WLAN QoS配置

1.1  WLAN QoS简介

802.11网络提供了基于竞争的无线接入服务，但是不同的应用需求对于网络的要求是不同的，而原始的网络不能为不同的应用提供不同质量的接入服务，所以已经不能满足实际应用的需要。

IEEE 802.11e为基于802.11协议的WLAN体系添加了QoS特性，这个协议的标准化时间很长，在这个过程中，Wi-Fi组织为了保证不同WLAN厂商提供QoS的设备之间可以互通，定义了WMM（Wi-Fi Multimedia，Wi-Fi多媒体）标准。WMM标准使WLAN网络具备了提供QoS服务的能力。

1.1.1  术语

(1)        WMM

WMM是一种无线QoS协议，用于保证高优先级的报文有优先的发送权利，从而保证语音、视频等应用在无线网络中有更好的质量。

(2)        EDCA

EDCA（Enhanced Distributed Channel Access，增强的分布式信道访问）是WMM定义的一套信道竞争机制，有利于高优先级的报文享有优先发送的权利和更多的带宽。

(3)        AC

AC（Access Category，接入类），WMM按照优先级从高到低的顺序分为AC-VO（语音流）、AC-VI（视频流）、AC-BE（尽力而为流）、AC-BK（背景流）四个优先级队列，保证越高优先级队列中的报文，抢占信道的能力越高。

(4)        CAC

CAC（Connect Admission Control，连接准入控制），限制能使用高优先级队列（AC-VO和AC-VI队列）的客户端个数，从而保证已经使用高优先级队列的客户端能够有足够的带宽保证。

(5)        U-APSD

U-APSD（Unscheduled automatic power-save delivery，非调度自动节能发送），是WMM定义的一种新的节能处理方式，可以进一步提升客户端的节能能力。

(6)        SVP

SVP（SpectraLink Voice Priority，Spectralink语音优先级）是Spectralink公司为向语音通话提供QoS保障而设计的语音优先协议。

1.1.2  WMM协议概述

在802.11协议中DCF（Distributed Coordination Function，分布式协调功能）规定了AP和客户端使用CSMA/CA（Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance，载波监听/冲突避免）的接入方式。在占用信道发送数据前，AP或客户端会监听信道。当信道空闲时间大于或等于规定的空闲等待时间，AP或客户端在竞争窗口范围内随机选择退避时间进行退避。最先结束退避的设备竞争到信道。在802.11协议中，由于所有设备的空闲等待时间、竞争窗口都相同，所以整个网络设备的信道竞争机会相同。

1. EDCA参数

WMM协议通过对802.11协议的增强，改变了整个网络完全公平的竞争方式，将BSS（Basic Service Set，基本服务集）内的数据报文分为4个AC，高优先级的AC占用信道的机会大于低优先级的AC，从而使不同的AC能获得不同级别的服务。

WMM协议对每个AC定义了一套信道竞争EDCA参数，EDCA参数的含义如下所示。

l              AIFSN（Arbitration Inter Frame Spacing Number，仲裁帧间隙数），在802.11协议中，空闲等待时长（DIFS）为固定值，而WMM针对不同AC可以配置不同的空闲等待时长，AIFSN数值越大，用户的空闲等待时间越长，为图1-1中AIFS时间段；

l              ECWmin（Exponent form of CWmin，最小竞争窗口指数形式）和ECWmax（Exponent form of CWmax，最大竞争窗口指数形式)，决定了平均退避时间值，这两个数值越大，用户的平均退避时间越长，为图1-1中Backoff slots时间段；

l              TXOPLimit（Transmission Opportunity Limit，传输机会限制），用户一次竞争成功后，可占用信道的最大时长。这个数值越大，用户一次能占用信道的时长越大，如果是0，则每次占用信道后只能发送一个报文。

图1-1 WMM对每个AC赋予不同的信道竞争参数

2. CAC准入策略

CAC的基本原理是客户端只有获得AP的批准，才能以高优先级的AC发送数据，否则只能使用低优先级的AC，保证了已经获得批准的客户端能够获得需要的带宽。这里将各种传输报文分为两类：实时业务流（需要CAC控制的流，包括AC-VO和AC-VI）和普通数据流（不需要CAC控制的流，包括AC-BE和AC-BK）。

