X-speed技術簡介
隨著無線技術的發展,一臺AP可以支持的用戶數增多,也帶來了新的挑戰。多用戶場景兩個問題:1)現實場景中用戶上網的時候,上下行流量通常是不均衡的,一般下行(AP->STA)的流量遠大于上行(STA->AP)流量,下行占據較大比重。然而由于無線網絡的特殊性,在同一個網絡的AP與STA是共享空口資源,即同一臺AP下,用戶越多,AP競爭到空口資源的概率降低,從而下行受到抑制,最終導致整體的吞吐量下降。2)由于無線用戶之間的差別(類型不一樣、能力不一樣等),往往導致了無線用戶之間占用的空口時間的不公平。極端情況甚至導致無線用戶無法正常通信,嚴重影響用戶體驗。
競爭機制
大部分的無線網絡傳輸操作采用的是DCF競爭機制,只有競爭到空口資源的無線設備才能進行傳輸它類似于Ethernet的基于競爭的服務。DCF是標準CSMA/CA(carrier sense multiply access/collision avoid)訪問機制的基礎。和Ethernet一樣,在傳送數據之前,它會先檢查無線鏈路是否處于清空狀態。為了避免沖突的發生,當某個傳送者占據信道時,工作站會隨機為每個幀選定一段退避(backoff)時間。如下圖所示。

為滿足語音、視頻和音頻傳輸的不同QoS業務需求提出采用EDCA的競爭機制。EDCA機制是IEEE 802.11E的核心,EDCA區分了四種不同優先級的AC(語音流、視頻流、盡力而為流、背景流)接入信道的能力,保證高優先級的報文有優先的發送權利,從而保障了空口資源依據數據流優先級分配。
EDCA通過對參數的設置區分不同的優先級別,具體參數如下:
(1) AIFS仲裁幀間間隔:IEEE 802.11E標準為了支持QoS,引入的新的幀間隙。無線設備在信道空閑開始時必須等待AIFS時間后才能進行退避。從圖表1可知,AIFS值越低,則等待的AIFS時間越短,即站點會越早啟用退避機制,從而能更快的競爭到傳輸機會。即優先級越高,AIFS值越小。
(2) CWmin/CWmax競爭窗口:在等待一個AIFS之后,每個AC設定一個[1, 2^CW]的隨機計數器開始延時退避。其中CW競爭窗口介于CWmin和CWmax之間。第一次選擇隨機計數器時,CW競爭窗口為CWmin。當報文發送失敗時,則將CW競爭窗口加倍。若CW競爭窗口已經達到CWmax,則維持在CWmax。報文發送成功時,則重設CW競爭窗口為CWmin。窗口越大隨機到大的值的機率增加,退避的時間就越長,不能更快的競爭到傳輸機會。即優先級越高,競爭窗口越小。
(3) TXOP傳輸機會:一旦獲得了發送機會就可以在TXOP limit時間內連續傳輸本接入類AC下多個幀(目的地址可以不同)而無需重新競爭信道,每個幀之間的間隔僅為SIFS,有助于提高信道的利用率。并且節省了每次幀傳送后的信道競爭時間,提高了吞吐量。TXOP值大小根據傳送報文類型決定,例如,語音時此值設置小些,因為語音數據包很短。
EDCA的競爭機制實現了根據優先級發送報文,滿足了不同QoS的業務需求。EDCA機制給予上下行傳輸同等競爭機會,然而真實場景中,AP下行傳輸流量往往大于上行傳輸流量,導致整體的性能受到影響。X-Speed競爭機制中考慮上下行流量的差異,根據上下行的傳輸流量動態的調整EDCA參數,給下行更多競爭到空口資源的機會,使之與當前的真實場景相符合,從而達到提升整體性能的目的。
公平調度
由于無線網絡的特殊性,在同一個網絡的STA(包括AP)共享空口資源,而由于無線和有線網絡性能上的差異,空口資源往往成為STA性能的瓶頸。傳統的報文調度采用FIFO的方式,同一個無線網絡中,每個需要傳輸的STA都希望盡可能的占用空口資源。如圖2所示。從圖2中可以看出大量的低速報文的傳送造成空口被長時間占用,從而隊列長時間被占用,導致報文被丟,使得整體性能低下。

然而在實際無線應用場景中,STA之間存在差別(類型不一樣、能力不一樣等)是十分常見的,這時往往導致了某些STA總是得不到空口資源,獲取網絡資源響應慢,極端情況下甚至關聯不到網絡,嚴重影響用戶的體驗。

為了解決這個問題,保證每一個STA都能夠得到空口資源,就需要讓STA公平地獲得資源,這里的公平指的是每個需要傳輸的STA占用空口的時間是公平的。X-Speed通過獲取STA相關信息、預測STA流量、計算和調整STA空口帶寬以及進行流量整形來實現無線鏈路的公平占用。如圖3所示。從圖3中可以看到,在X-Speed公平調度的協調下,STA占用空口的時間較為平均,有效避免了出現某個STA性能特別差的情況,提升用戶體驗。
綜上訴述銳捷X-speed技術特點如下:
1.保持對終端的兼容性,不需要終端做任何特殊改變。
2.動態調整競爭優先級,不需要用戶進行任何配置。
3.綜合考慮公平因素,使得終端的流量更加均衡。
4.較大提升多用戶下的性能。
5.增強用戶上網體驗。