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
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操作 |
命令 |
说明 |
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进入系统视图 |
system-view |
- |
|
进入射频接口视图 |
interface wlan-radio radio-number |
- |
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使能WMM功能 |
wmm enable |
必选 缺省情况下，使能WMM服务 需要注意的是，协议要求802.11n的客户端必须支持WLAN QoS，所以当Radio工作在802.11an或802.11gn 式的情况下，WMM功能必须开启，否则可能会导致关联后的802.11n的客户端无法通信 |
|
设置AC-VO、AC-VI客户端的EDCA参数 |
wmm edca client { ac-vo | ac-vi }{ aifsn aifsn-value | ecw ecwmin ecwmin-value ecwmax ecwmax -value | txoplimit txoplimit-value | cac } * |
可选 缺省情况下，客户端使用的EDCA参数为缺省值。具体参见表1-2 |
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设置AC-BE、AC-BK客户端的EDCA参数 |
wmm edca client { ac-be | ac-bk }{ aifsn aifsn-value | ecw ecwmin ecwmin-value ecwmax ecwmax -value | txoplimit txoplimit -value } * |
可选 缺省情况下，客户端使用的EDCA参数为缺省值。具体参见表1-2 |
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设置AP的EDCA参数和ACK策略 |
wmm edca radio { ac-vo | ac-vi | ac-be | ac-bk }{ aifsn aifsn-value | ecw ecwmin ecwmin-value ecwmax ecwmax -value | txoplimit txoplimit -value | noack } * |
可选 缺省情况下，AP使用的EDCA参数为缺省值，具体参见表1-3，ACK策略使用Normal ACK |
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设置CAC准入控制策略 |
wmm cac policy { channelutilization [channelutilization-value ] | users [users-number ] } |
可选 缺省情况下，使用基于用户数的准入策略，允许接入用户数为20 |
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设置SVP映射队列 |
wmm svp map-ac { ac-vi | ac-vo | ac-be | ac-bk } |
可选 缺省情况下，不启用SVP报文优先级映射功能 需要注意的是，SVP映射只针对非WMM客户端接入，对WMM客户端不起作用 |
l 如果某优先级队列的CAC功能被启动，则高于此优先级队列的CAC功能会同时被启用。例如，使用wmm edca client命令启动AC-VI优先级CAC功能，则AC-VO优先级也同时启动CAC功能，但是，启动AC-VO优先级的CAC功能，AC-VI优先级的CAC功能不会被启用。
l 用户如非必须，请使用AP和客户端 EDCA参数的缺省值（对于应用802.11b射频卡的设备的TXOP Limit参数除外）。
l 设备应用802.11b射频卡时，建议将AC-BK、AC-BE、AC-VI、AC-VO的TXOP-Limit参数的值分别配置为0、0、188、102。
l 用户只有启用WMM后，SVP才能起作用。
表1-2 客户端EDCA参数的缺省值
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AC |
AIFSN |
ECWmin |
ECWmax |
TXOP Limit |
|
AC-BK |
7 |
4 |
10 |
0 |
|
AC-BE |
3 |
4 |
10 |
0 |
|
AC-VI |
2 |
3 |
4 |
94 |
|
AC-VO |
2 |
2 |
3 |
47 |
表1-3 AP使用的EDCA参数的缺省值
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AC |
AIFSN |
ECWmin |
ECWmax |
TXOP Limit |
|
AC-BK |
7 |
4 |
10 |
0 |
|
AC-BE |
3 |
4 |
6 |
0 |
|
AC-VI |
1 |
3 |
4 |
94 |
|
AC-VO |
1 |
2 |
3 |
47 |
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
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操作 |
命令 |
|
查看指定客户端的统计信息 |
display wlan statistics client { all | mac-address mac-address } |
|
显示射频或客户端的WMM相关信息 |
display wlan wmm { radio [ interface wlan-radio wlan-radio-number ] | client { all | interface wlan-radio wlan-radio-number | mac-address mac-address} } |
|
清除射频或客户端的WMM相关信息 |
reset wlan wmm { radio [ interface wlan-radio wlan-radio-number ] | client { all | interface wlan-radio wlan-radio-number | mac-address mac-address } } |
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。
