AplicaçãoQoS

1. Introdução

Com o aumento da utilização de serviços de aplicações multimídia e com a utilização de redes wireless com dispositivos móveis como notebooks, celulares ipads e etc.

Há muitos desafios para garantir a qualidade de serviços em uma rede wireless, iremos abordar alguns dele no decorrer do artigo.

2. Desafios na Garantia na Qualidade de serviço.

O congestionamento da rede aparece como o principal desafio na disponibilidade de QoS na rede. Quando ocorre o congestionamento na rede, conseqüentemente o atraso acaba aumentando porque os pacotes ficam mais tempo na fila. A Perda também aumenta, se há muitos pacotes na fila, pode ocorrer descartes nos pacotes que estão chegando.

Outra dificuldade encontra-se na parte de roteamento. Por exemplo quando dois pacotes são enviados, geralmente não há garantia de que eles vão tomar o mesmo caminho para o destino. Se um caminho tem mais saltos do que o outro ou é mais congestionado, os pacotes podem não chegar ao destino ao mesmo tempo. Este encaminhamento sem controle pode provocar um atraso inaceitável ou jitter.

3. O Padrão 802.11

Neste padrão, como nos demais padrões de sua família, especifica as camadas física e de controle de acesso ao meio (MAC). O conjunto básico de serviços é chamado de BSS (Basic Service Set – BSS). Uma função de coordenação determina quando cada estação pode transmitir e receber dados.

No padrão 802.11 podemos encontrar dois tipos de rede sem fio. Podem ser elas: Redes Ad-hoc ou infra-estrutura. Na rede ad-hoc (figura[1]), qualquer estação pode estabelecer uma comunicação direta com outra estação, sem a necessidade de um ponto de central de comunicação. Em uma rede de infra-estrutura (figura[2]) toda comunicação passa por um ponto central, esse ponto de acesso é responsável por quase toda a funcionalidade da rede.

3.1 Camada física no padrão 802.11

Podemos encontrar três tipos de camadas físicas: espalhamento por salto de freqüência (Frequency hopping spread spectrum -FHSS), espalhamento de espectro por seqüência direta (Direct sequence spread spectrum - DSSS) e infravermelho. Todas estas camadas implementam um sinal de avaliação de canal livre chamado CCA (Clear Channel Assessment signal) que é utilizado pela camada MAC para verificar se o meio está livre para comunicação dos pontos. O padrão 802.11 oferece uma taxa de 1 a 2 Mbps.

Com o aumento da demanda por mobilidade sem perder conectividade e com o aparecimento de novas tecnologias, o padrão 802.11 sofreu algumas modificações para provir uma comunicação em taxas mais elevadas.

Os padrões 802.11a e 802.11b, por exemplo, alteram a camada física do 802.11 para proverem taxas de comunicações mais altas. O padrão 802.11a, por exemplo, utiliza banda de 5 GHz para conseguir transmitir em uma taxa de 54Mbps.

4. Camada MAC.

A camada MAC do padrão 802.11 define dois tipos de funções para acesso ao meio: a DCF (Distributed Coordination Function) e a função de coordenação em um ponto PCF (Point Coordination Function).

4.1 Função de Coordenação Distribuída DFC

O DFC de modo geral é um mecanismo de acesso múltiplo ao meio, que trabalha com detecção de portadora evitando colisões (baseado no CSMA/CD). Por padrão existem dois tipos de DFC: Um que utiliza CSMA/CD e outro que utiliza além do CSMA/CD utiliza pedidos para transmitir os dados (Request to Send – RTS e Clear to Send - CTS).

Podemos observar o funcionamento do DFC na figura 1.

4.2 Fragmentação

O MAC do 802.11, prevendo a diminuição da probabilidade de erros devido ao enfraquecimento do sinal e ao ruído, programa a fragmentação dos seus quadros em transmissões ponto a ponto. Os receptores por padrão têm suporte à fragmentação. Já nos transmissores a implementação é opcional.

5. Desafio na disponibilidade de QoS.

Um dos principais problemas na disponibilidade de QoS se dá na utilização do TCP em redes wireless, devido a instabilidade criada pelo protocolo.

Em comunicações com uma grande quantidade de tráfego de informações, a injustiça no acesso ao meio e da instabilidade nas conexões TCP pode ser grande. Com o DCF tentamos fornecer um compartilhamento justo da largura de banda disponível.

6. Técnicas para implementação de QoS.

Algumas técnicas foram criadas para ajudar na implementação de QoS em redes wireless. No método DCF, por exemplo, destacam-se estas técnicas: DIFS, o backoff, o tamanho do pacote e o RTS/CTS.

6.1 DFIS

O DIFS funciona da seguinte forma, cara estação é configurada com um valor diferente. Estes valores servem para indicar a prioridade que cada estação terá para acessar o meio, quanto maior este valor, menor a prioridade da estação. Para evitar a disputa no meio por estações com prioridades diferentes, a janela d contenção de uma estação com prioridade maior é calculada que o valor de sua janela somada ao seu DIFS nunca seja maior que ao DIFS de uma estação com prioridade menor. Assim podemos garantir que uma estação com prioridade maior nunca tenha quadros a enviar quando uma estação com prioridade menos inicie sua comunicação e também que estações menos prioritárias iniciem sua comunicação no caso de estação mais prioritária ter dados a serem enviados.

6.2 Backoff

Outra técnica utilizada é o backoff, que consiste em escolher diferentes intervalos para as janelas de contenção de cada estação. O intervalo de backoff pode ser calculado proporcionalmente ao tamanho

do pacote que se quer enviar e inversamente proporcional a prioridade do fluxo ao qual pertence o pacote. O calculo faz com que estações de maior prioridade tenham tempos de backoff menores. Tendo o tamanho do pacote conseguimos aperfeiçoar a utilização da banda passante para ser mais junto entre as estações. Cada estação mantém uma tabela com os pacotes do inicio da fila de cada estação, assim, o intervalo da janela de contenção é calculado por cada estação de acordo com a sua posição do seu pacote na tabela de pacotes.

6.3 Tamanho dos pacotes

A técnica baseada no tamanho dos pacotes é muito mais simples que as anteriores. Funciona basicamente da seguinte maneira. Estações com maior prioridade utilizarão pacotes com tamanho maior nas suas comunicações. Assim garante um maior tempo em suas janelas de comunicação em cada vez que uma estação ganhar a disputa pelo meio.