СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ КАЧЕСТВА СЕРВИСА В БЕСПРОВОДНОЙ ЛОКАЛЬНОЙ СЕТИ (WLAN)
METHOD AND DEVICE FOR ENHANCING QUALITY OF SERVICE IN WIRELESS LOCAL AREA NETWORK (WLAN)

Настоящее изобретение относится к области беспроводной связи, в частности к способу и устройству для повышения качества сервиса (QoS) в беспроводной локальной сети (WLAN).
Уровень техники
Беспроводная локальная сеть (WLAN), как технология доступа пользователя к сети, имеет несравнимые преимущества по сравнению с проводным доступом, которые включают простоту подключения, удобство в виде возможности перемещения пользовательского терминала и прочие преимущества. С развитием данной технологии постепенно увеличивается ширина полосы, обеспечиваемой WLAN. Но что касается качества сервиса (QoS), то современные требования по качеству сервиса могут быть выполнены только при использовании функции улучшенного распределенного доступа к каналам (EDCA) по стандарту 1ЕЕЕ802.11е, но даже при этом при одновременном использовании полного набора услуг в точке доступа (передача данных, голоса, видео и т.д.) качество сервиса явно недостаточное.
Ограниченное качество сервиса, обеспечиваемое технологией EDCA, объясняется следующими причинами: 1) имеется только четыре категории сообщений, а именно АС_ВЕ, АС_ВK, AC_VI и AC_VO, и соответственно очередь приоритетности имеет только четыре уровня, что недостаточно в условиях одновременного использования полного комплекса сервисов; 2) приоритетность классов сервисов для функции EDCA является относительной; и это означает, что в условиях повышенной загруженности сети наиболее приоритетные сервисы также могут пострадать. Так, например, в приложениях, связанных с домашним пользованием, если через сеть WLAN различные пользователи одновременно пользуются телевидением по интернет-протоколу (IPTV) и просмотром сети интернет, то пользователь прежде всего ожидает высокого качества сервиса IPTV, и он не хотел бы видеть на экране мозаичной картинки, пауз или задержек, в то время как небольшое ухудшение скорости доступа в интернет было бы для пользователя относительно приемлемым. В настоящее время функция EDCA не может полностью обеспечить высокую приоритетность того или иного сервиса, так, например, не может обеспечить предпочтительность сервиса IPTV или какого-либо другого.
Сущность изобретения
Одной из целей настоящего изобретения является обеспечить способ и устройство для повышения качества сервиса в беспроводной локальной сети (WLAN), что позволило бы повысить удовлетворенность потребителей.
Для выполнения данной цели в настоящем изобретении предлагается способ повышения качества сервиса (QoS) в беспроводной локальной сети (WLAN), включающий этапы:
добавления категории сообщений в точке беспроводного доступа;
добавления QoS очереди передачи по приоритетности, соответствующей добавленной категорией сообщений, и задания атрибутов очереди;
проведения QoS планирования с использованием добавленной очереди передачи, и проведения передачи данных.
Кроме того, после этапа добавления категории сообщения в точке беспроводного доступа способ может дополнительно включать этап: включения специфического сообщения в добавленную QoS очередь передачи по приоритетности.
Кроме того, этап QoS планирования с использованием добавленной очереди передачи и проведения передачи данных может дополнительно включать этап: сброса сообщения, когда ширина полосы беспроводного доступа недостаточна, и буферная очередь шлюза доступа заполнена; при этом этап сброса сообщения может дополнительно включать этап:
определения, является ли уровень приоритетности вновь добавленного сообщения уровнем высокой приоритетности; если да - сброса сообщения в очереди низкой приоритетности и помещения вновь добавленного сообщения в очередь высокой приоритетности; в противном случае - сброса вновь добавленного сообщения.
Кроме того, если уровень приоритетности вновь добавленного сообщения является уровнем высокой приоритетности, сначала определяется, является ли длина очереди низкой приоритетности нулевой, и если да - производится сброс вновь добавленного сообщения, в противном случае сбрасывается сообщение в очереди низкой приоритетности и вновь добавленное сообщение ставится в очередь высокой приоритетности.
Кроме того, очередь низкой приоритетности является очередью сообщений АС_ВК и/или АСВЕ; а очередь высокой приоритетности является очередью сообщений AC_VI и/или AC_VO.
