ES2321699T3 - Metodos para proporcionar calidad de servicio en sistemas ieee 802.11. - Google Patents
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Abstract
Un método para un punto de acceso para proporcionar calidad de servicio en una red de área local inalámbrica 802.11 (15), que comprende los pasos de: procesar los datos recibidos de al menos un terminal móvil (MT, MT1, MT2, 25, 25a) usando un proxy de calidad de servicio (26); caracterizado por proporcionar una operación de calidad de servicio diferenciada a al menos un terminal móvil seleccionado, comprendiendo el método los pasos de: recibir una trama (80, 60) a través del proxy de calidad de servicio (26) desde al menos un terminal móvil; desechar la trama recibida (90, 65); e impedir la transmisión de un acuse de recibo de recibo de la trama de vuelta a al menos un terminal móvil seleccionado.
Description
Métodos para proporcionar calidad de servicio en
sistemas IEEE 802.11.
El presente invento se refiere a redes LAN
inalámbricas, y más particularmente, a métodos y sistemas para
proporcionar calidad de servicio dentro de sistemas IEEE 802.11.
El protocolo de red de área local inalámbrica
IEEE 802.11 permite las comunicaciones inalámbricas entre puntos de
acceso y terminales móviles dentro de una celda. El IEEE 802.11
proporciona dos métodos para acceder a los puntos de acceso por el
terminal móvil. La función de coordinación distribuida (DCF) permite
que varias unidades compitan por acceder simultáneamente a la red.
La función de coordinación de puntos (PCF) permite a un punto de
acceso controlar el acceso a la red. Mientras los puntos de acceso
existentes pueden distribuir anchura de banda entre los terminales
móviles dentro de una celda usando la función de coordinación de
puntos, actualmente la mayoría de los productos 802.11 no soportan
el mecanismo de llamada selectiva que se usa en la función de
coordinación de puntos. Esto es un sistema que sólo puede ser usado
para controlar el tráfico de enlace descendente y que tiene
posibilidades muy limitadas con respecto a QoS.
La norma IEEE 802.11 actualmente no proporciona
soporte explícito de calidad de servicio (QoS). Se está elaborando
actualmente una nueva norma en la que se proporcionaría soporte de
QoS. Sin embargo, esta actualización está lejos de ser puesta en
práctica y el soporte de QoS no existirá durante mucho tiempo. Por
lo tanto, existe una necesidad de un sistema que soporte sistemas
que no tengan capacidades de QoS y de sistemas que puedan soportar
parcialmente QoS y para proporcionar algún tipo de soporte de
calidad de servicio diferenciado dentro de la infraestructura
802.11 existente para dispositivos que no soporten el mecanismo de
llamada selectiva de la función de coordinación de puntos.
Aparte del protocolo de LAN IEEE 802.11
inalámbrica utilizado por el usuario final del terminal inalámbrico,
el IP, el UDP, el RTP (Protocolo de Transporte en Tiempo Real) y el
protocolo TCP son protocolos bien conocidos.
El documento IETF RCF 3135 de la técnica
anterior, "Proxys de mejora del funcionamiento con objeto de
atenuar los deterioros relacionados con los enlaces", J. Border
y otros, Universidad de Oulu, Junio 2001, trata de las técnicas
proxy para mejora de funcionamiento (PEP). Se usa un PEP para
mejorar el funcionamiento de los protocolos de Internet en rutas de
red en las que el funcionamiento natural sufre debido a las
características de un enlace o subred en la ruta'' (véase sección
1, y 5.3.1). Un enlace inalámbrico es un ejemplo de un enlace
propenso a errores. Las técnicas PEP pueden estar basadas en la
manipulación de acuse de recibo (ACK) del TCP (véase sección 3.1).
Las técnicas PEP pueden tener implicaciones negativas en otros
mecanismos de control de QoS, por lo que se aconseja al
administrador de la red usar las técnicas PEP con precaución (véase
la sección 4.5). En la sección 5.3.2 un mecanismo de retransmisión
del TCP de W-LAN que implica activamente
retransmitir segmentos de datos perdidos y desechar ACKs duplicados
ha sido propuesto para identificar pérdidas de paquetes y así
evitar las retransmisiones rápidas y la congestión consiguiente. En
resumen, el objeto del IETF RCF3135 parece que mejora el servicio
de la estación móvil individual o al menos el funcionamiento general
de todas las estaciones móviles en la celda. Las técnicas PEP en el
IETF RCF3135 se refieren a las capas de transporte y a las capas de
aplicación, véanse 2.1.1 y 2.1.2.
