Schválena specifikace pro hlas do WiFi

Specifikace podpory mechanismu QoS (Quality of Service) v bezdrátových sítích (WLAN), IEEE 802.11e, byla na konci září konečně schválena. Otevírá se tak prostor nejen pro hlasové služby po WiFi, ale i pro video a interaktivní aplikace. Podívejme se, co norma technicky nového přináší oproti dočasnému řešení WMM WiFi Alliance.

V článku 2004 = pokrokový rok pro (W)LAN na začátku letošního roku jsme se věnovali novým normám a projektům IEEE pro bezdrátové sítě. Největší pokrok se vloni učinil v oblasti bezdrátových LAN. Jeden důležitý doplněk pro WLAN všech typů (802.11a/b/g) ale přes očekávání vloni schválen nebyl. Tím chybějícím článkem pro to, aby WLAN mohla bez (větších) problémů přenášet nejen data, ale i hlas, případně video, tedy provoz citlivý na čekání na přenos, je doplněk normy IEEE 802.11e, schválený teprve na konci září letošního roku.

Technologie přenosu hlasu VoWLAN (Voice over Wireless LAN, přesněji VoIP over WLAN) je realizace VoIP konkrétně přes WLAN a představuje zajímavé řešení pro konvergenci datové a hlasové komunikace nejen v pevných sítích, ale i v bezdrátových LAN. Hlasové služby po WLAN přinášejí nejvyšší úspory a zvýšení produktivity v prostředích, kde se pracovníci často pohybují na pracovišti (nemocnice, univerzity, sklady, obchody apod.) a dosud komunikují pomocí mobilních telefonů nebo pagerů.

Pro zajímavost, podle zprávy Wireless IP Phones Drive Future VoIP Markets společnosti In-Stat vzroste podíl uživatelů bezdrátových IP telefonů ze současných dvou procent (firemní řešení) na 73 procenta do roku 2009.

VoWLAN (někdy označovanému také jako VoWiFi nebo dokonce VoFi) jsme se na těchto stránkách věnovali již počátkem loňského roku v článku Kvalita služby ve WLAN: 802.11e.

Kvalita služby

QoS (QoS, Quality of Service) nesouvisí s tím, jak je daná síť „rychlá“, ale jak dokáže zajistit přenos jednotlivých toků dat podle charakteristik souvisejících se SLA (Service Level Agreement). Mezi tyto charakteristiky (metriky) QoS patří koncové zpoždění (doba mezi vysláním paketu od zdroje a jeho doručením zamýšlenému příjemci), kolísání zpoždění (jitter, rozdíl v intervalech mezi přijímanými pakety), ztráta paketů (podíl přijatých paketů a vyslaných paketů za jednotku času) a šířka pásma (přenosová kapacita) související s propustností (objem dat úspěšně přenesený za jednotku času).

Stávající řešení přenosu po WLAN nečiní žádné rozdíly mezi typy provozu. Pro přenos citlivých dat (na zpoždění, kolísání zpoždění či ztrátu paketů) je potřeba jednotlivým typům paketů (provozu) zaručit „lepší“ zacházení v síti při přenosu od zdroje k cíli. 802.11e má právě za úkol specifikovat řešení pro identifikaci jednotlivých tříd a zaručení kvality služby pro přenos hlasu, videa a dat po WLAN.

Pokud má síť splňovat požadavky na kvalitu služby různých typů provozu, musí systém pokrýt několik funkcí: mapování QoS (typicky mezi informací o požadované QoS v IP datagramu na informace používané ve WLAN), řízení přístupu k médiu (zda je síť vůbec schopná požadavku vyhovět) a přidělování síťových prostředků (typicky šířky pásma).

Poskytování síťových prostředků se řeší buď rezervací (v centralizovaných protokolech), nebo upřednostněním provozu (v distribuovaných protokolech). Upřednostnění je založeno na klasifikaci provozu na základě aplikace a přidělení prostředků podle třídy priority a podle dostupnosti prostředků a momentální poptávky. Rezervační mechanismy MAC jsou vhodné pro aplikace v reálném čase, protože redukují zpoždění při přístupu ke kanálu.

