无线区域网路的服务品质协定-

1、802.11 無線區域網路的服務品質協定- 802.11e1. 前言在IEEE 802.11工作群組（Working Groupg，縮寫為WG）所定義的一系列標準中，最原始的802.11 標準所定義的是802.11無線區域網路通用的媒體存取控制（Medium Access Control Layer，縮寫為MAC ）層以及三種目前已經幾無實作的實體層（Physical Layer，縮寫為PHY）。由於原始802.11標準所定義的PHY層實用性不高，因此在定義802.11標準的同時，在IEEE 802.11工作群組之下亦成立了任務群組（Task Group，縮寫為TG）a與b，分別對原始802.

2、11標準進行增修，以定義出更有效率與實用的實體層，也就是現行最通用之802.11a與802.11b無線區域網路標準。其後，由於各種新增的需求，IEEE 802.11工作群組陸續成立了一些任務群組，對802.11標準進行增修，以符合不同種類的需求。由於近年來對於在無線區域網路上提供包含影音串流之多媒體通訊的需求日漸強大，且因原始802.11標準的MAC層並無法完全提供其所需的服務品質（Quality of Service，縮寫為QoS）、安全性（Security）、與行動性（Mobility）等需求，因此IEEE 802.11成立任務群組e、i、與f分別針對上面三個需求對802.11的MAC層進

3、行增修的動作。本文所探討的802.11e即為任務群組e針對QoS對802.11的MAC層所做的增修。目前802.11e的制定已進入最後的階段（目前的版本為Draft 8.0版），即將成為標準。而其他兩個任務群組（f與i）則已分別在2003年成立新的標準：802.11f與802.11i。在深入了解802.11e為QoS所量身訂做的機制之前，讓我們先了解一般多媒體通訊在QoS上的需求為何。在多媒體通訊中，通常至少有一組甚至是多組數位影音串流在網路的節點間流動，例如現在流行的網際網路電話（Voice over IP，簡稱VoIP）以及視訊會議（Video Conferencing），都是將使用者原始

4、的聲音或影像經過類比到數位的轉換後，以固定位元速率（bit rate）或一定範圍的變動位元速率產生一連續的數位影音串流，然後透過網路送到接收端，再經過數位轉類比的撥放器將原始的影音播放出來（如圖 1所示）。由於影音串流的產生與播放是以一定的速率來進行，所以要使得接收端能播放出平順的影音以及維持順暢的對談其最大關鍵為：1. 在接收端以原有的速率將影音串流輸入播放器中。2. 從影音串流在來源端產生到在接收端播放出來之間的延遲時間是小於一個合理的範圍之內（例如：50毫秒）。圖 1：VoIP語音串流的處理以VoIP的應用為例（圖 1），假設以8kHz（每秒8000次）的取樣頻率對來源端的原始類比語音進

5、行採樣，並以PCM的方式將每個取樣轉為一8位元的數值，則形成一固定速率為64 kbps的語音串流，然後對其作語音壓縮以減少其所占頻寬（例如使用G.729壓縮，產生8 kbps串流）。接下來則是將其封裝成IP的封包，經由網路傳遞到接收端。因為該語音串流的速率固定在8 kpbs，所以為簡化封裝以及播放的作業起見，通常都是將固定時間單位（例如每20毫秒）的語音資料封裝成一個IP封包傳遞出去。在接收端則是將一個個收進來的封包，進行去封裝與解壓縮並取出內含的語音資料依序輸入到播放器中播放。播放器則是照著原始的速率（64 kbps）將輸入的語音資料播放出來。由於傳送這些語音資料封包的網路，有可能造成如圖所

6、示之封包到達接收端的速率忽快忽慢（尤其是在競爭型的網路上），或是前後順序顛倒，此種情況將造成在接收端播放出的錯亂或是斷斷續續的語音。綜合來說，一般影音串流本身具有的一些特性如下：n 固定或一定範圍的變動速率。若是變動速率的影音串流，其規格上通常會定義其最大速率（peak rate）與平均速率（average rate）。n 若是資料為間歇產生，則會定義其一次產生的最大資料量（burst size）n 若是資料為間歇產生，也會定義每次資料產出的持續時間之最大值與最小值而對於接收端的播放器要能平順播放與順暢對談的目的來說，其對於來自網路端之影音串流的要求為：n 網路的傳遞延遲必須要在一個合理的範圍

