802.11e chia lưu lượng thành nhiều loại tùy thuộc theo yêu cầu của lưu lượng. Như chúng ta biết, lưu lượng thoại có nhiều yêu cầu hơn so với lưu lượng dữ liệu. Lưu lượng thoại yêu cầu trễ nhỏ nhất và nó chỉ có thể chịu được mức tổn thất nhất định tùy thuộc vào tài nguyên khả dụng của mạng. Mặt khác, lưu lượng dữ liệu chịu rất ít ảnh hưởng bởi trễ và nó cũng chịu được một mức tổn thất nhất định, nhưng mức tổn thất
này luôn lớn hơn so với thoại. Do đó, việc phân loại lưu lượng là một bước khởi đầu tốt cho việc thực hiện QoS.
Phân loại lưu lượng bằng cách sử dụng nhiều hàng đợi trong các thiết bị WLAN như trong hình 3.5. Kế thừa chuẩn 802.11, tất cả các lưu lượng (không quan tâm tới nó là thoại hay dữ liệu, video) từ một trạm được truyền từ một hàng đợi đơn. Điều này có nghĩa là các gói thoại (có kích thước nhỏ) có thể bị trễ trong khi truyền dẫn dữ liệu bùng nổ. Nhận thấy rằng vì các gói dữ liệu lớn hơn các gói thoại và lưu lượng dữ liệu thường bùng nổ một cách tự nhiên, điều này sẽ gây trễ cho các gói thoại và do đó việc truyền các gói thoại này sẽ trở lên khó khăn. Một giải pháp được đặt ra là sử dụng nhiều hàng đợi, các hàng đợi riêng chứa thoại và dữ liệu.
Hình 3.5 Phân loại lưu lượng.
Với việc sử dụng hàng đợi này, sẽ tạo ra một sự ưu tiên cho các gói thoại để đảm bảo rằng chúng có độ ưu tiên cao nhất trong hàng đợi và được truyền dẫn trước các gói có độ ưu tiên thấp hơn. Tuy nhiên, sự ưu tiên khắt khe như thế này có thể làm mất các gói dữ liệu. Do đó, 802.11e đưa ra một hướng giải quyết mới là giải quyết sự tranh chấp trong các hàng đợi khác nhau bên trong một trạm giống như giải quyết sự tranh chấp giữa các trạm với nhau bởi việc sử dụng chức năng phân bố phối hợp mới đã đề ra trong WME, đó là sử dụng EDCF.
Nói tóm lại, ý tưởng cơ bản của việc phân loại lưu lượng là mỗi trạm duy trì nhiều hàng đợi (lên tới 8 hàng đợi) cho các loại lưu lượng khác nhau. Mỗi hàng đợi sau đó sẽ đóng vai trị như là một trạm ảo và những trạm ảo này sẽ tranh chấp với nhau để chọn ra gói nào sẽ được truyền dẫn từ trạm thật đó. Quy tắc cạnh tranh giữa các hàng đợi tương tự như quy tắc MAC cho các trạm tranh chấp kênh truyền.
Giao thức EDCF (Enhanced Distributed Coordination Function) là một phiên bản nâng cao của giao thức DCF của 802.11. Giao thức EDCF đã được thông qua bởi WME (Wireless Multimedia Enhancement) bởi Wi-Fi Alliance như là một chuẩn trước của 802.11e.
Mục tiêu của giao thức EDCF là để đảm bảo ưu tiên truy nhập đến kênh (vô tuyến), do đó lưu lượng thoại có thể dễ dàng truy nhập đến kênh truyền với một độ ưu tiên cao hơn các lưu lượng khác. Chú ý rằng giao thức này chỉ xét cho các hàng đợi trong cùng một trạm. Với mục tiêu là để bảo đảm rằng các gói có độ ưu tiên cao hơn được ưu tiên truy nhập tới kênh truyền.
EDCF thực hiện mục tiêu này bởi việc duy trì các tham số tranh chấp trên mỗi loại lưu lượng. Các tham số mà EDCF sử dụng là: CWmax, CWmin, AIFS, PF.
AIFS là khoảng thời gian ngắn nhất để một trạm tiến hành gửi tin hoặc backoff sau khi nó cảm nhận được kênh truyền rỗi. AIFS có nhận giá trị thay đổi (không giống như DIFS của DCF là cố định) và giá trị này phụ thuộc vào loại cấp độ ưu tiên. Cách tính AIFS như sau:
AIFS[AC] = AIFSN[AC]*SLOT + SIFS Trong đó:
•SIFS: Giá trị của thời gian SIFS được định nghĩa như ở IEEE 802.11 chuẩn.
•SLOT: chiều dài của một khe thời gian SLOT cho backoff.
•AIFSN: Arbitration Inter Frame Space Number, số lượng khe thời gian được thêm vào SIFS khi tính toán AIFS.
Giá trị của AIFSN cũng thay đổi theo cấp độ ưu tiên, những cấp độ ưu tiên có mức ưu tiên lớn sẽ nhận được những AIFSN nhỏ. Giá trị nhỏ nhất của AIFSN là 2 và lớn nhất là 7.