El documento de la técnica anterior "Temas de
funcionamiento sobre enlaces inalámbricos TCP", G. Xylomenos y
otros, IEEE, Abril 2001, expone métodos para mejorar el
funcionamiento en TCP/IP en enlaces inalámbricos. Entre otras se ha
sugerido mejorar el funcionamiento del TCP de los usuarios en
general por varias técnicas diferentes que implican por ejemplo
descomponer conexiones de
extremo-a-extremo en sesiones TCP
independientes para una ruta por cable y una ruta inalámbrica de un
enlace; usar un plan Eifel para evitar las falsas interrupciones y
las retransmisiones rápidas debidas a transferencias o a
retransmisiones de enlace de capa retrasadas, o a realización de
recuperación de error local en el nivel IP. El documento no trata de
establecer diferenciación de QoS.
El presente invento supera los anteriores y
otros problemas con un método para proporcionar calidad de servicio
en una red inalámbrica 802.11 en la que los datos recibidos de al
menos un terminal móvil son procesados en un punto de acceso o nodo
intermedio usando una funcionalidad proxy de calidad de servicio
dentro del punto de acceso o nodo. Al menos un terminal móvil está
entonces provisto de una operación de calidad de servicio desde el
punto de acceso. El invento está definido en las reivindicaciones
del método independientes 1, 3, 4 y 6.
Los dibujos anejos, que se incluyen para
proporcionar una mejor comprensión del invento y están incorporados
en él y constituyen una parte de esta especificación, ilustran las
realizaciones del invento que conjuntamente con la descripción
sirven para explicar los principios del invento. En los dibujos:
la Figura 1 ilustra una red de área local
inalámbrica 802.11;
la Figura 2 ilustra el funcionamiento de la
función de coordinación de puntos;
la Figura 3 ilustra una primera realización para
proporcionar calidad de servicio dentro de una WLAN 802.11;
la Figura 4 ilustra una realización adicional
para proporcionar calidad de servicio dentro de una WLAN 802.11;
la Figura 5 ilustra además una realización
posterior para proporcionar calidad de servicio en una WLAN
802.11;
la Figura 6 ilustra además otra realización para
proporcionar calidad de servicio en una WLAN 802.11;
la Figura 7 ilustra un campo duración/ID dentro
de una trama transmitida desde un punto de acceso a diversos
terminales móviles;
la Figura 8 ilustra una transmisión de NAV para
múltiples STAs;
la Figura 9 ilustra un uso de un vector de
asignación de red ampliada para conseguir calidad de servicio dentro
de una WLAN 802.11; y
la Figura 10 ilustra una pila de protocolos de
un terminal móvil, un AP y usuario final homólogo.
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Con referencia ahora a los dibujos, y más
particularmente a la Figura 1, se ha ilustrado un ejemplo de un
entorno de red que usa la norma IEEE 802.11 de red de área local
inalámbrica. Un sistema LAN inalámbrico 10 consta típicamente de
varias células 15, teniendo cada una un punto de acceso (AP) 20
dentro de cada célula 15. Los terminales móviles (MT) 25 pueden
asociarse con un punto de acceso particular 20 y obtener acceso a
los servicios proporcionados por el punto de acceso 20 que conecta a
una red por cable (no mostrada). A los puntos de acceso 20 y a los
terminales móviles 25 se les denomina a veces estaciones (STAs). En
lo que sigue el término "estación" o "STA" se usa al
referirse a ambos puntos de acceso y terminales móviles más bien
que cuando se hace referencia a cada uno de éstos
individualmente.