7、之內，也就是要有有限的延遲（Bounded Delay）。n 各連續封包的時間間隔必須盡量維持在一個合理的範圍之內，如此才能使接受到之影音串流的速率變動不致過大，也就是要有有限的抖動（Bounded Jitter）。解決播放不順的方式大致可分兩個方向來考量：一為在接收端增加緩衝的機制，使得輸入播放器的語音資料流盡量維持原有的速率。不過這個方式有其極限，一是接收端裝置的記憶體容量因成本考量可能有限，二是緩衝將造成播放上的延遲，而這將影響到與來源端進行對談時的順暢程度。因此，也必須經由另一個方向-從改善網路傳輸品質方面來著手，也就是讓網路具備QoS的機制，使得影音串流可以盡量依其原始速率送達到接收

8、端。802.11e就是為了讓原始的802.11無線區域網路能達到此目的而制定的一個新標準。接下來讓我們來了解為何原始的802.11標準無法達到上述的QoS需求。很明顯的，在DCF模式下，由於各工作站之間以訊框間隔時間以及亂數後退時間等機制來競爭無線媒介的使用權，故無法符合影音資料串流對維持速率與延遲的需求。而在PCF模式之下（請參考圖 2），雖然各工作站的資料傳輸統一由中央點協調器（Point Coordinator，簡稱PC）輪流通知各工作站進行資料傳輸以避免競爭的行為，然而由於PC完全無法得知該影音串流之特性，且每次輪到某工作站可傳輸時最多也只能傳輸一個訊框的資料量，這對於維持影音串流的特

9、性及其對延遲與抖動的需求，只能達到有限的效果。圖 2：802.11 PCF運作方式因此802.11任務群組e在制定802.11e時就將其目的設定為加強802.11的MAC層以提供完整的QoS的功能。包含下列各項:n 定義資料流模型（traffic model）：包含資料型態、描述方式、以及運作模式n 使得延遲與抖動達到最小化n 使得成功傳輸量（throughput）達到最大化所新增的機制整理如表 1所示。其中有些項目為802.11e標準中所規範在生產上必須實作的項目（標示為必要），其他為可作可不作（標示為非必要）。802.11e最重要的地方就是定義了資料流的辨識與其優先權的決定方式，以及利用該

10、資料流的辨識機制，新增了一種通道存取方式混合式存取功能（Hybrid coordination Function，簡稱HCF），以提供具有QoS的無線區域網路傳輸服務。表 1：802.11e新增的QoS機制名稱內容/作用概述必要/非必要QoS訊框格式新增適於傳輸QoS資料流的訊框格式，用於資料流種類的辨識以及傳輸優先權的決定。必要加強型分散式通道存取（EDCA）改良原始的DCF模式，配合使用QoS訊框格式，使之具有依網路資料流種類來優先競爭通道存取權的功能，而非原始的平等競爭模式。使得較需要即時服務的資料流可以優先被傳輸。必要HCF控制型通道存取（HCCA）改良原始的PCF模式，配合使用QoS

11、訊框格式，使得居中的協調站可以依據不同種類資料流對QoS的需求來挑選可取得傳輸權的工作站。另外，無論在競爭時段或免競爭時段都可執行挑選工作站的功能，使得有QoS需求資料流可以即時被傳輸。必要整批回報（Block Ack）讓接收端工作站可以在收到一定數量的訊框之後再傳回Ack給發送端工作站，可增加頻寬的使用效率。非必要省電模式自動傳送（APSD）讓工作站與存取點經過協調後，可在工作站進入省電模式之後，在雙方約定的時間點（週期性或非週期性）醒來，直接進行某固定資料量的傳輸。使得工作站的耗電比原始802.11的運作方式更節省，同時也可達到QoS的需求非必要直接連結協定（DLP）讓兩個在BSS模式下的

12、工作站先透過存取點的中介協調之後，可以不透過存取點直接傳送資料。此項機制的作用主要在於利用存取點叫醒在省電模式中的工作站，並直接交換一些安全性的資訊。存取點為必要工作站為非必要本章之後續章節內容將依序介紹802.11e標準中的各項新增機制，這裡所參考的802.11e版本為draft 6.0版。因802.11e對於新增的QoS機制定義了一些新的辭彙，所以在第2節先將後續章節會使用到的詞彙以及常用的中英譯名對照表列出來，以方便讀者查詢。第3節則介紹802.11e中所定義的資料流辨識與優先權決定方式，這是加強型分散式通道存取與HCF控制型通道存取決定通道傳輸權落於哪個工作站的根本依據。第4節則分別介

