Microsoft PowerPoint - IEEE802.11

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1 IEEE802.11e 追加機能 IEEE 無線 LAN における品質保証制御 神戸大学工学部情報知能工学科太田能 QoS 制御機能 優先権制御型 QoS, パラメータ保障型 QoS の実現 チャンネル使用期間 (TXOP) 割当によるより細やかな制御 ACK 機能 ブロック ACK による選択的再送の実現 ユニキャスト通信での ACK なしの実現 DLS 機能 Direct Link Setup による同一 BSS 内局の直接通信 パワーマネジメント機能 QoS を考慮したパワーマネジメント機能 高精度時間同期機能 Higher Layer Timer Synchronization TG (1/2) TG (2/2) TG 名 a b c d f g h i j 検討内容 5GHz PHY (OFDM) 2.4GHz PHY (CCK) MAC 層ブリッジング補足機能地域的周波数規制適合技術 AP 間通信プロトコル (Inter-Access Point Protocol) 2.4GHz PHY 高速化 (CCK, OFDM) 5GHz PHY 欧州周波数規制対応技術セキュリティ拡張機能 (TLS, TKIP, AES) GHz PHY 日本適用技術 TG 名 e k m n p r s T u v 検討内容 MAC 層拡張 (QoS) 無線資源測定技術 (PHY, MAC 情報を上位層に提供 ) 規格メンテナンス高スループット無線 LAN 移動体無線アクセス技術 ( 車々, 車 AP 間 ) 高速ローミングメッシュネットワーク無線性能予測検討外部ネットワークとの連携技術管理技術 ( ローカル, 外部からの管理 ) ネットワーク形態 (1/2) ネットワーク形態 (2/2) BSS: Basic Service Set 規定 直接通信可能な局により構成 Ad hoc network Extended Service Sets 規定 AP により DS に収容し, エリア拡張 有線 LAN との統合 BSS 間でのノード移動サポート QBSS: QoS Basic Service Set e 規定 QoS 拡張機能利用可能な BSS QSTA: QoS 機能利用可能な STA QAP: QoS 機能利用可能な AP QIBSS: Ad-Hoc mode (Distributed Service)

2 MAC アーキテクチャ 提供サービス (1/3) 非競合型ポーリング制御 優先制御型 QoS サービス競合型 非競合型パラメータ保障型 QoS サービススケジューリング制御 (e) で提供されるサービス DSについての詳述しない代わりにサービスを規定 カテゴリに分類 Station Service DS Service で規定 e で規定 競合型分散アクセス必須機能 提供サービス (2/3) Station Service Authentication 認証により有線 LAN と同等の物理的セキュリティを実現 Deauthentication 認証解除の機能 Privacy 暗号化により無線の脆弱性を補うサービス WEP (Wired Equivalent Privacy) MSDU delivery MSDU (MAC Service Data Unit) の局間通信機能 Higher-layer timer synchronization 音声, 映像のため高精度時間同期.QSTA へのマルチキャスト QoS traffic scheduling QBSS 内フレーム転送の差別化 提供サービス (3/3) DS Service Association STA を AP に接続するサービス.DS は STA 移動サポートにこの情報を利用する. Disassociation 接続解除の通知 (STA, AP の双方から出せる ) Distribution DS を介してフレーム転送をおこなう基本サービス. Integration 802.X LAN との接続. Reassociation BSS 間移動, 同一 AP への接続属性変更. QoS traffic scheduling 通信開始から終了までの流れ (1/3) 1 ネットワーク探索 2 認証 3 接続 再接続 4 受付制御 5 データ送信 6 接続解除 7 認証解除 通信開始から終了までの流れ (2/3) 1 ネットワークの発見 発見方法は 2 種類 - Active scan: probe request / probe reply - Passive scan: ビーコンの監視 プローブ応答, ビーコンからトラヒック負荷を知ることが可能 ( ローミングの判断が可能 )