На основании упомянутого выше способа в настоящем изобретении предлагается также устройство для повышения качества сервиса (QoS) в беспроводной локальной сети (WLAN). Предлагаемое устройство включает:
модуль управления категориями, сконфигурированный для добавления категории сообщений в точке беспроводного доступа;
модуль управления очередью, сконфигурированный для добавления QoS очереди передачи по приоритетности, соответствующей добавленной категорией сообщений, и задания атрибутов очереди;
модуль связи, сконфигурированный для проведения QoS планирования с использованием добавленной очереди передачи, и для проведения передачи данных.
Кроме того, устройство может дополнительно включать: модуль включения в категорию, сконфигурированный для включения специфического сообщения в соответствующую добавленную QoS очередь передачи по приоритетности.
Кроме того, модуль связи может дополнительно включать:
блок сброса сообщений, сконфигурированный для сброса сообщения, когда ширина полосы беспроводного доступа недостаточна, и буферная очередь шлюза доступа заполнена.
Кроме того, блок сброса сообщений может дополнительно включать:
элемент, определяющий уровень приоритетности, сконфигурированный для определения, является ли уровень приоритетности вновь добавленного сообщения уровнем высокой приоритетности;
элемент, формирующий очередь, сконфигурированный для сброса сообщения в очереди низкой приоритетности, если уровень приоритетности вновь добавленного сообщения является уровнем высокой приоритетности, и постановки вновь добавленного сообщения высокой приоритетности в очередь высокой приоритетности;
первый элемент сброса, сконфигурированный для непосредственного сброса вновь добавленного сообщения низкой приоритетности, если уровень приоритетности вновь добавленного сообщения является уровнем низкой приоритетности.
Кроме того, блок сброса сообщений может дополнительно включать:
элемент, определяющий длину, сконфигурированный для определения, является ли длина очереди низкой приоритетности нулевой, когда уровень приоритетности вновь добавленного сообщения является высоким уровнем приоритетности;
второй элемент сброса, сконфигурированный для сброса вновь добавленного сообщения, когда длина очереди низкой приоритетности является нулевой;
уведомляющий элемент, сконфигурированный для уведомления элемента, формирующего очередь, проводить процессирование, если длина очереди низкой приоритетности не равна нулю.
Предлагаемые способ и устройство повышения качества сервиса (QoS) в беспроводной локальной сети (WLAN) позволяют гарантировать, что беспроводной доступ в условиях использования полного набора услуг будет проходить нормально, то есть удовлетворять требованиям пользователей, за счет расширения категорий сообщений по качеству сервиса (QoS) функции EDCA и добавления очереди приоритетности беспроводной передачи данных, в результате чего качество сервиса будет повышено, и удовлетворенность пользователей возрастет.
Краткое описание чертежей
Фиг.1. Схема, отображающая этапы способа повышения качества сервиса в беспроводной локальной сети в соответствии с воплощением настоящего изобретения.
Фиг.2. Схема, отображающая структуру беспроводной локальной сети в соответствии с воплощением настоящего изобретения.
Фиг.3. Схема, отображающая этапы способа повышения качества сервиса в беспроводной локальной сети в еще одном воплощении настоящего изобретения.
Фиг.4. Схема, отображающая этапы способа повышения качества сервиса в беспроводной локальной сети в еще одном воплощении настоящего изобретения.
Фиг.5. Схема, отображающая этап S120 воплощения настоящего изобретения.
Фиг.6. Схема планирования очереди передачи данных в соответствии с воплощением настоящего изобретения.
Фиг.7. Схема, отображающая структуру устройства для повышения качества сервиса в беспроводной локальной сети в соответствии с воплощением настоящего изобретения.
Фиг.8. Схема, отображающая структуру устройства для повышения качества сервиса в беспроводной локальной сети в еще одном воплощении настоящего изобретения.
Фиг.9. Структура блока сброса сообщений в еще одном воплощении настоящего изобретения.