13、紹加強型分散式通道存取以及HCF控制型通道存取的工作原理。第5節-第7節則是分別講解整批回報、直接連結協定、以及省電模式自動傳送的工作原理。至於802.11e所新定義的訊框格式，將分別配合各節的內容陸續穿插介紹，以方便讀者理解其實際的作用。2. 重要名詞解釋與中英對照因為802.11e是對原始802.11標準的內容進行增修，加入了QoS相關的功能，但因原始802.11的運作機制可與802.11e新增的機制共存，所以為了能明確的分辨新舊機制起見，802.11e對於有支援此新增QoS功能的工作站（STA）、存取點（AP）、BSS、與IBSS都會前面冠上”Q”，成為QSTA、QAP、QBSS、與QI

14、BSS，以資識別。由於敘述上與閱讀上的方便起見，本文有時會直接以英文名詞或縮寫穿插於文章內容中。茲將本文所出現的一些英文名詞及其中文翻譯整理如表 2，以利參照。表 2：中英名詞對照表英文名詞縮寫中文名詞備註QoS StationQSTAQoS工作站在前後文可以理解其意義的狀況下，本文常直接以”工作站”稱之。QoS access pointQAPQoS存取點在前後文可以理解其意義的狀況下，本文常直接以”存取點”稱之。QoS BSSQBSSQoS基本服務群在前後文可以理解其意義的狀況下，本文常直接以”BSS”稱之。QoS IBSSQIBSSQoS獨立式基本服務群在前後文可以理解其意義的狀況下，本文

15、常直接以”IBSS”稱之。Point CoordinatorPC中央點協調器Hybrid CoordinatorHC混合式協調器Hybrid Coordination Function HCF混合型協調功能Access CategoryAC存取類別Direct Link直接連結Direct Link ProtocolDLP直接連結協定Enhanced Distributed Channel AccessEDCA加強型分散式通道存取HCF Controlled Channel AccessHCCAHCF控制型通道存取Service PeriodSP服務期間Traffic CategoryTC資料

16、流類別Traffic ClassificationTCLAS資料流分類Traffic IdentifierTID資料型態辨識碼Traffic SpecificationTSPEC資料流規格Traffic Stream IdentifierTSID資料流識別碼Transmission OpportunityTXOP傳送機會User PriorityUP使用者優先順序3. 網路資料流型態分辨（Traffic Differentiation）3.1. 增修後的訊框格式在說明802.11e如何對網路資料流進行型態分辨，讓我們先了解802.11e對訊框格式作了哪些增修以攜帶必要的資訊。依據第2章所述，我

17、們知道原始的802.11的訊框總共分為三種型態，分別是管理（management）、控制（control）、以及資料（data）等三類，而各型態之下又細分為不同的子型態以代表不同意義之訊框。訊框型態的分辨，主要靠Frame control欄位中的Type與sub-type欄位。原始的802.11訊框格式與訊框種類對照表請參考第二章。在802.11e標準中，為了在訊框中攜帶QoS相關資訊，把訊框格式更動如圖 3所示，其中新增的欄位為QoS Control欄位。QoS Control欄位為16個位元的結構，各位元所代表的意義如表 4所示，詳細的解釋與應用將於本章稍後陸續介紹。而新增的訊框型態仍是透

18、過Frame control欄位中的Type與sub-type欄位來作辨識，如表 1所示。其中。為使得需要QoS服務的資料能進行另外的處理，因此新增了QoS Data及其相關的資料訊框（subtype欄位值1000-1111）。而對於提供QoS服務以其他新增功能所需控制與管理則新增了Action管理訊框（subtype欄位值1101），其主要目的為執行下列動作：（i）在HCF通道存取模式之下，註冊/註消資料流規格；（ii）在HCF通道存取模式之下，協議傳輸的排程；（iii）在HCF通道存取模式之下，執行直接連結協定，以建立/取消兩工作站之間的直接連結；（iv）建立/取消兩工作站之間的整批回報及