Hình vẽ trên giải thích các lưu lượng có mức độ ưu tiên khác nhau sẽ có khoảng thời gian AIFS khác nhau. Lưu lượng có mức ưu tiên cao hơn (thoại) phải đợi thời gian nhỏ hơn AIFS lưu lượng cso độ ưu tiên thấp hơn (dữ liệu). Theo cách đó, các lưu lượng có mức ưu tiên cao hơn (thoại) sẽ được đảm bảo nhận được phần băng thông chia sẻ nhiều hơn. Đặc biệt, do thời gian AIFS ngắn hơn nên so với các lưu lượng có độ ưu tiên thấp (video) thì các lưu lượng ưu tiên cao (thoại) sẽ giảm được thời gian trễ – yếu tố rất quan trọng đối với ứng dụng nhạy cảm với trễ (ví dụ VoIP), một điểm yếu khó khắc phục khi triển khai với DCF. Bên cạnh đó, với các lưu lượng ưu tiên thấp , thời gian AIFS sẽ dài nên thời gian chờ đợi cũng lâu hơn (chắc chắn là lâu hơn DCF) tuy nhiên dễ thấy các lưu lượng này tương ứng với loại lưu lượng có khả năng chịu được trễ (ví dụ như dữ liệu) và với một mức độ nào đó thì thời gian trễ này vẫn đảm bảo hiệu quả của ứng dụng ở trong mức chấp nhận được.
CWmin và Cwmax là kích thước lớn nhất và nhỏ nhất của khung cửa sổ phân tranh. Cả hai giá trị này đều cố định nhưng trong EDCF chúng có thể nhận được những giá trị thay đổi tuỳ theo mức độ ưu tiên của lưu lượng. So với các lưu lượng có mức ưu tiên thấp thì các lưu lượng có mức ưu tiên cao sẽ nhận được CWmin và CWmax nhỏ hơn.
Nếu lưu lượng có cửa sổ phân tranh nhỏ hơn thì lưu lượng này nhiều khả năng sẽ có khoảng thời gian backoff ngẫu nhiên nhỏ hơn. Khi đó thời gian chờ đợi kênh truyền rỗi AIFS cũng sẽ ngắn hơn, thời gian trễ sẽ nhỏ hơn và điều ngược lại cũng đúng với các lưu lượng có cửa số phân tranh lớn hơn thì thời gian trễ cũng có thể sẽ dài ra. Các lưu lượng có độ ưu tiên cao sẽ có thời gian trễ ngắn và giá trị backoff cũng nhỏ hơn, dẫn đến một nhược điểm là do giá trị backoff nhỏ nên khả năng gặp phải đụng độ cũng sẽ cao hơn. Bởi nếu kích thước cửa sổ phân tranh càng giảm thì xác suất chọn một giá trị backoff hoặc đếm lùi backoff về 0 trong cùng một thời điểm sẽ càng tăng lên mà điều này sẽ dẫn đến xác suất gặp phải xung đột cũng tăng theo.
Dễ thấy theo cách đặt giá trị trên thì các lưu lượng ưu tiên cao (thoại) luôn nhận được CWmax nhỏ hơn hoặc bằng giá trị CWmin ứng với lưu lượng ưu tiên thấp(dữ liệu), dẫn tới cửa sổ phân tranh giữa 2 loại lưu lượng sẽ không bị đè lên nhau. Cũng với cách làm này, khi có phân tranh xảy ra dẫn tới phải truyền lại tin, thì khi cửa số phân tranh phải nhân đôi, thì kích thước cửa sổ của lưu lượng ưu tiên cao cũng vẫn sẽ nhỏ hơn CWmin của lưu lượng ưu tiên thấp. Bên cạnh đó, các lưu lượng ưu tiên thấp nhân đôi kích thước của cửa sổ phân tranh sau mỗi lần truyền tin không thành công cho đến lúc giá trị cửa sổ phân tranh bằng CWmax và xác suất lưu lượng chọn ngẫu nhiên giá trị backoff lớn hơn cho lần những lần truyền lại tiếp theo cũng là lớn hơn. Trong khi đó kích thước cửa sổ phân tranh của lưu lượng ưu tiên cao trở thành không đổi chỉ sau một vài lần truyền lại, nên việc lấy giá trị backoff nhỏ để truy nhập vào phương tiện có xác suất lớn và ổn định. Bằng cách này người ta có thể đảm bảo các lưu lượng có ưu tiên cao sẽ được chia sẻ lượng băng thông lớn và ổn định
ngay cả trọng điều kiện hệ thống mạng bị nghẽn. Mặt khác, kỹ thuật này cũng làm giảm hiệu quả hoạt động của các lưu lượng ưu tiên thấp do không thể giảm giá trị backoff vì luôn vào backoff sau các lưu lượng có ưu tiên cao hơn.