Подробное описание настоящего изобретения
В связи с ограниченным уровнем качества сервиса (QoS), обеспечиваемого технологией EDCA, в настоящем изобретении предлагается технология повышения качества сервиса (QoS), основанная на использовании функции EDCA, на примере ее практической реализации - домашнем шлюзе доступа. Технология, предлагаемая в настоящем изобретении, позволяет обеспечить нормальное функционирование беспроводного доступа в режиме использования полного набора услуг, с удовлетворением потребностей пользователей, за счет расширения категорий сообщений в EDCA QoS, добавления соответствующей очереди беспроводной передачи данных, стратегии «разумного» сброса сообщений и прочих приемов, позволяющих повысить качество сервиса и повысить удовлетворенность потребителей.
На фиг.1 показан предлагаемый в настоящем изобретении способ повышения качества сервиса в беспроводной локальной сети в соответствии с воплощением настоящего изобретения, включающий этапы:
этап S10: добавления категории сообщения в пункт беспроводного доступа;
этап S11: добавления QoS очереди передачи по приоритетности, соответствующей добавленной категории сообщений, и задания атрибутов очереди;
этап S12: QoS планирования с использованием добавленной очереди передачи, и проведения передачи данных.
Как показано на фиг.2, в беспроводной локальной сети множество пользователей (STA) может иметь доступ к сети через пункт беспроводного доступа (АР). Так, например, некоторое множество пользователей через пункт беспроводного доступа может иметь доступ к сети интернет. Различные беспроводные пользователи могут пользоваться различными сервисами, такими как, например, работа в сети интернет через беспроводной доступ; беспроводное телевидение по интернет-протоколу (IPTV) по технологиям «по требованию» или «мультивещание», телефонная связь по технологии Wi-Fi, загрузка данных по протоколу передачи файлов (FTP) и прочие.
На этапе S10 в соответствии со спецификацией 1ЕЕЕ802.11е для каждой категории сообщений функции EDCA устанавливается набор параметров. Формат сообщения приводится в Таблице 1 ниже.
Таблица 1
AIFSN
АСМ
ACI
Резерв
При этом длина поля ACI (индикатор категории доступа) составляет 2 бита, которые определяют следующие значения параметра АС (категория доступа).
Таблица 2
ACI (индикатор категории доступа)
AC (категория доступа)
Описание
00
АС_ВЕ
Передача с лучшим качеством из возможного (Best effort)
01
АС_ВК
Передача в фоновом режиме
10
AC_VI
Передача видео
11
AC_VO
Передача голоса
В соответствии с описанным выше способом, пункт беспроводного доступа может добавлять категорию сообщения, используя конструкцию сообщения уровня управления доступа к средам (MAC) беспроводной сети.
В сообщениях уровня MAC может использоваться резервное поле (размером 1 бит) для расширения категорий сообщений. За счет этого сообщения могут быть разделены уже на 8 категорий, что достаточно для выполнения требований пользователей даже в приложениях с самым полным набором сервисов. Соответственно может быть также увеличено количество очередей приоритетности беспроводного доступа, в соответствии с количеством категорий сообщений, для планирования передачи данных так, чтобы обеспечить требуемое качество сервиса (QoS).
Новые категории сообщений в соответствии со структурой сообщений уровня MAC могут быть определяемыми пользователем или оговариваемыми в соглашении, с тем единственным условием, чтобы пункт беспроводного доступа и беспроводные пользователи могли идентифицировать категории сообщений.
На фиг.3 представлено воплощение настоящего изобретения, которое после этапа S10 дополнительно включает этап:
этап S100: включения специфического сообщения в добавленную QoS очередь передачи данных по приоритетности.
Как упоминалось выше, пользователем в связи с необходимостью может быть определен и задан тот или иной тип специфического сообщения. Так, например, в мульти-сервисных приложениях применяются некоторые специальные сообщения, такие как сообщения, подтверждающие активность канала, ключевые сообщения управления и прочие. Потеря сообщений может привести к прерыванию сервиса, поэтому к числу расширенных категорий сообщений может быть добавлена категория сообщений особого процессирования, характеризующаяся, например, повышенным уровнем приоритетности, большим количеством раз повторной передачи и прочими специальными видами обработки. При данном способе, даже при высокой нагрузке на сеть, специальные сообщения не будут потеряны, и сервис не будет прерван. После восстановления нормальной нагрузки на сеть оказание сервиса может быть быстро восстановлено.
Сообщение, подтверждающее активность канала, может быть сообщением по протоколу двухточечного соединения (РРР) или иным сообщением; сообщение управления может быть сообщением по протоколу группового управления по сети интернет (IGMP) или иным сообщением управления.