19、其相關參數的設定。這些Action管理訊框的作用，將分別在本章後續各節中說明。另外，在控制訊框方面，也新增了BlockAckReq以及BlockAck等兩個控制訊框（subtype欄位值1000-1001）。其作用將於整批回報的章節中（第5節）介紹。請注意，如同原始802.11標準所定義，並非所有型態的訊框都含有圖 3中的所有欄位，新增的QoS Control欄位只出現在QoS Data相關的資料訊框中。圖 3：802.11e增修後的訊框格式表 3：802.11e增修後的訊框種類Type valueb3 b2Type descriptionSubtype valueb7 b6 b5 b4Sub

20、type description00Management0000Association request00Management0001Association response00Management0010Reassociation request00Management0011Reassociation response00Management0100Probe request00Management0101Probe response00Management0110-0111Reserved00Management1000Beacon00Management1001Announcement

21、 traffic indication message (ATIM)00Management1010Disassociation00Management1011Authentication00Management1100Deauthentication00Management1101Action00Management1110-1111Reserved01Control0000-0111Reserved01Control1000Block Acknowledgement Request (BlockAckReq)01Control1001Block Acknowledgement (Block

22、Ack)01Control1010Power Save Poll (PS-Poll)01Control1011Request To Send (RTS)01Control1100Clear To Send (CTS)01Control1101Acknowledgement (ACK)01Control1110Contention-Free (CF)-End01Control1111CF-End + CF-Ack10Data0000Data10Data0001Data + CF-Ack10Data0010Data + CF-Poll10Data0011Data + CF-Ack + CF-Pol

23、l10Data0100Null function (no data)10Data0101CF-Ack (no data)10Data0110CF-Poll (no data)10Data0111CF-Ack + CF-Poll (no data)10Data1000QoS Data10Data1001QoS Data + CF-Ack10Data1010QoS Data + CF-Poll10Data1011QoS Data + CF-Ack + CF-Poll10Data1100QoS Null (no data)10Data1101QoS CF-Ack (no data)10Data111

24、0QoS CF-Poll (no data)10Data1111QoS CF-Ack + CF-Poll (no data)11Reserved0000-1111Reserved表 4：QoS Control欄位意義Applicable Frame (sub) TypesBits 0-3Bit 4Bits 5-6Bit 7Bits 8-15QoS (+)CF-Poll frames sent by HCTIDEOSPAck PolicyReservedTXOP limit in units of 32 microsecondsQoS Data, QoS Null, QoS CF-Ack and

25、 QoS Data+CF-Ack frames sent by HCTIDEOSPAck PolicyReservedReservedQoS data type frames sent by non-AP QSTAsTID0Ack PolicyReservedTXOP duration requested in units of 32 microsecondsTID1Ack PolicyReservedQueue size in units of 256 octets3.2. 資料流型態分辨之原理接下來，讓我們來了解802.11e對資料流作型態辨識的基本原理。802.11e為資料流的辨識，新增

26、了下列重要的定義：1. 使用者優先順序（User Priority，簡稱UP）：802.11e定義了八個使用者優先順序，與802.1D所定義的Priority Tag相同，對應到整數0-7，其所代表的優先順序高低則由表 5所示。而一個經由MAC層傳送出去的QoS Data訊框屬於哪一個使用者優先順序，則由上層的軟體透過MAC_SAP介面自行指定。優先順序高的資料訊框將會優先被傳送出去，其傳送機制稍後於第4.3節介紹。對於其他非QoS Data訊框（包含原先802.11所定義的各種訊框）則被視為屬於使用者優先順序0來處理。表 5：使用者優先順序與存取類別對應表PriorityUser Prior

27、ity (UP - Same as 802.1 D User Priority)DesignationCategory (AC)(Informative)lowest1BKAC_BKBackground2-AC_BKBackground0BEAC_BEBest Effort3EEAC_BEVideo4CLAC_VIVideo5VIAC_VIVideo6VOAC_VOVoicehighesthest7NCAC_VOVoice2. 存取類別（Access Category）：另外，802.11e為了競爭型通道存取方式（也就是第4.3節所述的加強型分散式通道存取（EDCA），定義了四個存取類別，分別