如果客户端需要使用高优先级的AC，则需要进行请求，AP按照如下介绍的算法，计算是否允许客户端使用，并将结果回应给客户端。

l              基于信道利用率的准入策略：计算1秒内所有已接入的高优先级AC占用信道的时间，以及请求以高优先级接入的AC占用信道的时间，二者相加，如果小于或等于用户配置的最大信道占用时间，则允许该流以请求的优先级接入。否则，拒绝请求。

l              基于用户数量的准入策略：如果高优先级AC中客户端数量加上请求接入的客户端，小于或等于用户配置的该高优先级AC的最大用户数，则允许用户的请求。否则，拒绝请求。如果一个客户端同时接入AC-VO和AC-VI优先级业务流，接入客户端的个数按1计算。

3. U-APSD节能模式

U-APSD是对原有节能模式的改进。客户端在关联时可以指定某些AC具有触发属性，某些AC具有发送属性，以及触发后最多允许发送的数据报文数量。触发和发送属性还可以在通过连接准入控制创建流的时候进行更改。客户端休眠后，发往客户端的属于具有发送属性AC的数据报文将被缓存在发送缓存队列中，客户端需要发送属于具有触发属性AC的报文以获取发送缓存队列中的报文。AP收到触发报文后，按照接入时确定的发送报文数量，发送属于发送队列的报文。没有发送属性的AC仍然使用802.11定义的传统方式存储和传送。

4. SVP服务

SVP服务是实现对IP头中Protocol ID为119的SVP报文的处理功能，将其放入指定的AC队列中。由于SVP规定SVP报文不需要进行随机退避，所以当对应AC队列中只有SVP报文时，可以将ECWmin和ECWmax均设置为0。

5. ACK策略

协议规定ACK策略有两种：Normal ACK和No ACK。

l              No ACK（No Acknowledgment）策略，是针对通信质量较好，干扰较小的情况下，在无线报文交互过程中，不使用ACK报文进行接收确认的一种策略。No ACK策略能有效提高传输效率，但在不使用ACK确认的情况下，如果通信质量较差，即使接收端没有收到发送包，发送端也不会重发，所以会造成丢包率增大的问题。

l              Normal ACK策略是指对于每个发送的单播报文，接收者在成功接收到发送报文后，都要发送ACK进行确认。

1.1.3  协议和标准

l              802.11e-2005, Amendment 8: Medium Access Control (MAC) Quality of Service Enhancements, IEEE Computer Society, 2005