Como se ha mencionado anteriormente, la norma
IEEE 802.11 proporciona dos métodos para acceder al medio
inalámbrico, es decir, la función de coordinación distribuida (DCF)
y la función de coordinación de puntos (PCF). La función de
coordinación distribuida es un acceso múltiple de detección de
portadora con plan de prevención de colisión en caso de que todas
las STSs estuvieran simultáneamente compitiendo por acceder al medio
inalámbrico. Las STAs escuchan al medio inalámbrico durante una
cantidad de tiempo especificada y cuando no está ocupada, una STA
comienza a transmitir. Cuando ocurren las colisiones se usa un
mecanismo de retroceso para reducir el riesgo de posteriores
colisiones. En principio no hay forma de predecir cuándo ocurrirá
una transmisión de una cierta trama o cuánta anchura de banda
obtendrá cierta STA ya que el acceso al medio inalámbrico es
dependiente de la cantidad de obstrucción de otra STA en una celda.
Tampoco es posible diferenciar entre STAs ya que todas las STAs
compiten por usar las mismas reglas independientemente del tipo o
cantidad de datos para transmisión.
La función de coordinación de puntos permite a
un punto de acceso 20 emitir un período libre de obstrucción (CFP)
que proporciona al punto de acceso 20 control sobre el medio
inalámbrico. Esto está ilustrado en la Figura 2, en la que una
baliza 30 transmitida por el punto de acceso 20 establece el período
libre de obstrucción 35 dentro de una celda particular. El período
libre de obstrucción 35 termina tras un período de duración máxima
del CFP o tras la transmisión de una trama de fin de CF 40 por el
punto de acceso 20. El período de obstrucción 45 está entonces en
efecto en donde la función de coordinación distribuida se usa para
comunicaciones hasta que una baliza siguiente 50 es transmitida por
un punto de acceso 20. Durante el período libre de obstrucción 35
el punto de acceso puede transmitir un enlace descendente (AP a MT)
pero a los terminales móviles 25 no les está permitido transmitir
tráfico de enlace ascendente (MT a AP) a menos que sean llamados
selectivamente por el punto de acceso 20. De esta forma, usando la
función de coordinación de puntos, el punto de acceso 20 tiene
control sobre la planificación de enlaces ascendentes y de enlaces
descendentes.
Como no hay soporte en IEEE 802.11 para la
distribución explícita de anchura de banda entre los terminales
móviles 25 en una celda, no hay necesidad de usar ningún tipo de
proxy 26 de calidad de servicio (Figura 1) para actuar como un
proxy entre homólogos que actúan en funciones de calidad de
servicio. El proxy 26 de calidad de servicio puede estar situado en
el punto de acceso 20, en una nota intermedia tal como un
encaminador. Esta solución puede hacer que los terminales móviles
25 experimenten diferentes anchuras de banda, retraso, tasa de
errores del paquete, etc, pero las capas 802.11 dentro del terminal
móvil no serán conscientes de cualquier diferenciación de calidad
de servicio.
Están disponibles varias posibles aplicaciones
de un proxy. Con respecto a las siguientes discusiones, se harán
referencias entre usuarios preferidos y usuarios regulares con
respecto a los terminales móviles correspondientes 25. Por ejemplo,
un usuario preferido tiene un abono más caro con un proveedor de
WLAN que un usuario regular y de esta forma recibirá un tratamiento
preferente dentro de una celda 15. También se puede hacer una
distinción entre diferentes tipos de categorías de datos, por
ejemplo de alta prioridad y de baja prioridad, pero con fines de la
siguiente discusión, solamente se hará referencia al usuario. El
punto de acceso 20 puede usar la dirección MAC de los terminales
móviles 25 para distinguir entre usuarios, y/o etiquetas IEEE 802.1Q
para distinguir entre categorías de tráfico.
