Acesso Controlado HCCA

Assim como na PCF, o HCCA também utiliza o esquema de polling para interrogar as estações, porém gerenciado pelo coordenador híbrido. Além disso, o HC é responsável por realizar o controle de admissão de tráfego e atribuir oportunidades de transmissão às estações. Quando o HC ganha acesso ao meio, após o mesmo estar livre por um período PIFS, inicia-se a fase de acesso controlado - CAP (Controlled Access Phase), que é o intervalo de tempo em que o HC mantém o controle do meio, seja durante o CFP ou CP. O HCCA pode compartilhar o meio com o EDCA, e neste caso a duração máxima da CAP é definida no momento do envio do beacon através da variável CAPLimit. A Figura 2.13 apresenta o funcionamento do mecanismo do HCCA.

Figura 2.13: Exemplo de operação do HCCA.

Para o processo de transmissão, cada estação deve enviar ao HC uma requisição de admissão para cada fluxo de tráfego que deseja transmitir, juntamente com as especifi- cações desse tráfego (TSPEC). Cada estação é capaz de suportar oito fluxos de tráfego - TS (Traffic Stream) no sentido uplink e oito no sentido downlink. Caso um fluxo seja admitido pelo HC, a oportunidade de transmissão será dada à estação (através do envio do quadro de interrogação) e esta poderá transmitir os seus dados dentro do intervalo es- pecificado. O valor da TXOP no HCCA pode variar de 32µs a um limite máximo de 8160 µs (TXOPLimit) [IEEE, 2005]. Caso o valor da TXOP seja 0µs, implica que um quadro

nulo ou um cabeçalho de dados deve ser transmitido imediatamente após um quadro de interrogação (CF_Poll).

As especificações de tráfego são um conjunto de parâmetros que definem as carac- terísticas e os requisitos de QoS de um fluxo de tráfego de uma estação. A Figura 2.14 apresenta o formato da TSPEC com os parâmetros utilizados na especificação de tráfego [IEEE, 2005; IEEE, 2007].

Figura 2.14: Formato da TSPEC.

De forma resumida, os campos Element ID e Length são, respectivamente, o identi- ficador e o tamanho do quadro de TSPEC. O campo TS Info, ou informação do fluxo de tráfego, apresentado na Figura 2.15, contém as informações relativas à identificação e configuração do fluxo de tráfego a que se refere a TSPEC. Os campos Nominal/Maximum

MSDU size definem, respectivamente, o tamanho nominal e máximo do pacote de dados.

Os campos Minimum/Maximum Service Interval definem, respectivamente, a duração mí- nima e máxima do intervalo de serviço. Os campos Inactivity/Suspension Interval definem o intervalo mínimo de tempo que pode ocorrer sem a chegada de nenhum pacote antes que o fluxo seja descartado ou seja interrompido pelo HC, respectivamente. O campo

Service Start Time define o tempo que o período de serviço - SP (Service Period) inicia.

Os campos Minimum/Mean/Peak Data Rate definem, respectivamente, a taxa mínima, média e máxima de transmissão. O campo Burst Size define o tamanho máximo de burst (rajada) de um pacote no Peak Data Rate. O campo Delay Bound define o tempo má- ximo permitido para a transmissão de um pacote. O campo Minimum PHY Rate define a taxa básica de transmissão de acordo com a camada física em uso. O campo Surplus

Bandwidth Allowance especifica o tempo excedente que pode ser alocado para permitir

que uma transmissão possa ser concluída. Por fim, o campo Medium Time não é utilizado pelo HCCA, porém define o tempo admitido para o meio ser acessado.

Figura 2.15: Formato do campo TS Info.

Com base na Figura 2.15, resumidamente, o campo Traffic Type identifica se o tipo de tráfego possui um padrão periódico (taxa de transmissão constante) ou aperiódico (taxa de transmissão variável). O campo TSID trata-se de um identificador do fluxo. O campo

Direction identifica o sentido do fluxo em uplink, downlink ou bidirecional. O campo Access Policy define o tipo de mecanismo de acesso ao meio que será utilizado (HCCA, EDCA

ou HEMM6_{). O campo Aggregation, somente válido para o HCCA, é utilizado para ativar o}

escalonamento agregado, que consiste no envio de quadros de dados e de interrogação

6_{Conhecido como HCCA, EDCA mixed mode, onde podem ser utilizados de maneira mista os dois}

2.4. CAMADA DE ACESSO AO MEIO DO PADRÃO IEEE 802.11E 25

a uma determinada estação durante um intervalo de tempo contíguo. O quadro APSD (Automatic Power Save Delivery) é utilizado para gerenciamento de energia, fazendo com que as estações “durmam” quando não estejam transmitindo. O campo User Priority define os valores das prioridades aos pacotes pertencentes ao fluxo. O campo TS Info

Ack Policy indica como são, e se devem ser, enviadas as confirmações de recebimento

dos pacotes. Por fim, o campo Schedule define se será utilizado o escalonamento de tráfego.