QoS do WLAN podle 802.11e

Sítě podle 802.11 jsou sítě sdílené, takže všichni (aktivní) uživatelé přidružení k jednomu přístupovému bodu vysílají na stejném sdíleném kanále a žádné pakety nemají přednost před ostatními. Pokud dva uživatelé začnou vysílat současně, dojde ke kolizi. Tomu je třeba zabránit.

Základní specifikace 802.11 protokolu pro přístup k médiu (MAC) nabízí dva režimy komunikace: DCF a PCF (více viz článek Kvalita služby ve WLAN: 802.11e), které se uplatňují u všech typů WLAN (802.11a/b/g).

Standardní mechanismus DCF (Distributed Coordination Function) založený na metodě přístupu CSMA/CA (Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance) zajišťuje koordinaci přístupu k rádiovému kanálu: stanice monitoruje aktivitu na kanále, a pokud vysílá někdo jiný, odloží své vysílání na náhodně dlouhou dobu. DCF nepodporuje žádné priority přístupu.

Zřídka používaný (volitelný) druhý mechanismus přístupu, PCF (Point Coordination Function), podporuje toky dat citlivé na zpoždění, protože přístupový bod vyzývá stanice, zda mají data k odeslání. Pokud ano, získají od přístupového bodu vyhrazenou dobu k vysílání. Ani PCF nerozlišuje mezi typy provozu.

IEEE 802.11e na podporu QoS rozšiřuje oba režimy přístupu k rádiovému kanálu, povinný DCF (rozšíření EDCF) i volitelný PCF (rozšíření HCF). Navíc zajišťuje zpětnou slučitelnost se zařízeními nevybavenými podporou pro QoS (podle původních norem 802.11a/b/g).

EDCF (Enhanced Distribution Coordination Function) je pravděpodobnostní prioritní mechanismus pro alokaci šířky pásma na základě kategorií provozu. Každá stanice může mít až čtyři kategorie provozu na podporu osmi úrovní priority. Tabulka 1 naznačuje mapování priorit na kategorie přístupu, odpovídající jedné ze čtyř vysílacích front, které jsou odbavovány právě podle své priority. Vysílání stanic, které nepodporují QoS, se automaticky řadí do kategorie „best effort“. Každá stanice může vysílat, jakmile je médium volné, po intervalu čekání, který ovšem odpovídá dané kategorii provozu (AIFS, Arbitration Interframe Space).

AIFS se prodlužuje se snižující se prioritou provozu, takže stanice s vysokou prioritou provozu bude čekat kratší dobu než stanice s daty příslušejícími provoz o nižší prioritě. Přístup k médiu se tak stává řízeně neférový – provoz s vyšší prioritou je upřednostněn na úkor provozu s prioritou nižší.

Doba AIFS je pro každou přístupovou kategorii pevně nastavená a interval čekání ještě doplňuje náhodně dlouhé okno sváru (CW, Contention Window); obé v délce vyjádřené v násobku časových úseků (slots), která je 20 mikrosekund pro 802.11b a devět mikrosekund pro 802.11g. CW brání kolizím paketů stejné kategorie. Zdvojnásobuje svou délku po každé nastalé kolizi a po úspěšném přenosu se zase vrací na minimální hodnotu.

Tabulka 1: Doba čekání na vysílání (v časových úsecích) u jednotlivých kategorií 

kategorie charakteristiky přenosu AIFSN CW (Contention Window) Celková doba čekání
hlas (7,6) VoIP s nejvyšší kvalitou – minimální zpoždění 2 0 – 3 2 – 5
video (5,4) video toky (běžné i vysoké rozlišení) 2 0 – 7 2 – 9
best effort (0,3) interaktivní aplikace necitlivé na zpoždění 3 0 – 15 3 – 18
pozadí (2,1) datové soubory 7 0 – 15 7 – 22

802.11e nabízí volitelně také centralizovaný protokol HCF (Hybrid Coordination Function), kdy si mobilní stanice vyžádá od přístupového bodu právo vysílat (přístup k rádiovému kanálu).