На этапе S11, подобно воплощению, описанному выше, точка беспроводного доступа может устанавливать новую очередь передачи, соответствующую добавленной категории сообщений. Новая очередь передачи характеризуется высокой способностью передачи данных по конкурентному каналу, малой длиной очереди, относительно большим количеством раз повторной передачи и прочими свойствами. При этом могут быть заданы такие параметры очереди, как минимальное значение конкурентного окна (CWmin), максимальное значение конкурентного окна (CWmax), длительность интервала возможной неконкурентной передачи (ТХОР), число произвольных интервалов между фреймами (AIFSN), длина очереди и количество повторно передаваемых сообщений.
На этапе S12, подобно воплощению, описанному выше, точка беспроводного доступа осуществляет связь с учетом новой очереди передачи. Даже в условиях повышенной загрузки сети можно гарантировать, что сообщения вновь добавленной категории будут переданы получателю в максимальной степени, и что канал связи не прервется, и как только загрузка вернется к нормальному уровню, будет быстро восстановлен нормальный режим связи и передачи данных.
Ниже приводится более подробное описание примеров данного воплощения настоящего изобретения.
Сначала в точке беспроводного доступа добавляется новая категория сообщений ACKEY, и в данную категорию AC_KEY включаются сообщения поддержания активности по протоколу РРР, сообщения управления по протоколу IGMP и прочие сообщения.
Затем устанавливается новая очередь передачи, соответствующая категории сообщений AC_KEY. Вновь установленная очередь передачи характеризуется высокой способностью передачи данных по конкурентному каналу, малой длиной очереди, относительно большим количеством раз повторной передачи и прочими свойствами.
Затем вновь установленная очередь передачи используется для передачи данных. В практических приложениях, даже в условиях большой нагрузки на сеть, можно гарантировать, что сообщения категории AC_KEY будут переданы получателю в максимальной степени, и что канал связи не прервется, и как только загрузка вернется к нормальному уровню, будет быстро восстановлен нормальный режим связи и передачи данных.
На фиг.4 представлено еще одно воплощение предлагаемого способа, в котором этап S12 дополнительно включает:
этап S120: сброса сообщения, если ширина полосы беспроводного доступа недостаточна, и буферная очередь шлюза доступа заполнена.
При этом на этапе S120, если ширина полосы беспроводного доступа недостаточна, в первую очередь сбрасываются сообщения низкого уровня приоритетности, и только в аварийных случаях сбрасываются более приоритетные сообщения, в порядке возрастания уровня приоритетности.
Как показано на фиг.5, этап S120 дополнительно включает:
этап S121: определения, является ли уровень приоритетности сообщения вновь добавленной категории высоким уровнем приоритетности; если да - сброса сообщения из очереди низкой приоритетности и включения вновь добавленного сообщения в очередь высокой приоритетности (этап S122); в противном случае - сброса вновь добавленного сообщения (этап S123).
До этапа S122 способ дополнительно включает:
этап S124: определения, является ли длина очереди низкой приоритетности нулевой; если да - сброса вновь добавленного сообщения (этап S123); в противном случае выполняется этап S122.
Приоритетность категории сообщений может быть определена по полю ToS сообщения по интернет-протоколу IP или другим способом, задаваемым пользователем. Очередь низкой приоритетности может быть очередью АС_ВK и/или очередью АС_ВЕ и так далее; а очередь высокой приоритетности может быть очередью AC_VI и/или очередью AC_VO, и так далее.
Ниже этап сброса сообщения описан более подробно на примере.
В примере, изображенном на фиг.6, два пользователя (терминала) пользуются одним беспроводным шлюзом доступа, при этом один беспроводной пользователь пользуется беспроводным доступом к сети интернет, в то время как второй пользователь пользуется сервисом IPTV; при этом в шлюзе доступа создана категория сообщений AC_KEY и соответствующая очередь передачи.
