Aby umożliwić wydajną transmisję strumieni innych niż "best effort", grupa robocza 802.11 IEEE zaproponowała dwa rozwiązania poprawiające sposób dostępu do medium:
EDCF - Enhanced DCF (inna nazwa to EDCA - Enhanced Distributed Channel Access),
HCF - Hybrid Control Function.
Przykładem programu dedykowanego do planowania, symulacji i optymalizacji struktury WLAN może być Ekahau. Pozwala on na wizualizację zasięgów poszczególnych punktów dostępowych na mapie utworzonej na podstawie np. zeskanowanego planu piętra. Wśród dostępnych opcji znajdują się analizy wydajności sieci, monitoring WLAN (m.in. obliczanie statystyk ruchu).
EDCF i HCF zostały zawarte w zaleceniu 802.11e opublikowanym w listopadzie 2002 r. - nazwa standardu: "Wireless Medium Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY) Specifications: Medium Access Control (MAC) Enhancements for Quality of Service (QoS)". Należy podkreślić, że zalecenie to nie jest jeszcze w pełni zatwierdzone.
W przypadku wykorzystania DCF stacja ruchoma w sieci WLAN, która zamierza transmitować ramkę, monitoruje zajętość kanału i sprawdza, czy czas nieużywania kanału przekroczył wartość DIFS (Distributed Interframe Space - rozproszona odległość międzyramkowa). W standardzie 802.11a DIFS wynosi 34 mikrosekundy. Po wykryciu DIFS stacja czeka przez losowo wybrany tzw. wykładniczy licznik czasu powrotu (exponential backoff timer) przed rozpoczęciem transmisji. Licznik czasu powrotu jest zmniejszany wraz z taktem zegara (pojedynczym odstępem czasowym jest długość szczeliny czasowej, która wynosi 9 mikrosekund w 802.11a) tak długo, jak długo kanał pozostaje wolny. Odliczanie jest zatrzymane, jeżeli stacja wykryła transmisję w obserwowanym kanale. Zmniejszanie licznika czasu powrotu jest wykonywane od momentu ostatniego odliczania, jeżeli ponownie kanał pozostawał wolny przez czas dłuższy niż DIFS. Stacja rozpoczyna transmisję, jeżeli licznik osiągnął zero. Każda nowa transmisja otrzymuje nowy licznik z zakresu [0,CW-1], gdzie CW (Current Window) jest ostatnio przypisaną wartością licznika. Wartości z przedziału mogą przyjmować jedynie wartości dyskretne (liczba szczelin czasowych). Przy pierwszej transmisji stacji zostaje przypisana wartość minimalna CWmin (w 802.11a wynosi ona 15 szczelin czasowych), która jest zwiększana przy każdej nieudanej próbie transmisji aż do wartości CWmax. Jeżeli wartość CWmax licznika zostanie osiągnięta, to nie jest już zwiększana przy każdej następnej nieudanej próbie. Po udanej transmisji ramki stacja, która odebrała wiadomość, potwierdza ją komunikatem ACK (Acknowledge), który powinien być wysłany po odliczeniu krótkiego czasu SIFS (Short Interframe Space). Jeżeli stacja nadawcza nie otrzyma ramki ACK po określonym czasie lub wykryła transmisję ramki innego pochodzenia, to ustanawia transmisję ramki ponownie, zgodnie z opisanym powyżej mechanizmem - opisany algorytm przedstawiono na rysunku na następnej stronie.
Mapowanie klas ruchu w wirtualne kolejki - 802.11b
EDCF oparty jest na różnicowaniu priorytetów, według których stacja ruchoma WLAN ma transmitować różne porcje informacji. Bazuje on na czterech klasach dostępu zwanych kategoriami dostępu (AC - Access Categories), z których każda zapewnia inny sposób dostępu do kanału. To zróżnicowanie osiągane jest przez ustalenie różnej długości liczników odliczających zwolnienie kanału i liczników czasu powrotu dla każdej z klas osobno. Mechanizm EDCF wspiera do ośmiu rożnych priorytetów, które są z kolei mapowane w cztery różne klasy AC, gdzie:
AC 3 jest przeznaczone do transmisji głosu.
AC 2 jest przeznaczone do transmisji wideo.
AC 1 jest przeznaczone do transmisji strumieni "best effort".
AC 0 jest przeznaczone do transmisji pozostałych strumieni.
Każda klasa AC otrzymana jest poprzez zróżnicowanie licznika AFIS (Arbitration Interframe Space), który jest odpowiednikiem DIFS w regule DCF (patrz rysunek). Każda klasa otrzymuje również inną wartość okna początkowego CWmin, a także okna końcowego CWmax. Mamy zatem AFIS[i] oraz CWmin[i] i CWmax[i], gdzie i oznacza klasę oraz AC. Algorytm dostępu do kanału działa identycznie jak w DCF oraz jest rozpatrywany dla każdego i osobno. Oznacza to, że jeżeli jakikolwiek AC posiada mniejszy AIFs lub CWmin i CWmax niż pozostałe AC, to ma on większe szanse na dostęp do medium niż pozostałe. Opisany mechanizm jest obrazowo przedstawiony na wspomnianym rysunku.
HCF rozszerza możliwości EDCF poprzez wprowadzenie koordynatora przydzielania dostępu do kanału (HC - Hybrid Coordinator). W przypadku HCF może być wykorzystany protokół przeznaczony do sterowania dostępem i wymaganiami co do jakości transmisji. HCF powinien zapewniać odpowiednie usługi w sieci WLAN z większym prawdopodobieństwem niż EDCF.