Vedle mechanismu QoS založeného na upřednostňování provozu nabízí IEEE 802.11e složitější rezervační mechanismus: HCCA (HCF Controlled Channel Access). Podobně jako u původní funkce PCF řídí i v rámci HCCA přístup ke kanálu přístupový bod pomocí výzev jednotlivým stanicím. QoS se bere v potaz při plánování vysílacích dob, kdy některý provoz dostává k dispozici větší část kanálu. AP přiděluje právo vysílat na základě osmi možných identifikátorů provozu (TSID, Traffic Stream Identifier). HCCA s dobře nastavenými parametry QoS může zajistit efektivnější využití přenosového kanálu zejména u WLAN primárně používaných pro přenos hlasu či videa, protože eliminuje „ztrátové“ doby čekání.

WMM od WiFi Aliance jako dočasné řešení

WiFi Aliance (WFA) původně plánovala dvoustupňový proces pro certifikaci zařízení WLAN s podporou pro QoS, podobně jako tomu bylo v případě zabezpečení WLAN (dočasné řešení WPA, WiFi Protected Access). Dnes se ve WFA testuje a certifikuje také podle WPA2, což je ovšem již testování povinných prvků normy 802.11i.

Dočasné řešení pro podporu QoS vytvořila aliance pod označením WMM (Wireless MultiMedia), původně WME (Wireless Multimedia Extensions). Testování produktů s WMM začalo vloni na podzim a do konce minulého měsíce WFA certifikovala přes stovku produktů podle WMM, nejen přístupových bodů a karet, ale i USB adaptérů, mediálních bran a směrovačů.

WMM podporuje pouze některé prvky 802.11e, jako označování rámců podle priorit a odpovídající řazení do front (priority tagging and queueing). WMM se neomezuje pouze na hlasové aplikace, ale zahrnuje všechny zvukové, obrazové i multimediální aplikace probíhající v reálném čase. Vychází z řešení podpory QoS pro odlišení služeb po protokolu IP (mechanismus Differentiated Services) a rozděluje provoz do čtyř úrovní priorit (viz obrázek): nejvyšší prioritu má hlas, pak video, následuje best effort a vše ostatní (např. tiskové úlohy, přenosy souborů). Tyto úrovně priorit se shodují s označením priorit podle 802.1d používaným v pevných LAN, takže podpora QoS je jednotná např. v podnikové síti.

1952

WMM je dostačující pro nižší rychlosti, které vyhovují VoIP, zatímco plnohodnotné řešení podle 802.11e budou potřebovat větší žrouti šířky pásma, typicky video streaming.

EBF16

V současné době se pracuje na novém programu certifikace WMM-SA (WMM Scheduled Access), který už bude odvozen od schválené normy 802.11e. První vlna certifikace je naplánována na první polovinu příštího roku. 802.11e kromě upřednostňování provozu citlivého na zpoždění, které je součástí WMM, podporuje také rezervaci šířky pásma (simuluje tradiční realizaci hlasové komunikace pomocí přepojování okruhů).

Příště si něco řekneme o tom, co dalšího potřebuje hlas v rozlehlé bezdrátové síti.

Anketa

Využíváte WLAN pro přenos hlasu?

2 názory Vstoupit do diskuse
poslední názor přidán 13. 11. 2006 13:44

Školení SEO - jak na optimalizaci pro vyhledávače

  •  
    Analýza klíčových slov - jaká slova vybrat.
  • Metody linkbuildingu - jak získat zpětné odkazy.
  • Vyhodnocování SEO - nesledujte jen pozice.

Detailní informace o školení SEO »