28、是AC_BK、AC_BE、AC_VI、以及AC_VO（詳見表 5）。在一個QBSS通道存取的競爭時段裡，通道的傳輸權是由這四個存取類別以類似且相容於原先802.11標準所定義的DCF方式來競爭。這意味著在802.11e中，通道的競爭者由原先在同一個BSS之下的所有工作站，改變成歸屬於這四種存取類別的資料流，而不同的工作站中可能同時存在屬於相同存取種類的資料流待傳送，也因此一個工作站在競爭通道傳輸權的時候，不再是單純的等待一個訊框間隔時間與隨機後退時間，而是要為各個存取類別的資料流分別計算（詳見第4.3節EDCA機制之說明），這是802.11e對原始802.11標準所作之一項重大增修。也因為這個

29、新的設計，才讓802.11無線區域網路可以提供QoS服務給不同屬性之資料流。不過，在工作站或存取點中資料傳輸的優先順序仍是依照上一段所提到的使用者優先順序來決定，所以802.11e對每個使用者優先順序指定其歸屬於某個存取類別當中，如表 5所示。當工作站為某一類別取得通道傳輸權時，則在該類別中使用者優先權較高的資料流將會優先被傳送出去。3. 資料流規格（Traffic Specification，簡稱TSPEC）：為了讓在同一QBSS之內的工作站能向存取點提出其資料流對QoS的需求，同時也讓存取點能回應工作站其是否能處理該QoS的需求，或是其可處理的QoS需求為何，802.11e特別定義了資料流

30、規格的元件（element），可供作交換此QoS需求之使用（見圖 4）。資料流規格的交換，可以在Association或Reassociation的過程中，透過將資料流規格元件（TSPEC element）放在管理訊框裡面來完成。或者是工作站另外以802.11e新增之Action管理訊框向存取點發送ADDTS要求之Action管理訊框，然後由存取點送回ADDTS回應之Action管理訊框來完成。圖 4：TSPEC欄位格式以下就資料流QoS需求相關之欄位作簡單的說明：q TS Info（資料流資訊）（3位元組）：其結構如圖 5所示。各欄位所代表的如表 6所示。圖 5：TS Info欄位格式表 6

31、：TS Info欄位意義在802.11e中的名稱中文名稱欄位大小（位元）意義Traffic Type資料流型態11表示這是週期性的資料流；0則表示非週期性的資料流。TSID資料流辨識碼3為上層軟體設定給該資料流的辨識碼，範圍是十進位的07。Direction傳送方向2標示出該資料流的傳送方向：i) Uplink（上行）：由工作站流向存取點。ii) Downlink（下行）：由存取點流向工作站。iii) Direct link（直接連線）：直接傳到另一個工作站。iv) Bi-directional link（雙向）：同時有上行與下行的資料流。Access Policy存取策略2標示出此資料流要在

32、何種通道存取模式下傳送：競爭模式（EDCA）、免競爭模式（HCCA）、或兩者皆可。Aggregation集成式排程1標示出此資料流在存取點轉送時是否要使用集成式的排程方式，而非個別排程。802.11e規定：當資料流指定使用省電模式自動傳送（APSD）時，則非得要使用集成式排程不可。APSD省電模式自動傳送1標示出此資料流是否要使用省電模式自動傳送。User Priority使用者優先權3標示出此資料流所對應的使用者優先權（應用於EDCA模式中競爭通道存取權）。TSInfo Ack Policy回應方式2標示出在傳送此資料流的訊框時所採用的回應傳送方式：原始802.11的回應方式、不回應、或是整

33、批回應方式。Schedule是否排程1若此資料流指定的存取策略（也就是Access Policy欄位）包含EDCA模式時，此欄位即用來標示是否需要存取點依據TSPEC的各項QoS需求進行排程，以分配通道傳輸權供此資料流傳送（透過QoS CF-Poll相關訊框的機制，見第4.4節）。或是若APSD欄位設定為1，則表示在省電模式自動傳送時，是要使用不排程的方式或是有排程的方式來作資料傳送（見第6節）。q Nominal MSDU Size（名義上的MSDU長度）（2位元組）：標示出此資料流名義上的MSDU長度。其格式如圖 6所示。當”fixed”欄位為1時，表示此資料流的MSDU長度是固定的，大小