TXOP là khoảng thời gian mà một máy trạm có thể truyền dữ liệu sau khi giành được quyền truy nhập đường truyền TXOP được xác định bởi một khoảng thời gian giới hạn tối đa – TXOP Limit. Khi một máy trạm lấy được TXOP, nó có thể bắt đầu truyền các frame dữ liệu nếu thời gian truyền không vượt quá giới hạn TXOP Limit. Thời gian truyền dữ liệu được tính bằng thời gian cho toàn bộ quá trình trao đổi frame với đầy đủ các bước, bao gồm cả khoảng thời gian SIFS xen kẽ, các ACK và cả các frame CTS/RTS nếu có. Các lưu lượng khác nhau có giá trị TXOP Limit cũng khác nhau. Với các lưu lượng ưu tiên cao, sẽ có thời gian truy nhập đường truyền dài hơn dó đó làm giảm đáng kể thời gian trễ.
CW, AIFS và TXOP hoạt động cùng nhau để tạo độ ưu tiên truy nhập cho thoại trong 802.11e/WME. Bên cạnh việc cải thiện trễ cho thoại, EDCF cũng cải thiện hiệu suất hệ thống trong môi trường phức tạp có thoại, video, dữ liệu cùng tồn tại.
3.3.2.2 HCF
Tương tự như EDCF được thông qua trong chuẩn WME bởi Wi-Fi Alliance, HCF được thông qua trong WMM-SA (Wi-Fi MultiMedia-Scheduled Access) xác nhận bởi Wi-Fi Alliance như là sự mở rộng của PCF.
Các lưu lượng thời gian thực (thoại và video) có độ ưu tiên cao hơn khi nó tranh chấp truyền dẫn. Mặt khác, các tham số truy nhập xác định trễ giới hạn cho lưu lượng thời gian thực. HCF thực hiện điều này bằng việc sử dụng phương pháp thăm dò (polling) giống như PCF. Tuy nhiên, phương pháp thăm dò làm phát sinh các chi phí phụ như là khung thăm dò. Do đó, kĩ thuật EDCF (không sử dụng băng thông trong khung thăm dò) sẽ thực hiện tốt dưới các điều kiện tốt cho các tải nhẹ trong khi kĩ thuật HCF thực hiện tốt dưới các điều kiện các tải nặng. Các nhà quản trị mạng của hệ thống VoWLAN phải nắm rõ điều này khi quyết định chọn lựa EDCF hay HCF.
Như chúng ta đã nói, HCF là một phiên bản nâng cao của PCF. Một trong những vấn đề chủ yếu của PCF là khi một trạm được truy nhập tới kênh truyền, truy nhập của nó không phụ thuộc vào thời gian (nó có thể chiếm kênh truyền). TXOP giải quyết vấn đề này bởi việc giới hạn cơ hội truyền dẫn theo thời gian, do vậy khi một trạm truy nhập tới kênh truyền sử dụng quy tắc MAC, trạm đó có thời gian giới hạn để nó có thể truy nhập vào kênh truyền. Việc sử dụng TXOP để tránh trễ không dự báo trước là khả thi trong PCF. Do đó, cơ hội truyền dẫn là thời gian tối đa liền kề nhau một trạm có thể sử dụng kênh truyền khi nó được truy nhập vào. Chú ý rằng trong một TXOP, một trạm được cho phép truyền nhiều MSDU với một khoảng SIFS giữa một ACK và khung tiếp theo khi trạm đạt giới hạn TXOP.
HCF sử dụng giao thức EDCF như là một khối tiêu chuẩn và mở rộng khái niệm CFP, CP và thăm dò từ PCF. Tương tự như PCF, thời gian được chia thành các siêu khung. Mỗi siêu khung bao gồm một CP và một CFP. Chỉ HC (được đặt tại AP) có thể truy nhập tới kênh truyền trong thời gian CFP và nó thăm dò các trạm đề đồng ý cho phép truy nhập tới chúng trong thời gian này. Trong thời gian CP, EDCF được sử dụng đề quyết định truy nhập tới kênh truyền.
Không giống với PCF, HCF cho phép HC thăm dò các trạm thậm chí trong thời gian CP. Do đó, trong thời gian một CP, một TXOP bắt đầu khi kênh được xác định khả dụng theo quy luật EDCF hoặc khi trạm nhận được khung thăm dò CF đặc biệt.
Chú ý rằng sử dụng TXOP để giải quyết vấn đề trễ không báo trước. Trong HCF, TXOP có thể được xác định trong CF thăm dò, nó được gửi tới trạm để chấp nhận trạm truy nhập tới kênh. Trạm sẽ được truy nhập tới kênh truyền trong TXOP này.
Một vấn đề với HCF là nó yêu cầu quản lí tốt trải phổ tần. Với HCF, lịch gói trong AP sẽ là thành phần chủ yếu. Tuy nhiên, thực tế việc lập lịch sẽ không tính đến nhiễu từ các kênh khác hoặc từ các mạng khác sử dụng cùng một phổ tần, nếu phổ tần không hoàn toàn được quản lí. Điều này sẽ làm phức tạp quá trình lập lịch. Do đó, HCF được mong đợi sẽ trở thành các giải pháp cho các doanh nghiệp hay ít ra được sử dụng trong mạng gia đình.