802.11e 이전에 사용 가능했던 절전 폴링 메커니즘과 더불어 802.11e에는 새로운 절전 전달 및 알림 메커니즘이 도입되었습니다.APSD(자동 절전 전달)는 전송을 시작하는 두 가지 방법을 제공합니다. '스케줄된 APSD'(S-APSD)와 '스케줄되지 않은 APSD'(U-APSD)입니다.APSD를 사용하면 서비스 기간 중에 액세스포인트에서 절전 장치로 여러 프레임을 함께 전송할 수 있습니다.서비스 기간이 종료된 후 디바이스는 다음 서비스 기간까지 졸음 상태가 됩니다.S-APSD를 사용하면 전력 절약 디바이스에서 이미 알려진 일정대로 서비스 기간이 시작되므로 액세스포인트는 시그널링 없이 버퍼링된 트래픽을 전송할 수 있습니다.U-APSD에서는 프레임이 액세스포인트로 송신될 때마다 서비스 기간이 트리거되어 액세스포인트는 버퍼링된 프레임을 다른 방향으로 송신할 수 있습니다.U-APSD는 '풀' U-APSD 또는 '하이브리드' U-APSD 형식을 취할 수 있습니다.Full U-APSD에서는 모든 유형의 프레임이 우선순위에 관계없이 U-APSD를 사용합니다.하이브리드 U-APSD에서는 액세스카테고리에 따라 U-APSD 또는 레거시 절전 폴링 메커니즘 중 하나가 사용됩니다.S-APSD는 EDCA와 HCCA 양쪽 채널액세스 메커니즘에서 사용할 수 있으며 U-APSD는 [1][4]EDCA에서만 사용할 수 있습니다.

APSD는 레거시 802.11 Power Save Polling보다 효율적인 전력 관리 방식입니다.이는 AP에 의해 버퍼링된 프레임을 전력 절약 디바이스에 전달하기 위해 필요한 시그널링 트래픽과 통상 직후 전송되는 전력 절약 폴링 간의 콜리젼 레이트를 모두 저감하기 때문입니다.e beacon TIM.S-APSD는 U-APSD보다 효율적입니다.이는 스케줄된 서비스 기간이 경합을 줄이고 액세스포인트와 절전 디바이스 간의 전송이 시그널링 없이 시작되기 때문입니다.U-APSD를 사용하는 절전 디바이스는 오늘날의 스마트폰에서 볼 수 있는 오디오, 비디오 또는 베스트 에포트 트래픽애플리케이션과 같이 업링크트래픽이 없는 경우 버퍼링된 트래픽을 취득하기 위해 시그널링 프레임을 생성해야 합니다.U-APSD는 VoIP Phone에 매력적입니다.데이터 레이트는 양방향으로 거의 동일하기 때문에 추가 시그널링이 필요하지 않습니다.업링크 음성 프레임은 다운링크 음성 [5]프레임의 전송에 서비스 기간을 트리거할 수 있습니다.하이브리드 U-APSD는 Full U-APSD보다 효율이 낮습니다.이는 일부 액세서리카테고리에 채용되어 있는 전력 절약 폴링 메커니즘이 위에서 설명한 것처럼 APSD보다 효율이 낮기 때문입니다.다양한 절전 메커니즘의 상대적 이점은 [6][7]시뮬레이션을 통해 독립적으로 확인되었습니다.

승인 차단

블록 확인 응답을 사용하면 TXOP 전체를 단일 프레임으로 확인할 수 있습니다.이렇게 하면 더 긴 TXOP를 지정하면 프로토콜 오버헤드가 줄어듭니다.

No Ack

QoS 모드에서는, 송신하는 프레임의 서비스 클래스에는 다음의 2개의 값을 설정할 수 있습니다.QosAck 및 QosNoAck.QoSNoAck 프레임은 확인 응답되지 않습니다.이것에 의해, 시간이 중요한 데이터의 재발송신을 회피할 수 있습니다.