De acordo com DEMARCH (2007), as especificações de tráfego são definidas de acordo com os requisitos da aplicação em uso. Entretanto, não está definido na norma IEEE 802.11e [IEEE, 2005] como as especificações de tráfego devem ser geradas, mas os parâmetros que geralmente são fornecidos pelas aplicações são o Nominal/Maximum

MSDU Size, Minimum/Maximum Service Interval, Inactivity Interval, Minimum/Mean/Peak Data Rate, Burst Size e Delay Bound, e os parâmetros fornecidos pela camada MAC são

o Minimum PHY Rate e Surplus Bandwidth Allowance.

Geralmente o HC procura definir os limites de oportunidades de transmissão como os menores possíveis com o objetivo de maximizar o throughput (volume de dados transferi- dos), seguindo as restrições impostas pelo overhead existente nos quadros de interroga- ção, de confirmação e de dados [DEMARCH, 2007].

2.4.2.1 Escalonamento de Tráfego e Controle de Admissão

O controle de admissão no HCCA é realizado através da negociação de quadros de gerenciamento para troca de especificações de tráfego. Quando uma estação deseja transmitir com garantias de QoS, deve enviar uma requisição para o HC para a admissão da especificação do tráfego que quer enviar. Assim, o HC pode ou não admitir esse tráfego, de acordo com o algoritmo de escalonamento em uso, com as condições do canal e com os requisitos de QoS.

O padrão IEEE 802.11e define dois controles de admissão, sendo um para o EDCA e outro para o HCCA [IEEE, 2005]. No controle de admissão para o EDCA, a estação requisita a admissão do tráfego de acordo com a categoria de acesso e, assim, o ponto de acesso deve associar a prioridade de usuário recebida na requisição com a respec- tiva categoria de acesso, conforme a Tabela 2.4. Para o caso em que uma categoria de acesso não necessite de controle de admissão, a estação pode transmitir o seu tráfego sem negociar a TSPEC. Entretanto, se em uma categoria de acesso o controle de ad- missão é necessário e uma estação deseja transmitir sem o uso do mesmo, esta deve transmitir os seus pacotes utilizando os parâmetros de contenção de uma categoria de menor prioridade. Independentemente do controle de admissão ser exigido ou não por uma determinada categoria de acesso, o ponto de acesso sempre deve responder às requisições das estações.

No controle de admissão para o HCCA, o HC é responsável por admitir ou não o serviço de interrogação para um fluxo de tráfego de acordo com a TSPEC enviada pela estação. Para garantir o serviço de QoS, o escalonador de tráfego deve satisfazer alguns requisitos. Neste caso, o escalonador deve atribuir oportunidades de transmissão a todos os fluxos de tráfego admitidos de acordo com a TSPEC; a duração mínima de uma TXOP

deve garantir que pelo menos um pacote de tamanho máximo seja transmitido à taxa de transmissão mínima; durante a negociação de TSPEC, alguns parâmetros devem ser especificados, tais como Mean Data Rate, Nominal MSDU Size, Minimum PHY Rate,

Surplus Bandwidth Allowance e, pelo menos, Maximum Service Interval ou Delay Bound

para o quadro de requisição para admissão de tráfego, e todos estes, com exceção do

Delay Bound para o quadro de resposta à requisição.

A norma do padrão IEEE 802.11e não define nenhum algoritmo de escalonamento de tráfego para utilização no controle de admissão, apenas indicando um escalonador de referência como base [IEEE, 2005; IEEE, 2007; DEMARCH, 2007].

2.4.2.1.1 Escalonador de Referência

Após a negociação das TSPECs, o escalonador do HC realiza o escalonamento de tráfego com base nos parâmetros Mean Data Rate, Nominal MSDU Size e Maximum

Service Interval ou Delay Bound. Para a realização do escalonamento, inicialmente é

calculada a duração do intervalo de serviço - SI (Service Interval) e em seguida a duração das TXOPs. O SI determina a duração do intervalo de interrogação de cada estação e é calculado com base nos valores do intervalo de beacon e do Maximum Service Interval (MSI). No caso, um valor mínimo é escolhido entre todos os MSIs de todos os fluxos de tráfego e o SI é determinado por um valor menor que este mínimo mas submúltiplo do intervalo de beacon. Para exemplificar, supondo que o mínimo MSI seja 60 ms e que o intervalo de beacon seja 100 ms, o número imediatamente menor que 60 ms e submúltiplo de 100 ms é 50 ms, ou seja, o SI.