3 通信開始から終了までの流れ (3/3) 2 認証 3 接続 再接続 4 受付制御 5 データ送信 6 接続解除 7 認証解除 Association AP への ( 再 ) 接続の際,STA は,BSSID (APのMACアドレス) を知るとともに,AID (Associate ID) が割り当てられる. BSSID(AP MACアドレス ) は,APへの通信に使用される. QoS, DLS, Block Ack Action ビーコン, プローブ応答, 認証応答, 接続応答, 再接続応答から AP の機能がわかる ( 追加された機能含む ) フラグメント 長いフレームほど誤り検出能力が低下 MSDU / MMPDU を MPDU へ分割 MSDU: MAC Service Data Unit MMPDU: MAC Management Protocol Data Unit MPDU: MAC Protocol Data Unit MAC フレーム基本フォーマット IEEE IEEE802.11e で囲まれた箇所はすべてのフレームにあるフィールド フレーム制御フィールド (1/2) Protocol version: プロトコルバージョン TYPE: 管理 (Management), 制御 (Control), データ (Data) Subtype: 各 Type ごとの詳細な分類 To DS, From DS: AP を経由するか否か ( アドレスフィールド 4 の有無 ) More Fragment: 後続フラグメントがあるかどうか Retry: 再送 MPDU かどうか Power Management: 送信局が省電力モードにあるかどうか WEP: フレームボディを暗号化しているかどうか Order: パケットの中継順序を維持するかどうか (QSTA では 0 にセット ) フレーム制御フィールド (2/2) To/From DS フィールド BSSID は AP の MAC アドレス Address1 は該当フレームを受信する局の MAC アドレス Address2 は該当フレームを送信した局の MAC アドレス QoS 制御フィールド TID の識別 HC からのサービス期間終了の通知 ACK 方式の通知 : 通常 ACK,ACK なし, 非明示 ACK,BlockACK non-ap QSTA からの TXOP 要求, 状態通知 DA: 宛先アドレス ( 最終的にフレームが届けられる局のアドレス ) SA: 送信元アドレス ( 該当フレームを最初に生成した局のアドレス ) TA: 送信局アドレス ( 該当フレームを送信した局のアドレス ) RA: 受信局アドレス ( 該当フレームを受信する局のアドレス )

4 DCF/EDCF CSMA/CA によるメディアアクセス制御 キャリアセンス型 Inter Frame Space によるフレーム優先権制御 バックオフ制御による衝突回避機能 RTS/CTS による仮想キャリアセンス機能 IFS によるフレーム優先権制御 フレーム Type 間, データフレーム間の優先制御に利用 e で追加 SIFS: Short Inter Frame Space,ACK, CTS が使用する時間間隔 PIFS: PCF Inter Frame Space, ポーリング用フレームが使用する時間間隔 DIFS: DCF Inter Frame Space,DCF において使用する時間間隔 EIFS: Extended Inter Frame Space, フレーム受信失敗後に待つ時間間隔 AIFS: Atribution Inter Frame Space,AC ごとに異なる値を使用 (802.11e) バックオフ制御による衝突回避機能 (1/2) アイドル判断時に一斉にフレーム送信すると衝突が発生 Backoff 時間により送信タイミングをずらす必要あり バックオフ制御による衝突回避機能 (2/2) 負荷に応じてフレーム送信頻度を制御 高負荷時にバックオフ時間を長くするべき Random() は [0, CW] 内の一様乱数を返す. ただし, CWmin CW CWmax aslottime は PHY ごとに規定される時間 EDCA では,CWmin, CWmax を AC ごとに差別化している. CWmin, CWmax が大きいほどフレーム送信頻度が抑えられる EDCA デフォルトパラメータ EDCA パラメータの告知 ビーコン, 接続応答, 再接続応答, プローブ応答を使用 QAP は告知したパラメータと異なる値を使用可能 TXOP 獲得後,TXOP Limit の間,MPDU を連続送信可能 TXOP Limit が 0 の場合,1 MPDU のみ送信可能 物理媒体ごとに規定 名称 SIFS PIFS DIFS EIFS IFS デフォルト値 時間規定 2.4GHz 1Mbps/2Mbps 5.5Mbps FH DS 11Mbps 28us 78us 128us 284us 10us 30us 50us 252us 10us 30us 50us 252us 5GHz 16us 25us 34us 74us SIFS<PIFS<DIFS<EIFS CTS, ACK 送信 PCF 用 用途 RTS, 通常フレーム送信 FCS エラー発生時 SIFS: Short IFS, PIFS: Point IFS, DIFS: Distributed IFS, EIFS: Extended IFS

5 1 RTS/CTS による仮想キャリアセンス機能 (1/2) 隠れ端末問題 送信 2 衝突 3 4 送信 カウンタ NAV (Network Allocation Vector) が非零の間は, 媒体がビジーと仮想的に判断 RTS/CTS フレームの Duration field には NAV にセットすべき時間が格納されている RTS フレームによる後続 ACK の保護 CTS フレームによる受信 Data の保護 1 RTS RTS/CTS メカニズム ACK 2 DATA CTS 3 4 RTS/CTS による仮想キャリアセンス機能 (2/2) EDCA での変更点 RTS フレームの Duration field への設定値 先頭または単独フレームのみ保護の場合 :DATA+CTS+3SIFS それ以外 : 残りの TXOP CTS フレームの Duration field への設定値 先頭または単独フレームのみ保護の場合 : DATA+SIFS [+(ACK Block ACK)+SIFS] それ以外 : 残りの TXOP EDCA 受付制御 TSPEC を含む ADDTS 要求を AP に送信 AP は ADDTS 応答で可否を通知 受理 : 媒体時間 ( 媒体を使用できる時間?) を通知 ( 付録 I.2.2 で計算 ) 拒否 :Status コードで理由や代案を通知 EDCA での AC への分類 ユーザプライオリティを 4 アクセスカテゴリに分類 EE: Excellent Effort, NC: Network Control EDCA 参照実装モデル AC ごとに CSMA/CD を実行 STA 内で競合発生の場合 高優先権の AC が送信を試み, 負けた AC は衝突発生と同様に振舞うただし, 再送ビットは立てない PCF/HCCA 非競合期間 (CFP) と競合期間 (CP) に分けられる PCF では CFP はほぼ周期的に開始される.CFP の終了は CF-End (+CF-ACK) フレームにより通知する. HCCA では,CFP 以外にも PIFS を利用して WM を獲得し,TXOP を割り当てる. ポーリング開始のタイミングがほぼ任意.AP が媒体を管理している時間帯を CAP (Controlled Access Phase) と呼ぶ.