Con referencia ahora a la Figura 3, se ha
ilustrado una primera realización cuando se ha puesto en práctica
un proxy 26 dentro del punto de acceso 20. Tras la recepción de una
trama 60 desde un terminal móvil regular 25 durante un período de
obstrucción el punto de acceso 20 desecha la trama en 65 sin
transmitir un mensaje de acuse de recibo al usuario regular del
terminal móvil 25. Cuando el terminal móvil 25 no recibe un acuse
de recibo de transmisión de la trama, el terminal móvil 25 aumentará
su ventana de obstrucción en 70 y retransmitirá la trama desde el
terminal móvil 25 del punto de acceso 20 en 75. La ventana de
obstrucción más grande implica un tiempo de retroceso más largo. El
tiempo de retroceso determina el tiempo durante el cual el medio
inalámbrico tiene que estar inactivo antes de que a una STA le sea
permitido transmitir. Dentro de una celda 15 que tiene mucha
obstrucción esto hará que disminuya la obstrucción total y que los
terminales móviles 25 que no hayan aumentado su ventana de
obstrucción, incluyendo todos los terminales móviles preferidos,
tendrán una ventaja en acceder al medio inalámbrico.
Con referencia ahora a la Figura 4, se ha
ilustrado una realización alternativa de una puesta en práctica de
un proxy 26 en el que tras la recepción de una trama 80 en el punto
de acceso 20 desde un terminal móvil 25 durante el período de
obstrucción, el punto de acceso 20 acusa recibo en 85 de la trama
recibida como normal al terminal móvil 25 pero desecha la trama en
90 y no envían la trama a una red por cable conectada al punto de
acceso. Esto actúa para disminuir el paso con el que las capas más
altas del protocolo transmiten los datos. Esto disminuye el paso
con el cual los datos son transmitidos por un TCP emisor. Esto
también reduce la cantidad de datos transmitidos sobre el medio
inalámbrico por el terminal móvil regular y debido a que los otros
terminales móviles, incluyendo los terminales móviles preferidos,
experimentarán menos obstrucción.
Con referencia ahora a la Figura 5, se ha
ilustrado también una realización adicional para puesta en práctica
de un proxy, en el que tras la recepción de una trama 95 desde un
terminal móvil 25 durante un período de obstrucción, el punto de
acceso 20 envía la trama recibida en 100 a una red de área local por
cable 105 pero impide la transmisión de una acuse de recibo de
vuelta al emisor del terminal móvil regular 25. La respuesta será
esencialmente la misma que la descrita con respecto a la Figura 3,
en la que el terminal móvil 25 aumentará su ventana de obstrucción
en 110 y retransmitirá la trama al punto de acceso 20 en 115. La
diferencia entre esto y el ejemplo de la Figura 3 será perceptible
en las capas más altas, por ejemplo, en las estimaciones RTT de las
capas TCP.
Cada vez que un punto de acceso 20 comienza un
período libre de obstrucción 35 como se ha descrito anteriormente
con respecto a la Figura 2, todos los terminales móviles 25 dentro
de una celda fijan su vector de asignación de red (NAV) para
proteger el medio inalámbrico durante el período libre de
obstrucción. Como se ha descrito anteriormente, el período libre de
obstrucción termina cuando expira la duración máxima de CFP o cuando
el punto de acceso 20 transmite una trama de fin de CF a la
dirección de difusión. Los terminales móviles 25, tras la recepción
de una trama de fin de CF, restablecen su vector de asignación de
red y abren el medio inalámbrico a la obstrucción de DCF.
Con referencia ahora a la Figura 6, con el fin
de proporcionar la calidad de servicio, el punto de acceso 20 puede
transmitir tramas de CF de unidifusión dirigidas a los terminales
móviles preferidos 25. Esto hará que los terminales móviles que
reciben las tramas de fin de CF restablezcan su vector de asignación
de red y comiencen a usar la función de coordinación distribuida.
Si solamente los terminales seleccionados reciben las tramas de fin
de CF de unidifusión, mientras que todos los otros terminales
móviles todavía tienen su vector de asignación de red fijado y les
está impedido transmitir, los terminales móviles seleccionados
tendrán acceso privilegiado al medio inalámbrico.
La baliza se envía periódicamente en momentos
indicados por el Tiempo de Transmisión de Baliza Objetivo (TBTT).
En cada TBTT un punto de acceso 20 tiene que esperar a que el medio
inalámbrico esté libre antes de transmitir la baliza 180. De esta
forma, como se ha ilustrado en la Figura 6, en la ocurrencia del
TBTT 120, los vectores de asignación de red se fijan para todos los
terminales móviles asociados con un determinado punto de acceso 20.