Para a determinação da TXOP, o escalonador utiliza os parâmetros negociados na TSPEC: Mean Data Rate (ρ), Nominal MSDU Size (L) e também os parâmetros Service

Interval (SI) calculado anteriormente, Minimum PHY Rate (R), Maximum Allowable Size

of MSDU (M) e overheads (incluindo duração de IFS e dos quadros de confirmação e de

interrogação) em unidades de tempo (O). Desta forma, o escalonador realiza o cálculo

através dos seguintes passos [IEEE, 2005; IEEE, 2007]:

1. Com base nos valores do SI e do Mean Data Rate, o escalonador calcula a quanti- dade de pacotes (N) que chegam durante o intervalo de serviço, conforme a Equa-

ção 2.5. Ni=  SI ×ρi Li  (2.5)

2. O escalonador determina a duração da TXOP como o valor máximo entre o tempo para a transmissão deNipacotes de tamanhoLià taxaRie o tempo para a trans-

missão de um pacote de tamanho máximo à taxaRi, com os respectivos overheads,

conforme a Equação 2.6. T X OPi= max  Ni×Li Ri + Oi, M Ri + Oi,  (2.6)

2.4. CAMADA DE ACESSO AO MEIO DO PADRÃO IEEE 802.11E 27

A Figura 2.16 apresenta a operação básica do escalonador de referência, onde são atribuídas as TXOPs às estaçõesi, jek, dentro do intervalo de serviço calculado.

Figura 2.16: Operação do escalonador de referência.

Para a realização do controle de admissão de um novo fluxo, o escalonador determina inicialmente a duração do SI e das TXOPs, e só admite o fluxo caso o mesmo satisfaça a Inequalidade 2.7. T X OPk+1 SI + k

∑

Ondeké a quantidade de fluxos existentes,k+ 1é utilizado para indexar o fluxo que está sendo processado,T é o intervalo do beacon eTCPé o tempo reservado para tráfego

de contenção (EDCA).

De acordo com IEEE (2005), o controle de admissão deve garantir que o tempo alo- cado para a CAP não exceda o limite imposto pelo CAPLimit e também deve alocar um tempo adicional para possíveis retransmissões.

Capítulo 3

Proposta de Algoritmos de

Retransmissão de Tráfego

Este capítulo apresenta os algoritmos de retransmissão propostos com intuito de au- mentar a robustez e a confiabilidade da transmissão. Desta forma, a Seção 3.1 apresenta os detalhes e o funcionamento desses algoritmos. A Seção 3.2 apresenta o ambiente de simulação desenvolvido para avaliar o desempenho dos algoritmos propostos, bem como a motivação para a criação do mesmo. A Seção 3.3 apresenta o modelo de erros aplicado ao canal de transmissão. E, por fim, a Seção 3.4 apresenta os trabalhos relacionados à avaliação dos mecanismos de controle de acesso ao meio do padrão IEEE 802.11e.

3.1

Detalhamento da Proposta

Aqui são apresentadas duas estratégias (ou algoritmos) de retransmissão que visam melhorar a robustez e a confiabilidade da comunicação, permitindo que a informação possa ser reenviada em caso de falha na transmissão. Na implementação destes algorit- mos foi convencionado que apenas os quadros de dados e de confirmação sofrem com as perdas do canal, consequentemente são os que serão retransmitidos. Esta convenção foi feita em função desses quadros serem transmitidos à taxa máxima do canal, a qual é mais suceptível a erros, conforme destaca DEMARCH (2007). Assim, os quadros de be-

acon e de interrogação sempre serão enviados e recebidos pelas estações. É importante

ressaltar que as estratégias de retransmissão foram incorporadas ao escalonador de re- ferência do HCCA e são controladas pelo HC. Os detalhes de cada uma das estratégias estão apresentados a seguir:

• Retransmissão Imediata - Foi criada visando atender aos requisitos de diminui- ção do atraso e do jitter da comunicação. Nesta estratégia o escalonador inicia a retransmissão de um pacote imediatamente após a detecção da perda do mesmo. Caso a estação possua mais de um pacote em sua fila, o pacote perdido só será re- transmitido ao término da mesma. A detecção de um pacote perdido ocorre quando não há a confirmação de recebimento do mesmo (ausência de Ack). A Figura 3.1 ilustra o funcionamento deste algoritmo.

Figura 3.1: Exemplo da operação da retransmissão imediata.

Conforme a Figura 3.1, o pacote de dado 1 da estação 1 obteve um erro em sua transmissão, sendo retransmitido ao término da fila de pacotes, ou seja, após o dado 2 e antes da interrogação da estação 2.

• Retransmissão Enfileirada - Foi criada visando melhorar a resposta do escalo- nador nos casos de explosão de erros. Nesta estratégia o escalonador enfileira o pacote perdido para ser retransmitido somente ao final da lista de polling, ou seja, quando todas as estações terminarem de transmitir os seus pacotes. A Figura 3.2 ilustra o funcionamento deste algoritmo.

Figura 3.2: Exemplo da operação da retransmissão enfileirada.

Conforme a Figura 3.2, o pacote de dado 1 da estação 1 obteve um erro em sua trans- missão, sendo retransmitido após todas as estações terem sido interrogadas e enviado seus pacotes.

Entretanto, para ambas as estratégias de retransmissão são utilizados dois escalona- dores de tráfego, sendo um padrão e um inteligente. O padrão é um escalonador round-