IEEE 802.11e-2005 o 802.11e es una enmienda aprobada del estándar IEEE 802.11 que define un conjunto de mejoras de calidad de servicio (QoS) para aplicaciones de LAN (Red de área local) inalámbrica a través de modificaciones a la capa de control de acceso al medio (MAC).M. Benveniste, "WLAN QoS", Chapter 3 in Emerging Technologies in Wireless LANs: Theory, Design, and Deployment, (B. Bing, ed.), Cambridge University Press, 2008, . El estándar se considera de vital importancia para las aplicaciones susceptibles a los retrasos, como Voice over Wireless LAN y streaming multimedia.
MAC 802.11 original.
Función de coordinación distribuida
La capa MAC 802.11 básica utiliza la función de coordinación distribuida (DCF) para compartir el medio entre varias estaciones. (DCF) se basa en el algoritmo CSMA/CA y en el estándar 802.11 RTS/CTS de manera opcional para compartir el medio entre estaciones. Hay que tener en cuenta un par de limitaciones:
Si un número considerable de estaciones intentan comunicarse al mismo tiempo,se producirán muchas colisiones afectando negativamente al ancho de banda disponible y provocará una sobrecarga.
No hay garantías de calidad de servicio (QoS). En particular, no existe la noción de tráfico de alta o baja prioridad.
Función de coordinación de puntos (PCF)
MAC 802.11 originalmente define la función de coordinación de punto (PCF). Esto está disponible solo en el modo "infraestructura", donde las estaciones están conectadas al DS a través de un punto de acceso (AP). Esto es opcional, y no todos los AP o adaptadores Wi-Fi lo implementan. Entre estos marcos de baliza, PCF define dos períodos: el período sin contienda (CFP) y el período con contienda (CP). En el CP se utiliza DCF. En el CFP, el AP envía paquetes sin contienda (CF-Poll) a cada estación, uno a la vez, para otorgarles el derecho de enviar un paquete. El AP es el coordinador. Mejora la gestión de QoS pero no define tipos de tráfico como se hace en otros sistemas QoS (como 802.1p y DiffServ).
Operaciones del protocolo MAC 802.11e El 802.11e mejora el DCF y el PCF, a través de una nueva función de coordinación: la función de coordinación híbrida (HCF). Dentro de HCF, hay dos métodos de acceso al canal, similares a los definidos en el 802.11 MAC: Acceso controlado al canal HCF (HCCA) y Acceso mejorado al canal distribuido (EDCA). Tanto EDCA como HCCA definen Categorías de tráfico (TC).
Acceso mejorado a canales distribuidos (EDCA)
Con EDCA, el tráfico de alta prioridad tiene más posibilidades de ser enviado que el tráfico de baja prioridad: una estación con tráfico de alta prioridad espera menos antes de enviar su paquete. Esto se logra a través del protocolo TCMA, que es una variación de CSMA/CA que utiliza un espacio entre tramas de arbitraje más corto (AIFS) para paquetes de mayor prioridad.M. Benveniste, "Tiered Contention Multiple Access' (TCMA), a QoS-Based Distributed MAC Protocol", Proceedings PIMRC 2002, Lisboa, Portugal, September 2002 Los valores exactos dependen de la capa física que se utiliza para transmitir los datos. Además, EDCA brinda acceso sin contienda al canal durante un período denominado Oportunidad de transmisión (TXOP). Una TXOP es un intervalo de tiempo limitado durante el cual una estación puede enviar todas las tramas que pueda (siempre y cuando la duración de las transmisiones no se extienda más allá de la duración máxima de la TXOP). Si una trama es demasiado grande para transmitirse en una sola TXOP, se debe fragmentar en tramas más pequeñas. El uso de TXOP reduce el problema de las estaciones de baja velocidad que obtienen una cantidad excesiva de tiempo de canal en el 802.11 DCF MAC heredado. Un intervalo de tiempo TXOP igual a 0 significa que está limitado a una única unidad de datos de servicio MAC (MSDU) o unidad de datos de protocolo de gestión MAC (MMPDU).
Los niveles de prioridad en EDCA se denominan categorías de acceso (AC). La ventana de contienda (CW) se puede configurar de acuerdo con el tráfico esperado en cada categoría de acceso, y se necesita una ventana más amplia para las categorías con un mayor tráfico. Los valores CWmin y CWmax se calculan a partir de los valores aCWmin y aCWmax, respectivamente, que se definen para cada capa física admitida por 802.11e.
+Cálculo de los límites de la ventana de contiendaACCWminCWmaxBackground (AC_BK)aCWminaCWmaxBest Effort (AC_BE)aCWminaCWmaxVideo (AC_VI)(aCWmin+1)/2-1aCWminVoice (AC_VO)(aCWmin+1)/4-1(aCWmin+1)/2-1
Para unos valores de aCWmin=15 and aCWmax=1023, por poner un ejemplo, según OFDM y MIMO, el resultado sería el siguiente:
+Parámetros predeterminados de EDCA para cada ACACCWminCWmaxAIFSNMax TXOPBackground (AC_BK)15102370Best Effort (AC_BE)15102330Video (AC_VI)71523.008msVoice (AC_VO)3721.504msLegacy DCF15102320
Mapa ACs Ethernet, niveles de prioridad: –802.1p802.11ePriorityPriority Code Point (PCP)AcronymTraffic TypeAccess Category (AC)DesignationLowest1BKBackgroundAC_BKBackground2–SpareAC_BKBackground0BEBest EffortAC_BEBest Effort3EEExcellent EffortAC_BEBest Effort4CLControlled LoadAC_VIVideo5VIVideoAC_VIVideo6VOVoiceAC_VOVoiceHighest7NCNetwork ControlAC_VOVoice
El objetivo principal de QoS es proteger los datos de alta prioridad de los datos de baja prioridad. Cabe la posibilidad en la cual los datos deban protegerse de otros datos de la misma clase. El control de admisión en EDCA se hace cargo de esto. El AP publica el ancho de banda disponible en beacons (paquetes probe response). Los clientes pueden comprobar el ancho de banda disponible antes de añadir más tráfico.
