无线校园网的QoS部署

无线校园网的QoS部署1概述无线局域网（WLAN）正在迅速地融入我们的生活，而对于服务质量（QoS）保障也是一个在WLAN系统建设过程中的着重考虑到因素。对于一张网络来讲，现阶段基本上都是有线无线混合的网络，服务质量则要从一个端到端服务质量保证进行考虑，各种应用一般会经过无线接入、有线骨干网传输、无线接入的传输途径。因此还需要对无线网络和有线网络的QoS进行整体规划，从而实现全网端到端的服务质量保障。H3C无线产品在IEEE802.11e标准的基础上，结合有线网络QoS，推出了有线无线全网端到端的QoS解决方案。2无线空口服务质量保障IEEE802.11e标准定义了无线局域网MAC层服务质量，支持语音、视频等多媒体业务在无线局域网中的应用。标准扩展了原802.11MAC层DCF和PCF信道接入机制，形成了EDCA和HCCA信道接入规范。前者增强了DCF机制，区分不同业务应用的优先级，保障高优先级业务的信道接入能力，并在一定程度上保障了高优先业务的带宽。后者增强了PCF机制，通过QAP的集中控制，以轮询方式为QSTA分配空口资源，提供改善的访问带宽并且减少了高优先级业务的延迟EDCA机制是IEEE802.11e的核心，它区分了不同优先级的接入信道的能力，从而保障了空口资源依据数据流优先级分配。2.1竞争机制802.11标准基于CSMA/CA机制，为了避免冲突引入了多个帧间隙：SIFS、DIFS、EIFS、PIFS。IEEE802.11E标准为了支持QoS，引入了新的帧间隙：AIFS，用来区分不同优先级。图1帧间隙如上图所示，下标[i]、[j]表示不同的AC，AC[i]的竞争参数优于AC[j]。QSTA在信道空闲开始时必须等待AIFS时间后才能进行退避，最先退避结束的AC开始使用信道进行通讯，其他AC由于信道忙处于静默状态，在通讯结束后，所有QSTA的所有AC再次进行信道竞争。不同的QSTA间存在信道竞争，同一个QSTA不同的AC间同样存在信道竞争。2.2竞争参数每个AC均有独立的信道竞争参数，不恰当的信道竞争参数会导致优先级的反转。AC从开始竞争到竞争结束获得信道的时间长度为AIFS+Backoff时间（Backoff时间可以延续前面竞争所剩余的时间），Backoff时间通过CWmin和CWmax可以确定范围，并在这个范围内取值。Backoff的选择机制同IEEE802.11标准。高优先级的ACAIFS时间短，可以更早的进行退避过程。因此在竞争中，高优先级的AC可以优先接入信道。在QBSS中，信道竞争参数由QAP统一管理和下发。QAP和QSTA的信道竞争参数完全独立。一般可以稍稍提高QAP的信道竞争参数，保障QAP有足够高的信道控制能力。QAP通过beacon或ProbeResponse帧中的EDCAParameterSetIE通告QAP的EDCA参数设置，通过(Re)AssociationResponse帧中的EDCAParameterSetIE将经过协商的EDCA参数设置下发给QSTA。2.3TXOP及多重帧传送QSTA在获得信道使用权后，在设置的TXOPLimit时间内进行数据交互的过程。在这个段时间内，QSTA可以发送多个数据包。这个数据帧最大的特点是AC相同，但是目的地址可以不同。TXOP内首个发送帧（不限于数据帧，可以通过RTS或者CTStoself预约）需要一次预约整个TXOPLimit内帧传送的所有时间，以使其他STA的虚侦听机制正常工作。一次TXOP结束后，重新开始新一轮的信道竞争，在经过timegap(=AIFS[AC]+BackOff)后，某STA可以开始使用信道。由于节省了每次帧传送后的信道竞争时间，提高了吞吐量。3全网端到端QoS解决方案802.11E只实现了无线空口的业务优先级区分、高优先级业务优先保障带宽，没能解决如何在全网实现端到端的QoS问题。H3C无线控制器（AC）+FITAP的端到端QoS解决方案不仅解决了无线接入点和无线用户直接在无线介质上的QoS，而且还通过将无线用户的优先级映射与无线控制器－FITAP间的CAPWAP隧道优先级，结合有线网络QoS机制进而实现了全网的端到端QoS。首先介绍一下AC+FITAP的集中式WLAN管理模式：随着WLAN技术的成熟和应用的普及，越来越多的学校等机构开始大规模部署WLAN网络，一种WLAN网络架构－AC＋FITAP集中式WLAN管理模式应运而生。AC＋FITAP控制架构对设备的功能进行了划分，其中AC负责无线网络的接入控制，转发和统计、AP的配置监控、漫游管理、AP的网管代理、安全控制；FITAP负责802.11报文的加解密、802.11的PHY功能、接受无线控制器的管理、RF空口的统计等简单功能。在AC+FITAP架构中，AC和AP之间是跨越网络进行互联的。下面通过描述在H3C集中式WLAN管理模式下，无线用户之间数据传输时报文优先级的映射处理过程，来说明WLAN网络中端到端的服务质量保障实现：图2STATIONTOSTATION情况下QoS映射过程无线用户STA1向无线用户STA2发送数据：1)无线用户STA1发送带802.11e信息的802.11Mac报文到AP1；2)AP1根据QOS的信任模式设置报文的内部优先级；3)AP1针对报文进行CAPWAP隧道封装，同时将报文优先级映射到隧道优先级中；4)根据QoS策略进行发送报文；5)AC1收到AP1发送过来的报文，去CAPWAP封装；6)根据入端口信任模式设置报文的内部优先级COS；7)根据出端口的信任模式再封装802.11Mac报文，并根据报文的内部优先级COS值封装报文的802.11e域；8)对封装后的802.11Mac报文进行CAPWAP隧道封装，将内部优先级COS映射到隧道的QOS域；9)发送报文到AP2，AP2去CAPWAP封装；10)根据QoS策略将报文映射到不同的队列进行调度，调度QoS队列，发送报文到STA2。4在无线校园部署QoS的意义近些年来，校园网络平台的基础建设已经完成，越来越多的学校把校园网建设的重点向便利性和易用性转移，最典型的就是无线校园网建设。无线网的价值不仅是摆脱有线网的束缚，而是提供更丰富的、多样化的业务来丰富教学、办公等核心业务。从技术角度来看，VoWLAN、无线监控、不同等级用户无线上网实际上对无线网落的QoS能力要求有较好的支撑。QOS的功能在校园网主要的价值点为：网络有序。无线QOS功能在校园网主要的价值点：无线网络有序的网时，提高系统的抗干扰能力及网络的带宽。