En ausencia de cualesquiera acciones posteriores, el NAV será fijado
para cada uno de los terminales móviles 25 para todo el período de
tiempo indicado en 125. Si el punto de acceso 20 transmite una trama
de fin de CF unidifusión al terminal móvil 1 en 130, el terminal
móvil 1 restablece su NAV y después usa la función de coordinación
distribuida del período de tiempo 135. Cuando el punto de acceso 20
transmite una trama de fin de CF de unidifusión al terminal móvil 2
en 140, tanto el terminal móvil 1 como el terminal móvil 2 usan la
función de coordinación distribuida en 145. Antes de la transmisión
de la difusión de una trama de fin de CF en 150, solamente el
terminal móvil 1 y el terminal móvil 2 están usando la función de
coordinación distribuida y por tanto tienen un acceso más fácil al
medio inalámbrico. Todos los otros terminales móviles 25 solamente
son capaces de comunicar con el punto de acceso 20 cuando son
llamados selectivamente. Después de la difusión, la trama final es
transmitida en 150 y todos los terminales móviles pueden empezar a
usar la función de coordinación distribuida durante el período de
tiempo 155 hasta la recepción de una próxima baliza.
Con referencia ahora a las Figuras
7-9, se ilustra una realización adicional de un
proxy en la que durante un período de obstrucción el vector de
asignación de red se usa para proteger el medio inalámbrico durante
la secuencia de un intercambio de trama. Una STA que recibe una
trama que no está dirigida a la STA es requerida para actualizar su
valor NAV usando el valor en el campo duración/ID 165 como se
muestra en la Figura 7 de la trama recibida.
Un punto de acceso 20 puede dar acceso
priorizado a un terminal móvil dado 25 transmitiendo una trama al
terminal móvil con un valor en el campo duración/ID 165, lo que
indicaría un período de tiempo que es mayor del requerido. Así,
como se muestra en la Figura 8, cuando un punto de acceso 20
transmite una trama al primer terminal móvil 25a, una o más STAs
que también reciben la trama fijan su valor de asignación de red de
acuerdo con el valor recibido. Como el terminal móvil receptor
pretendido 25a de la trama no actualiza su NAV, y el NAV ampliado
no afectará al terminal móvil 25a al que ha sido dirigida la trama,
el terminal móvil 25a tendrá prioridad de acceso en la duración del
NAV.
Este terminal móvil 25a tendrá sólo acceso al
medio inalámbrico en tanto que dure el NAV ampliado, como está
ilustrado en la Figura 9. El tiempo T indica el tiempo durante el
cual todos los otros terminales móviles han fijado su NAV y el
terminal móvil 25a tiene acceso exclusivo al medio inalámbrico. El
NAV regular indica que habría sido fijado por la costumbre normal
del campo de duración. El NAV ampliado indica el NAV fijado por el
proxy anteriormente propuesto. El tiempo T de la Figura 9 debería
ser mayor que DIFS+CW*slot_time para garantizar que el mecanismo
DCF en un terminal móvil 25a puede comenzar una transmisión durante
el período de tiempo T. CW es la ventana de obstrucción, DIFS es el
espaciamiento entre tramas y slot_time es el SlotTime 802.11. Este
sistema descrito proporcionaría una llamada selectiva implícita del
terminal móvil 25a.
La Figura 10 muestra una pila de protocolos 200
de un terminal móvil y la correspondiente pila de protocolos 210 en
el AP, y la pila de protocolos de un usuario final homólogo 200
situado en la LAN por cable 220. Como puede verse el AP 210 utiliza
un tipo de MAC y de capa física para el lado con cable 250 y el
802.11 MAC y la capa física 260 para el lado inalámbrico. También
puede verse que la capa IP así como la capa TCP son transparentes a
través de la AP 210.
Se cree que la operación y la estructura del
presente invento serán evidentes a partir de la anterior descripción
y, mientras el invento mostrado y descrito aquí ha sido
caracterizado como realizaciones específicas, en él se pueden
realizar cambios y modificaciones sin apartarse del invento tal como
está definido en las siguientes reivindicaciones.
