QoS-enabled MAC Schemes for Wireless Networks

Transcription

QoS-enabled MAC
Schemes for Wireless Networks
Seminar Mobile Systems
WS 06/07
Mattias Aggeler, Martin Hochstrasser, Seung Hee Ma
Inhalt
QoS Anforderungen aus Sicht des
Medienzugriffs
 802.11
 ATM
 GPRS
 Überblick / Fazit

QoS-enabled MAC Schemes for
Wireless Networks
1
QoS Anforderungen

Typische QoS Anforderungen von
Multimedia Anwendungen:

Minimale / konstante Übertragungsrate

Begrenzte Latenz

Minimaler / begrenzter Jitter

Geringe Fehlerrate
Xinping Guo and Colin Pattinson,
Quality of Service Requirements
for Multimeida Communications
Wireless Networks
2
QoS Anforderungen aus Sicht des
Medienzugriffs
Anwendungen (Bsp.):
Videostreaming
Voice over IP
Typische QoS Anforderungen
MAC Schicht
Wireless Networks
3
Anforderungen an die MAC-Schicht

Zeitgarantien für den Medienzugriff

Vermeidung von Kollisionen
Wireless Networks
4
WLAN
W-LAN 802.11 / 802.11e


802.11 MAC

Distibuted coordination function (DCF)

Point coordination function (PCF)
802.11e MAC

Hybrid coordination function (HCF)
• Enhanced DCF (EDCF)
• HCF controlled channel access (HCCA)
Wireless Networks
5
WLAN
802.11 PCF (1/3)

Ein Polling Verfahren

Abwechslungsweise mit DCF verwendet

Keinen Wettbewerb

Zentrale Kontrolle des Medienzugriffs durch
den AP
Wireless Networks
6
WLAN
802.11 PCF (2/3)
End-Frame
Beacon-Frame
Wettbewerbsphase
(DCF)
Polling-Frames
wettbewerbsfreie Phase
(PCF)
Wireless Networks
Wettbewerbsphase
(DCF)
7
WLAN
802.11 PCF (3/3)

Keine Kollisionen während PCF

Aber: Keine Zeitgarantien für Polling

Anfang des PCF-Fensters verzögert

Sendedauer der gepollten Stationen nicht
vorhersehbar

Alle Stationen gepollt
 Es kann keine QoS angeboten werden
Wireless Networks
8
WLAN
802.11e Übersicht
Hybrid Coordination Function
(HCF)
Enhanced DCF
(EDCF)
HCF Controlled
Channel Access
(HCCA)
Wireless Networks
9
WLAN
Deyun Gao, et al. Admission control in IEEE 802.11e
wireless LANs. IEEE Network 19(4): 6-13, 2005
Wireless Networks
10
WLAN
802.11e HCCA (1/3)

Basiert auf Polling

In Kombination mit EDCF angewendet

AP kontrolliert Medienzugriff

Keine Kollisionen, da kein Wettbewerb
Wireless Networks
11
WLAN
802.11e HCCA (2/3)

TXOP begrenzen Sendedauer der Stationen

Polling nach Zeitplan, individuell angepasst

Anforderung des Pollings beim AP durch TSPEC-Frame

Polling frequenz

TXOP-Dauer
Wireless Networks
12
WLAN
802.11e HCCA (3/3)

Keine Kollisionen

Probleme aus PCF gelöst:


Anfang des HCCA Fensters nicht mehr verzögert

Sendedauer der Stationen limitiert

Individuelles Pollen durch TSPEC-Frame angefordert
Zeitgarantien möglich !
 Erlaubt QoS nach verhandelbaren Parametern
anzubieten und zu garantieren
Wireless Networks
13
ATM
ATM
 Service
Typen in ATM
Service
Anwendungsfelder
Constante Bit Rate (CBR)
Digital Voice und Video
Real-Time Variable Bit Rate ( rtVBR)
Komprimiertes Voice und Video
Non-Real-Time Variable Bit Rate
(nrt-VBR)
Bursty Traffic, keine
Verzögerungsgarantien
Available Bit Rate (ABR)
Nur eine minimale Bandbreite wird
garantiert, ohne andere Zusagen
Unsepcified Bit Rate (UBR)
Best effort Service, keine
Garantien
Hac und Ling Chew, ARCMA
Wireless Networks
14
ATM
Schwierigkeiten von Wireless ATM

ATM - grosse Bandbreite
Wireless - geringe Bandbreite

ATM - sehr niedrige BER
Wireless- Qualität variiert
(Hintergrundrauschen)
Wireless Networks
15
ATM
Traditionelle Verfahren - DAMA

Radio Channel Classification
Time Slot k + 1
Time Slot k
Downlink
ACK
DD
Uplink
RA
PAYLOAD
PACKET HEADER
Time Slot k - 1
TA
PAYLOAD
CRC BITS
Wireless Networks
16
ATM
Variationen des DAMAs



RAMA: Resource Auction Multiple Access
 Für schnelle Zuteilung von Resourcen und als HandoffMechanismus
PRMA: Packet Reservation Multiple Access
 Effizienz der Bandbreite beim TDMA verbessern
 Erfolgreiche Übermittelung -> Zukünftige Slots reservieren
DQRUMA: Distributed Quering Request Multiple Access
 Effiziente Auslastung der Bandbreite
 Unterstützung der QoS-Parameter
 Dynamische Uplink Slots
Wireless Networks
17
ATM
Neue Verfahren: ARCMA



Adaptive Request Channel Multiple Access
DAMA mit dynamischer Bandbreiten-Zuweisung
RA-Kanal:



Slotted Aloha mit BEB (Binary Exponential Backoff)
Reduktion von Kollisionen
Unterstützung der ATM Service-Klassen
Wireless Networks
18
ATM
Timing Diagram ARCMA
Wireless Networks
19
ATM
ARCMA 1/2

Beschreibung




Request / Acknowledgement Phase
Permission / Transmission Phase
Adaptive Request Channel Strategy
Performance



Adaptiver RA-Kanal
CBR Behandlung
Slotted Aloha mit BEB
Wireless Networks
20
ATM
ARCMA 2/2

Merkmale






Effiziente Nutzung des Kanals
Übertragung erfolgt „slot by slot“
Transparenz gegenüber dem AAL
Kleine RA Pakete
Die Reihenfolgen der Pakete bleibt
Mehrere Uplink und Downlink Kanäle simultan
Wireless Networks
21
ATM
Vergleich ARCMA mit DQRUMA

Effektive Ausnutzung des Kanals


Priorität der Anfrage-Liste


ARCMA: Viel effektiver bei den verschiedenen
Traffic Bedingungen
ARCMA: Priorisierung der „Transmission
Scheduling Policy“
Adaptiver RA-Kanal

ARCMA: höhere Durchsatz und niedrigere
durchschnittliche Verzögerung
Wireless Networks
22
ATM
Beurteilung und Zusammenfassung

Ein neues Protokoll wegen:



Beschränktes Medium (wireless network)
Realtime- und Verzögerungsempfindlicher Traffic
Anforderungen im MAC-Sublayer


Als Ziel von ARCMA gesetzt
ARCMA unterstützt verschiedene ATM ServiceTypen
Wireless Networks
23
GPRS
GPRS
Herkömmlicher Ansatz PRMA
 Neuer Ansatz

GQ-MAC
(Guaranteed QoS Media Access Control)
 AP-CAC
(Adaptive Priorised Handoff CAC)
 Guard Channel Scheme
 MLST
(Mobile Label Switched Tree)

Wireless Networks
24
GPRS
PRMA

QoS Klassen in GPRS


Verschiedene Varianten


Precedence, delay, reliability, throughput
DAMA: Centralized/Integrated PRMA
Keine harte Delay-Garantie möglich

(variable access delay)
Wireless Networks
25
GPRS
GQ-MAC

Mehrere Klassen von Traffic:

Streaming (Video, Music)
• Garantierte Bandbreite und verbindlicher jitter

Conversational (Voice)
• Verbindliche Zugriffsverzögerung bei Kanalzugriff

Interactive (Telnet, Messengersysteme)
• Garantierter durchschnittlicher Durchsatz

Background (FTP, Email).
• best-effort
Wireless Networks
26
GPRS
GQ-MAC Implementation 1/2
Uplink Kanäle
Signalisierungskanal
S-PRACH
Datenkanal
U-PRACH
(Random Access)
(Payload)
New and Handoff calls
(Slotted Aloha)
Wireless Networks
27
GPRS
GQ-MAC Implementation 2/2
Downlink Kanäle
Control Channel
PAGCH
Traffic Channels
PDTCH
(Feedback)
(Payload)
Wireless Networks
28
GPRS
AP-CAC Leistungsangebot




Unterstützt differenziertes Handoff
verschiedener Traffic Klassen
Zugriffsverweigerung kann abhängig von der
Priorität der Traffic Klasse vergeben werden
“Guard channel” Verfahren für Reservationen
“Adaptiv” und “Priorisiert”?


Adaptiv: Über- und Unterprovisionierung unmöglich
Priorisiert: Handoff Anfragen werden nach dem
angeforderten Service Typ unterschieden
Wireless Networks
29
GPRS
AP-CAC Implementation
H2
H1, H2
H1, H2, new
0
Anzahl freier Kanäle
NT
NG2
NG1
H2-Handoff’s ------- Streaming Klasse (höchste Priorität)
H1-Handoff’s ------- Conversational, Interactive, Background Klassen.
New calls (unterste Prioritäts Stufe).
Wireless Networks
30
GPRS
Beurteilung und Zusammenfassung

GQ-MAC


Verschiedene Traffic Klassen
AP-CAC
differenziertes Handoff
 Zugriffsverweigerung abhängig von der
Priorität


Ende zu Ende QoS
Wireless Networks
31
Überblick / Fazit

QoS Support mit verschiedenen Ansätzen


Priorisierung, Reservation, Reduktion von
Kollisionen, Begrenzung des Zugriffs
Auswirkungen
Erhöhte Ausnutzung des Mediums
 Verbesserte Unterstützung versch. Klassen

• Garantierte Bandbreite, Latenz, Jitter
Wireless Networks
32
Fragen?
Wireless Networks
33
Diskussion
Lohnt sich der grosse Aufwand für QoS?
Wireless Networks
34
Diskussion
Bei welchen anderen drahtlosen
Übertragungstechnologien wäre QoS
auch wünschenswert?
Wireless Networks
35
Diskussion

Wärst du bereit für Premium QoS
Dienste zu bezahlen?

Wieviel würdest du für ein funktionierendes
QoS in deinem Router zu Hause bezahlen?
Wireless Networks
36

QoS-enabled MAC Schemes for Wireless Networks

Transcription

Documents pareils

Abstract

Kyocera - FS

zum

“Noch mehr kostenlose UMTS-Treiber: equinux beglückt Mac

HOME ENTERTAINMENT Paket 2

Heft-CD #153 Highlights - falkemedia-shop

Apple Schulung - Handelsvertretung Grunwald

ADVC 300 - bei Reuter Videosupport Digital

sub w oofer