Допустим, что когда ширина полосы беспроводного доступа недостаточна, а буферная очередь шлюза доступа заполнена, определено появление вновь добавленного сообщения. Если вновь добавленное сообщение является сообщением категории низкой приоритетности, такой как, например, категория АС_ВK, сообщение сразу сбрасывается; если вновь добавленное сообщение является сообщением категории высокой приоритетности, такой, как, например, категория AC_VO, сначала длина очереди АС_ВK уменьшается на одно сообщение, за счет того, что одно сообщение в очереди АС_ВK сбрасывается, после чего увеличивается длина очереди AC_VO, и вновь добавленное сообщение помещается в очередь AC_VO. Перед тем как сбрасывается сообщение из очереди АСВK, как описано выше, сначала определяется, равна ли длина очереди АС_ВK нулю, и если да, то прекращается увеличение длины очереди AC_VO, и начинается сброс вновь добавленного сообщения.
Когда ширина полосы беспроводного доступа становится достаточной, длина очереди AC_VO постепенно уменьшается, и тогда длина очереди АС_ВK может быть постепенно увеличена, и нормальное функционирование сервисов низкой приоритетности может быть восстановлено.
На фиг.7 представлено воплощение изобретения, представляющее собой устройство 30 для повышения качества сервиса (QoS) в беспроводной локальной сети (WLAN), включающее:
модуль 31 управления категориями, сконфигурированный для добавления категории сообщений в точке беспроводного доступа;
модуль 32 управления очередью, сконфигурированный для добавления очереди передачи по приоритетности качества сервиса (QoS), соответствующей добавленной категории сообщений, и задания атрибутов очереди;
модуль 33 связи, сконфигурированный для планирования передачи по качеству сервиса (QoS) с использованием добавленной очереди передачи, и для проведения передачи данных.
При этом модуль 31 управления категориями для добавления категории сообщений в точке беспроводного доступа может использовать структуру сообщений уровня управления доступа к средам (MAC) беспроводной сети.
В сообщениях уровня MAC может использоваться резервное поле (размером 1 бит) для расширения категорий сообщений. За счет этого сообщения могут быть разделены на 8 категорий, что достаточно для выполнения требований пользователей даже в приложениях с самым полным набором сервисов. Соответственно может быть также увеличено количество очередей приоритетности беспроводного доступа, в соответствии с количеством категорий сообщений, для QoS планирования. Новые категории сообщений в соответствии со структурой сообщений уровня MAC могут быть определяемыми пользователем или оговариваемыми в соглашении, с тем единственным условием, чтобы пункт беспроводного доступа и беспроводные пользователи могли идентифицировать категории сообщений.
Как показано на фиг.8, в одном воплощений предлагаемого устройства устройство 30 дополнительно включает модуль 34 включения в категорию, сконфигурированный для включения специфического сообщения в соответствующую добавленную QoS очередь передачи по приоритетности.
Модуль 34 включения в категорию в мультисервисных приложениях может помещать специальные сообщения, такие как сообщения поддержания активности канала, и/или ключевые сообщения управления, в соответствующую добавленную категорию сообщений. Такие специфические сообщения могут включать сообщения поддержания активности по протоколу РРР, и/или сообщения управления по протоколу IGMP, и прочие.
При прерывании сообщений может происходить прерывание сервиса, и на этот случай может быть добавлена специальная обработка сообщений вновь добавленных категорий посредством модуля 34 включения в категорию, например, в виде повышения уровня их приоритетности и увеличения количества раз повторной передачи. За счет этого даже в условиях большой загруженности сети специальные сообщения не будут потеряны, и сервис не прервется. После восстановления нормального уровня загрузки сети оказание сервиса может быть быстро восстановлено.
Модуль 32 управления очередью может устанавливать новую очередь передачи, соответствующую вновь добавленной категории сообщений. Новая очередь передачи характеризуется высокой способностью передачи по конкурентному каналу, малой длиной очереди, относительно большим количеством раз повторной передачи и прочими свойствами.
Модуль 33 связи может проводить передачу данных с учетом новой очереди передачи. Даже в условиях повышенной загрузки можно гарантировать, что сообщения вновь добавленной категории будут переданы получателю в максимальной степени, и что канал связи не прервется, и как только загрузка вернется к нормальному уровню, будет быстро восстановлен нормальный режим связи.
На фиг.9 показано еще одно воплощение устройства, в котором модуль 33 связи дополнительно включает модуль 331 сброса сообщений, сконфигурированный для сброса сообщений, когда ширина полосы беспроводного доступа недостаточна, и буферная очередь шлюза доступа заполнена.