Wi-Fi Multimedia (WMM) es la especificación de Wi-Fi Alliance, que es un subconjunto de IEEE 802.11e. Los puntos de acceso certificados deben estar habilitados para EDCA y TXOP. Todas las demás mejoras de 802.11e son opcionales.
Acceso al canal controlado por HCF (HCCA) El acceso al canal controlado (HCCA) HCF (función de coordinación híbrida) funciona de manera muy similar a PCF. Sin embargo, a diferencia de PCF, en el que el intervalo entre dos marcos de baliza se divide en dos períodos de CFP y CP, el HCCA permite que los CFP se inicien casi en cualquier momento durante un CP. Este tipo de CFP se denomina Fase de acceso controlado (CAP) en 802.11e. El AP inicia un CAP cada vez que desea enviar una trama a una estación o recibir una trama de una estación sin contienda. De hecho, la PPC es también una PAC. Durante un CAP, el Coordinador híbrido (HC), que también es el AP, controla el acceso al medio. Durante el CP, todas las estaciones funcionan en EDCA. La otra diferencia con el PCF es que se definen la clase de tráfico (TC) y los flujos de tráfico (TS). Esto significa que el HC no se limita a una cola por estación y puede proporcionar una especie de servicio por sesión. Además, el HC puede coordinar estos flujos o sesiones de la forma que elija (no solo por turnos). Además, las estaciones brindan información sobre la duración de sus colas para cada clase de tráfico (TC). El HC puede usar esta información para dar prioridad a una estación sobre otra, o ajustar mejor su mecanismo de programación. Otra diferencia es que las estaciones reciben una TXOP: pueden enviar varios paquetes seguidos durante un período de tiempo determinado seleccionado por el HC. Durante el CFP, el HC permite que las estaciones envíen datos mediante el envío de tramas CF-Poll.
HCCA generalmente considera la función de coordinación más avanzada (y compleja). Con HCCA, QoS tiene un nivel de configuración muy elevado. Las estaciones habilitadas para QoS tienen la capacidad de solicitar parámetros de transmisión específicos (velocidad de datos, fluctuación, etc.) que deberían permitir que aplicaciones avanzadas como VoIP y transmisión de vídeo funcionen de manera más efectiva en una red 802.11(Wi-Fi).
La compatibilidad con HCCA es opcional para los AP 802.11e. De hecho, pocos AP disponibles soportan HCCA. Las estaciones solo necesitan poder responder a los mensajes de encuesta. En el lado del AP, se necesita un programador y un mecanismo de cola.
Otras especificaciones de 802.11e Además de HCCA, EDCA y TXOP, 802.11e especifica protocolos opcionales adicionales para QoS de la versión mejorada de capa MAC 802.11:
Entrega automática de ahorro de energía Además del mecanismo de sondeo de ahorro de energía, que estaba disponible antes del estándar 802.11e, se han introducido nuevos mecanismos de entrega y notificación de ahorro de energía en 802.11e. APSD (entrega automática de ahorro de energía) ofrece dos formas de iniciar la entrega: 'APSD programado' (S-APSD) y 'APSD no programado' (U-APSD). Con APSD, el punto de acceso puede transmitir varias tramas juntas a un dispositivo de ahorro de energía durante un período de servicio. Después del final de un período de servicio, el dispositivo entra en un estado de inactividad hasta el próximo período de servicio. Con S-APSD, los periodos de servicio comienzan de acuerdo con un programa predeterminado conocido por el dispositivo de ahorro de energía, lo que permite que el punto de acceso transmita su tráfico almacenado en búfer sin necesidad de ninguna señalización. Con U-APSD, cada vez que se envía una trama al punto de acceso, se activa un período de servicio que permite que el punto de acceso envíe tramas almacenadas en búfer en la otra dirección. U-APSD puede tomar un formulario U-APSD 'completo' o 'híbrido'. Con Full U-APSD, todos los tipos de marco usan U-APSD independientemente de su prioridad. Con Hybrid U-APSD, se utiliza U-APSD o el mecanismo de sondeo de ahorro de energía heredado, según la categoría de acceso. S-APSD está disponible para ambos mecanismos de acceso al canal, EDCA y HCCA, mientras que U-APSD está disponible solo para EDCA.X.Pérez-Costa, D.Camps-Mur and T.Sashihara. Analysis of the Integration of IEEE 802.11e Capabilities in Battery Limited Mobile Devices. IEEE Wireless Communications Magazine (WirComMag), special issue on Internetworking Wireless LAN and Cellular Networks, Volume 12, Issue 6, December 2005.