6 PCF におけるポーリング AID リストの全局を AID の昇順にポーリング後, まだ CFP が残っている場合は, 任意の局に 1 回以上ポールしてよい. CF-End (+DATA-ACK) により CFP の終了を通知 HCCA におけるポーリング QoS CF-Poll により TXOP を割り当てる 割当 TXOP 間は,SIFS 間隔で送信可能 HC はポールすべき局も送信すべきフレームもない場合, 時局宛に 0 の TXOP を割り当てる QoS CF-Poll を送ることで 注 ) 正しく受信されたときは, 送信データがなくても Null Frame を送信しなければならない HCCA 受付制御 (1/6) ADDTS 要求 / 応答により TSPEC 交渉 交渉成立後,QSTA HC 間に TS が設定 受付後,HC からは TSPEC 変更不可 ( 品質保証 ) ADDTS 要求 / 応答で交換される TSPEC エレメントのフォーマット HCCA 受付制御 (2/6) 制御環境 ( 干渉などがない ) で QoS 要求を満足 スケジューラの標準動作 サービス間隔 (SI: Service Interval) ごとにサービス時間 (SP: Service Period) を提供 SP は 1 つ以上の下りユニキャストフレームと 1 つ以上の TXOP が保障される連続した期間 TXOP は, 少なくとも,Maximum MSDU( 未定義の場合 Nominal MSDU) を最低速度で送信可能な時間に設定 ベンダー実装マター スケジューリングアルゴリズムの最適化 ポーリングオーバヘッドの削減 TXOP 期間の増大など HCCA 受付制御 (3/6) スケジューラ参照設計 ( 付録 I.3.3.1)(1/3) TSPEC 必須パラメータ 平均データレート, 公証 MSDU サイズ, 最大サービス間隔 ( 又は許容遅延 ) 全 TS の最大サービス間隔の最小値 m を計算 もっとも遅延に厳しい TS の最大 SI を満足させる SI として m より小さいビーコン間隔の約数を選択 m より小さくなるようビーコン間隔を等分した期間を SI とする HCCA 受付制御 (4/6) スケジューラ参照設計 ( 付録 I.3.3.1)(2/3) SI 間に到着する MSDU 数 TPi に割り当てられる TXOPi ρi : 平均データレート,Li: 公称 MSDU 長 Ri: 物理伝送レート,M: 最大 MSDU 長,O: オーバヘッド

7 HCCA 受付制御 (5/6) スケジューラ参照設計 ( 付録 I.3.3.1)(3/3) ビーコン間隔 100ms, 最大 SI 60ms の例 TXOP の和が SI を超えない範囲で収容可能 HCCA 受付制御 (6/6) 受付制御ユニット参照設計 TS 受付の判定をおこなう k 本の TS が既に収容 新規に TS が到着したと仮定 : k + 1 番目 次式が成立すれば新規 TS を受付 TXOP の総和が占める時間割合 CP 以外 (CFP or CAP) の時間割合 ブロック ACK 選択的再送の実現 ( 受信エラーフレームのみ再送 ) ブロック ACK 2 種類の方式あり : 即時型と遅延型 即時型遅延型とりあえず簡単な返事だけ済ましておく ADDBA 要求 / 応答によりセットアップ後使用 BlockAckReq / BlockAck により選択的再送実現 DELBA 要求によりセットアップ解除ブロック内フレーム数, 受信側で維持する状態数は制限複数 TXOP にまたがって送信可能 BlockAck 要求に対して即時応答広帯域, 低遅延トラフィック向け BlockAck 要求に対して準備で出来次第応答中遅延トラフィック向け Direct Link Set-up BSS 内での直接通信を実現 AP 中継は帯域の無駄 セットアップには QAP が仲介 PS 受信局を起せるのは AP だけ 送受信間でレートセットなどの情報を事前に交換する必要がある