Блок 331 сброса сообщений может сначала сбрасывать сообщения низкой приоритетности, когда ширина полосы беспроводного доступа недостаточна и буферная очередь шлюза доступа заполнена, и только в аварийных случаях сбрасываются более приоритетные сообщения, в порядке возрастания уровня приоритетности. При такой конфигурации в ущерб сервисам низкой приоритетности обеспечивается качественная передача сервисов высокой приоритетности.
Блок 331 сброса сообщений дополнительно включает элемент 332, определяющий уровень приоритетности, элемент 333, формирующий очередь, и первый элемент 334 сброса, причем:
элемент 332, определяющий уровень приоритетности, сконфигурирован для определения, является ли уровень приоритетности вновь добавленного сообщения уровнем высокой приоритетности;
элемент 333, формирующий очередь, сконфигурирован для сброса сообщения в очереди низкой приоритетности, если уровень приоритетности вновь добавленного сообщения является уровнем высокой приоритетности, и постановки вновь добавленного сообщения высокой приоритетности в очередь высокой приоритетности;
первый элемент 334 сброса сконфигурирован для непосредственного сброса вновь добавленного сообщения низкой приоритетности, если уровень приоритетности вновь добавленного сообщения является уровнем низкой приоритетности.
Блок 331 сброса сообщений дополнительно включает элемент 335, определяющий длину, второй элемент 336 сброса и уведомляющий элемент 337, при этом элемент 335, определяющий длину, сконфигурирован для определения, является ли длина очереди низкой приоритетности нулевой, когда уровень приоритетности вновь добавленного сообщения является высоким уровнем приоритетности; второй элемент 336 сброса сконфигурирован для сброса вновь добавленного сообщения, когда длина очереди низкой приоритетности является нулевой; и уведомляющий элемент 337 сконфигурирован для уведомления элемента 333, формирующего очередь, о необходимости дальнейшего процессирования, если длина очереди низкой приоритетности не равна нулю.
Ниже приводится подробное описание этапа сброса сообщения на примере.
Так, например, два пользователя (терминала) пользуются одним беспроводным шлюзом доступа, при этом один беспроводной пользователь пользуется беспроводным доступом к сети интернет, в то время как второй пользователь пользуется сервисом IPTV; при этом в шлюзе доступа создана категория сообщений AC_KEY и соответствующая очередь передачи.
Элементом 332 определения уровня приоритетности может быть определено наличие вновь добавленного сообщения в условиях, когда ширина полосы беспроводного доступа недостаточна, а буферная очередь шлюза доступа заполнена. Если вновь добавленное сообщение является сообщением категории низкой приоритетности, такой как, например, категория АС_ВK, сообщение сразу сбрасывается первым элементом 334 сброса. Если вновь добавленное сообщение является сообщением категории высокой приоритетности, такой как, например, категория AC_VO, сначала длина очереди АС_ВК уменьшается на одно сообщение элементом 333, формирующим очередь, за счет того, что одно сообщение в очереди АС_ВK сбрасывается, после чего увеличивается длина очереди AC_VO, и вновь добавленное сообщение помещается в очередь AC_VO. Перед тем как сбрасывается сообщение из очереди АС_ВK, как описано выше, элемент 335, определяющий длину, сначала определяет, равна ли длина очереди АСВK. нулю, и если да, то прекращается увеличение длины очереди AC_VO, и второй элемент 336 сброса производит сброс вновь добавленного сообщения; в противном случае уведомляющий элемент 337 уведомляет элемент 333, формирующий очередь, проводить дальнейшее процессирование.
Когда ширина полосы беспроводного доступа становится достаточной, длина очереди AC_VO постепенно уменьшается, и тогда длина очереди АС_ВK может быть постепенно увеличена, и нормальное функционирование сервисов низкой приоритетности может быть восстановлено.
Выше описаны лишь предпочтительные воплощения изобретения, которыми не подразумевалось ограничить патентуемый масштаб настоящего изобретения. Эквивалентные структуры или изменения процессов, сделанные в соответствии с содержанием настоящей заявки и прилагаемых чертежей, их прямое и косвенное использование в областях техники, к которым относится настоящая заявка, также должны быть включены в защищаемый масштаб настоящего патента.