Ponieważ wersja e standardu 802.11 jest w fazie rozwoju, stąd powstają nowe prace rozszerzające jego możliwości. Jedną z propozycji jest architektura rozproszonej kontroli dostępu do zasobów DAC (Distributed Admission Control). Zadaniem DAC jest ochrona już ustanowionych połączeń (wideo, głosowych) przed obniżeniem jakości transmisji. Punkt dostępowy AP (Access Point) ogłasza budżet transmisji poprzez odpowiednią flagę dla każdego AC (inaczej dla każdej stacji ruchomej, która może wykorzystywać kilka AC) - budżet ten oznacza wolne pasmo do wykorzystania. Każda stacja ruchoma ustala swój wewnętrzny limit dla każdego AC przy każdorazowym odebraniu wysłanej przez AP flagi. Ustalenie to bazuje na licznikach transmisyjnych ustalonych w trakcie poprzedniego odebrania flagi oraz na budżecie transmisyjnym ustalonym przez AP. Kiedy budżet transmisyjny dla danego AC zostaje zmniejszony, to nowe strumienie nie będą mogły zyskać czasu transmisji, a istniejące strumienie nie będą mogły zwiększyć czasu transmisji do czasu odebrania kolejnej flagi. W ten sposób chroni się istniejące strumienie przed degradacją jakości.
Administrator WLAN = radioamator?
Dostęp do medium w standardzie 802.11e
Wdrożenie standardu 802.11k, który pozwala monitorować zasoby radiowe, zdecydowanie rozszerzy możliwości planowania sieci bezprzewodowej. Znajomość szczegółowych statystyk warstwy pierwszej i drugiej pozwoli dokładniej określić liczbę niezbędnych punktów dostępowych oraz ich optymalne rozmieszczenie. Konfiguracja używanych kanałów radiowych przybliży proces planowania WLAN do planowania znanego z telefonii komórkowej, w której wybrane stacje pracują na tej samej częstotliwości. Dzięki temu wykorzystanie pasm przewidzianych dla standardu "a" i "g" powinno być bardziej optymalne. Czy jednak projektanci sieci Wi-Fi będą zmuszeni do przyśpieszonego kursu radiokomunikacji? Odpowiedź brzmi: nie. Dostawcy rozwiązań korporacyjnych już o nich zadbali, oferując odpowiednie oprogramowanie. Przykładem programu dedykowanego do planowania, symulacji i optymalizacji struktury WLAN może być Ekahau, który wchodzi w skład dostarczanego przez Proxim ORiNOCO Smart Wireless Suite. Ekahau zawiera dane o materiałach budowlanych (istotne ze względu na propagację sygnału), biblioteki ze specyfikacją sprzętu ORiNOCO. Pozwala na wizualizację zasięgów poszczególnych punktów dostępowych na mapie utworzonej według np. zeskanowanego planu piętra. Wśród dostępnych opcji znajdują się analizy wydajności sieci, monitoring WLAN (m.in. obliczanie statystyk ruchu). Administrator zostaje także powiadomiony o próbie podłączenia do sieci obcego punktu dostępowego. Na śledzenie ruchu i stacji klienckich prawie w czasie rzeczywistym pozwala także wchodzący w skład architektury Cisco Structured Wireless-Aware Network moduł Wireless LAN Solution Engine Location Manager.
Na zakończenie
Przykładowe funkcjonalności elementów w scentralizowanych sieciach WLAN
Rozwijane w przedsiębiorstwach sieci bezprzewodowe znajdują zastosowanie głównie w salach konferencyjnych lub biurach budowanych na zasadzie open space. Konwergencja Wi-Fi i telefonii komórkowej, a tym samym Voice over WLAN wymusi gęstszą instalację punktów dostępowych. Wówczas zrealizowanie usług wymagających określonej jakości będzie dużo łatwiejsze w architekturze scentralizowanej. Składowanie w bezprzewodowym przełączniku informacji o połączeniu, danych niezbędnych do reautoryzacji pozwoli na przenoszenie transmisji bez przerwy pomiędzy punktami dostępowymi. Dokładnie tym zagadnieniem zajmuje się powołana w 2004 r. grupa IEEE tworząca standard 802.11r. Rewolucja w zarządzaniu sieciami bezprzewodowymi może nadejść wraz z zakończeniem prac nad standardem 802.11s. Jest on opracowywany od wiosny zeszłego roku i ma określić pracę urządzeń w topologii kraty (mesh). Wówczas punkty dostępowe mogą zyskać funkcjonalność routera dla ruchu bezprzewodowego i przekazywać dane do sąsiednich AP, jak np. robią to dziś węzły składające się na Internet. Mesh pozwala na ominięcie uszkodzonego AP, balansowanie obciążeniem oraz optymalizację wydajności. Dotychczas brak szczegółowych informacji o rozważanych rozwiązaniach, które miałyby się przerodzić w standard. Data zakończenia nad nim prac jest szacowana na koniec 2007 r. Jak pokazują badania przeprowadzone w USA, kwestie związane z zarządzaniem i integracją sieci bezprzewodowych w przedsiębiorstwach często decydują o inwestycji w tę technologię. Dlatego należy się spodziewać w najbliższym czasie rozwoju rozwiązań producenckich obok prac standaryzacyjnych. Czy będzie to w przyszłości powodem niekompatybilności urządzeń lub ograniczenia ich funkcjonalności? Czy lobbing dostawców przyśpieszy prace organizacji IEEE?