다이렉트 링크 셋업

Direct Link Setup을 사용하면 기본 서비스 세트 내에서 스테이션 간 직접 프레임 전송이 가능합니다.이는 주로 스테이션 간 전송이 더 일반적으로 사용되는 개인 사용자를 위해 설계되었습니다.예를 들어 거실을 가로질러 텔레비전에 비디오를 스트리밍하거나 같은 방에 있는 무선 프린터에 인쇄할 경우, 1개의 무선 홉이 아닌 AP를 통해 모든 것을 항상 전송하는 표준 기술을 사용하는 대신 2개의 통신 장치 간에 직접 Wi-Fi 프레임을 전송하는 것이 더 효율적입니다.또한 AP가 홈의 먼 곳에 있는 경우 모든 프레임을 AP로 전송하거나 되돌리려면 더 낮은 전송 속도로 전송해야 할 수 있습니다.단, DLS는 보다 효율적인 직접 통신을 용이하게 하기 위해 AP의 참여를 필요로 하며 필요한 지원을 제공하는 AP는 거의 없습니다.Tunnelled Direct Link Setup은 802.11z(TDLS)로 공개되어 AP의 지원 없이 단말간 직접 프레임 전송을 보다 효율적으로 실행할 수 있습니다.DLS와 TDLS 모두 스테이션을 같은 AP에 관련지을 필요가 있습니다.DLS와 TDLS는 모두 기본 서비스 세트의 멤버 간의 통신 속도와 효율을 향상시키지만 서로 가깝지만 동일한 AP에 관련되지 않은 디바이스 간의 통신은 원활히 이루어지지 않습니다.

동일한 AP에 관련되지 않은 기기 간의 근접 통신은 Wi-Fi Direct 등의 기술을 사용하여 수행할 수 있지만, 지금까지 Wi-Fi Direct는 널리 채택되지 않았습니다.

Microsoft의 Virtual Wi-Fi 이니셔티브는 DLS와 동일한 목표를 달성하기 위해 설계되었습니다.가상 Wi-Fi를 사용하면 스테이션 어댑터에 여러 개의 [8]MAC 주소를 설정할 수 있으므로 게이머는 AP를 통해 인터넷에 접속하면서 무선에 접속할 수 있습니다.

레퍼런스

  1. ^ a b M. Benveniste, "WLAN QoS", 무선 LAN의 신흥 테크놀로지: 이론, 설계, 도입의 제3장, (B. Bing, ed.) 캠브리지 대학 출판부, 2008, ISBN978-0-521-89584-2.
  2. ^ "802.11n: Next-Generation Wireless LAN Technology" (PDF). Broadcom Corporation. 21 April 2006.
  3. ^ M. Benveniste, "계층 경합 다중 액세스", QoS 기반 분산 MAC 프로토콜, PIMRC 2002, 포르투갈 리스보아, 2002년 9월
  4. ^ 엑스페레스 코스타캠프-머와 T.사시하라.배터리 제한 모바일 디바이스에서의 IEEE 802.11e 기능 통합 분석IEEE Wireless Communications Magazine (WirComMag), 인터넷 워킹 무선 LAN 및 셀룰러 네트워크에 관한 특별호, Volume 12, 제6호, 2005년 12월호.
  5. ^ M. Benveniste, "전원관리 가이드라인", 문서 IEEE 802.11-04/073, 2004년 1월
  6. ^ Pérez-Costa, X.; Camps-Mur, D. (August 2010). "IEEE 802.11e QoS and Power Saving feature: Overview and Analysis of Combined Performance". IEEE Wireless Communications Magazine (WirComMag). Vol. 17, no. 4.
  7. ^ 엑스페레스 코스타캠프-머와 알버트 비달.802.11e U-APSD와 802.11 전력 절약 모드의 분산 전력 절약 메커니즘에 대하여Elsevier Computer Networks Journal (CN), 제5권, 제9호, 2007년 6월
  8. ^ "Windows 7 adds native Virtual WiFi technology from Microsoft Research". 16 May 2009. Retrieved 7 July 2010.

외부 링크