Claims (5)
1. Un método para un punto de acceso para
proporcionar calidad de servicio en una red de área local
inalámbrica 802.11 (15), que comprende los pasos de:
procesar los datos recibidos de al menos un
terminal móvil (MT, MT1, MT2, 25, 25a) usando un proxy de calidad
de servicio (26);
caracterizado por
proporcionar una operación de calidad de
servicio diferenciada a al menos un terminal móvil seleccionado,
comprendiendo el método los pasos de:
recibir una trama (80, 60) a través del proxy de
calidad de servicio (26) desde al menos un terminal móvil;
desechar la trama recibida (90, 65); e
impedir la transmisión de un acuse de recibo de
recibo de la trama de vuelta a al menos un terminal móvil
seleccionado.
\vskip1.000000\baselineskip
2. Un método para un punto de acceso para
proporcionar calidad de servicio en una red de área local
inalámbrica 802.11 (15), que comprende los pasos de:
procesar los datos recibidos de al menos un
terminal móvil (MT, MT1, MT2, 25, 25a) usando un proxy de calidad
de servicio (26);
caracterizado por
proporcionar una operación de calidad de
servicio diferenciado a al menos un terminal móvil seleccionado,
comprendiendo el método los pasos de:
recibir una trama a través del proxy de calidad
de servicio desde al menos un terminal móvil seleccionado;
impedir la transmisión de un acuse de recibo de
recepción de la trama de vuelta a al menos un terminal móvil
seleccionado (100); y
enviar la trama a una red por cable (100).
\vskip1.000000\baselineskip
3. Un método para un punto de acceso para
proporcionar calidad de servicio en una red de área local
inalámbrica 802.11 (15), que comprende los pasos de:
procesar los datos recibidos de al menos un
terminal móvil (MT, MT1, MT2, 25, 25a) usando un proxy de calidad
de servicio (26);
caracterizado por
proporcionar una operación de calidad de
servicio diferenciado a al menos un terminal móvil seleccionado,
comprendiendo el método los pasos de:
fijar un vector de asignación de red (NAV) para
cada terminal móvil (MT1, MT2) de una pluralidad de terminales
móviles asociados con un punto de acceso;
transmitir una trama de fin de CF de unidifusión
(130, 140) a al menos un terminal móvil seleccionado de la
pluralidad de terminales móviles (MT1, MT2); y
restablecer (130, 140) un vector de asignación
de red (NAV) para al menos un terminal móvil seleccionado (MT1,
MT2) en respuesta a la trama de fin de CF (130, 140) de unidifusión
para permitir a la función de coordinación distribuida (DCF)
acceder a la red inalámbrica de al menos un terminal móvil
seleccionado (MT1, MT2).
\vskip1.000000\baselineskip
4. El método reivindicado en la reivindicación
3, que comprende los pasos de:
difundir una trama de fin de CF (150) a la
pluralidad de terminales móviles; y
restablecer el vector de asignación de red para
cualesquiera de los terminales móviles restantes.
5. Un método para un punto de acceso para
proporcionar calidad de servicio en una red de área local
inalámbrica 802.11 (15), que comprende los pasos de:
procesar los datos recibidos de al menos un
terminal móvil (MT, MT1, MT2, 25, 25a) usando un proxy de calidad
de servicio (26);
caracterizado por
proporcionar una operación de calidad de
servicio diferenciado a al menos un terminal móvil seleccionado,
comprendiendo el método los pasos de:
transmitir una trama desde un punto de acceso
(AP-20), en el que dicha trama es recibida por cada
uno de la pluralidad de terminales móviles
(MT1-25), dicha trama es dirigida a al menos un
terminal móvil seleccionado (MT1-25a), e incluye un
valor mayor del requerido en un campo duración/ID (165), cuyo valor
es mayor que DIFS+CW*slot_time, en el que DIFS es la distancia
entre tramas, CW es la ventana de obstrucción, y slot_time es el
intervalo de tiempo 802.11;
establecer un vector de asignación de red (NAV)
dirigido para cada terminal móvil (MT1-25) al que la
trama no fue dirigida de acuerdo con el valor indicado;
proporcionar prioridad de acceso al punto de
acceso (AP-20) por al menos un terminal móvil
seleccionado (MT1-25a) durante un período de tiempo
(1) en respuesta al valor mayor que el requerido.
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