l              Wi-Fi, WMM Specification version 1.1, Wi-Fi Alliance, 2005

1.2  配置WMM服务

1.2.1  配置准备

启用WLAN服务，具体请参见“WLAN 配置指导”。

1.2.2  配置WMM服务

表1-1 配置WMM服务

表1-2 客户端EDCA参数的缺省值

表1-3 AP使用的EDCA参数的缺省值

1.3  WMM服务显示和维护

在完成上述配置后，在任意视图下执行display命令可以显示配置后WMM服务的运行情况，通过查看显示信息验证配置的效果。

在用户视图下执行reset命令可以清除WMM服务的统计信息。

表1-4 WMM服务显示和维护

1.4  WMM服务典型配置举例

1.4.1  WMM基本服务配置举例

1. 组网需求

无线接入点FAT AP通过二层交换机L2 switch连接以太网，并启用WMM功能。

2. 组网图

图1-2 WMM基本服务组网图

3. 配置步骤

# 在WLAN-BSS接口上配置优先级信任模式为信任报文自带的802.11e优先级。

<AP> system-view

[AP] interface wlan-bss 1

[AP-WLAN-BSS1] qos trust dot11e

[AP-WLAN-BSS1] quit

# 在以太网端口上配置优先级信任模式为信任报文自带的802.1p优先级。

[AP] interface Ethernet 1/0/1

[AP-Ethernet1/0/1] qos trust dot1p

[AP-Ethernet1/0/1] quit

# 配置服务模板为clear类型，SSID为market，认证方式为开放系统认证，并使能服务模板。

[AP] wlan service-template 1 clear

[AP-wlan-st-1] ssid market

[AP-wlan-st-1] authentication-method open-system

[AP-wlan-st-1] service-template enable

# 在WLAN-Radio 1/0/2上绑定无线服务模板1和WLAN-BSS 1。

[AP] interface wlan-radio1/0/2

[AP-WLAN-Radio1/0/2] radio-type dot11g

[AP-WLAN-Radio1/0/2] service-template 1 interface wlan-bss 1

# 开启WMM功能。

[AP-WLAN-Radio1/0/2] wmm enable

[AP-WLAN-Radio1/0/2] quit

开启WMM功能后，通过display wlan wmm radio可以查看到关于WMM的显示信息。

1.4.2  CAC服务典型配置举例

1. 组网需求

无线接入点FAT AP通过二层交换机L2 switch连接以太网，并启用WMM功能。要求使用用户数判断策略，允许10个客户端可以和AP建立AC-VO和AC-VI的业务流，保证使用高优先级AC-VO和AC-VI队列的客户端能够有足够的带宽保证。

2. 组网图

图1-3 CAC服务组网图

3. 配置步骤

# 在WLAN-BSS接口上配置优先级信任模式为信任报文自带的802.11e优先级。

<AP> system-view

[AP] interface WLAN-BSS 1

[AP-WLAN-BSS1] qos trust dot11e

[AP-WLAN-BSS1] quit

# 在以太网端口上配置优先级信任模式为信任报文自带的802.1p优先级。

[AP] interface ethernet 1/0/1

[AP-Ethernet1/0/1] qos trust dot1p

[AP-Ethernet1/0/1] quit

# 配置服务模板为clear类型，SSID为market，认证方式为开放系统认证，并使能服务模板。

[AP] wlan service-template 1 clear

[AP-wlan-st-1] ssid market

[AP-wlan-st-1] authentication-method open-system

[AP-wlan-st-1] service-template enable

# 在WLAN-Radio 1/0/2上绑定无线服务模板1和WLAN-BSS 1。

[AP] interface WLAN-Radio1/0/2

[AP-WLAN-Radio1/0/2] radio-type dot11g

[AP-WLAN-Radio1/0/2] service-template 1 interface wlan-bss 1

# 最多允许10个客户端使用高优先级AC(AC-VO或AC-VI)。

[AP-WLAN-Radio1/0/2] wmm edca client ac-vo cac

[AP-WLAN-Radio1/0/2] wmm edca client ac-vi cac

[AP-WLAN-Radio1/0/2] wmm cac policy users 10

[AP-WLAN-Radio1/0/2] wmm enable

[AP-WLAN-Radio1/0/2] quit

如果AP上高优先级AC中客户端数量加上请求接入的客户端，小于或等于用户配置的该高优先级AC的最大用户数（本例中为10），则允许用户的请求。否则，拒绝请求。

1.5  常见配置错误举例

1.5.1  EDCA参数配置失败

1. 故障现象

配置EDCA参数，提示失败。

2. 故障分析

配置AP的EDCA参数，受到AP上射频芯片的制约。

3. 处理过程

(1)        使用display wlan wmm radio ap ap-name命令查看AP上射频芯片对EDCA参数的支持范围，保证配置的EDCA参数在此外围之内。

(2)        检查配置的EDCA参数是否为合法值。

1.5.2  配置SVP或CAC功能无效

1. 故障现象

已经应用wmm svp map-ac命令配置了SVP报文优先级映射功能，但是配置没有生效。

已经应用wmm edca client命令配置了CAC，但是配置没有生效。

2. 故障分析

只有在启用了WMM功能后，SVP、CAC功能才能生效。

3. 处理过程

(1)        应用wmm enable命令使能WMM功能。

(2)        检查配置的SVP或CAC功能是否生效。