34、就如”size”欄位所定義。若”fixed”欄位為0時，表示此資料流的MSDU長度是會變動的，此時”size”欄位則只是代表名義上的MSDU長度（也許是平均長度），最大的MSDU長度則由接下來的”Maximum MSDU Size”欄位所規範。圖 6：TSPEC之Nominal MSDU Size欄位格式q Maximum MSDU Size（最大MSDU長度）（2位元組）：標示出此資料流之最大MSDU長度。q Minimum Service Interval（最小服務期間間隔）（4位元組）：標示出此資料流所需求之連續的兩段服務期間（Service Period，簡稱SP） 服務期間（SP）的

35、定義：一個工作站因取得通道傳輸權而傳送訊框到存取點或是接收來自存取點的訊框的一段連續時間，稱之為服務期間。的最小時間間隔，單位是微秒（us）。亦即工作站或存取點必須最少每隔多少時間就要傳送出此資料流的訊框。q Maximum Service Interval（最大服務期間間隔）（4位元組）：標示出此資料流所需求之連續的兩段服務期間的最大時間間隔，單位是微秒（us）。亦即工作站或存取點必須最多每隔多少時間會傳送出此資料流的訊框。q Inactivity Interval（最大無資料時間）（4位元組）：標示出此資料流之最大的無任何資料的時間間隔，單位是微秒（us）。當存取點經過此時間間隔都沒有收到

36、屬於此資料流的任何訊框時，即可將此資料流規格註銷。q Suspension Interval（最大暫停前時間）（4位元組）：標示出此資料流之最大的暫停時間間隔，單位是微秒（us）。當存取點經過此時間間隔都沒有收到屬於此資料流的任何訊框時，即可暫停對此提出此資料流的工作站發送QoS(+)CF-Poll訊框，也就是暫停該資料流的通道傳輸權。q Service Start Time（服務開始時間）（4位元組）：標示出此資料流的來源工作站何時要開始傳送第一個訊框以及進入省電模式的目的工作站要醒來接收該訊框。必須配合APSD使用。q Minimum Data Rate（最低資料速率）（4位元組）：標示出

37、此資料流的最低傳送速率，單位是bps（不包含MAC與PHY的部分）。q Mean Data Rate（平均資料速率）（4位元組）：標示出此資料流的平均傳送速率，單位是bps（不包含MAC與PHY的部分）。q Peak Data Rate（最高資料速率）（4位元組）：標示出此資料流的最高傳送速率，單位是bps（不包含MAC與PHY的部分）。q Maximum Burst Size（最大突發資料量）（4位元組）:標示出此資料流在最高資料速率之下，一次連續產生的最大資料量。q Delay Bound（延遲限制）（4位元組）:標示出從上層軟體將一個屬於此資料流的MSDU送到MAC層開始，到其成功從MA

38、C層傳送出去為止，所能容忍的最大延遲時間，單位是微秒（us）。q Minimum PHY Rate（最小實體層速率）（4位元組）:標示出此資料流所要求之最小的實體層傳送速率，單位是bps。很明顯的，上述的TSPEC欄位涵括了要描述一個資料流QoS需求的必要資訊。當資料流規格完成交換動作且存取點接受該規格時，則存取點與工作站將遵照此規格對於速率與時間的限制來傳送屬於此資料流的訊框。另外，若是工作站在利用ADDTS要求訊框註冊資料流時，將TSPEC的Schedule欄位設為1，則存取點將會在ADDTS回應訊框中置入Schedule元件（其欄位結構如圖 7所示），以說明其排程內容，包括何時開始傳送第

39、一個訊框（Service Start Time欄位）、每隔多久傳送一次（Service Interval欄位，單位為微秒）、每次最多傳送多久（Maximum Service Duration欄位，單位為微秒）、以及其他相關資訊（Schedule Info欄位）。圖 7：Schedule元件之欄位格式4. 資料流分類（Traffic Classification，簡稱TCLAS）：這是一個附屬於某資料流規格的機制，其主要的作用為將具有某些特徵的MSDU歸類為這個資料流，讓工作站或是存取點可以依據這個分類的定義，將從上層軟體或是從分散式系統進來的MSDU直接進行歸類的動作，使得在無線媒介上傳送出去

40、的時候依據某資料流規格的規範來傳送。例如當我們為某VoIP的音訊資料流向AP註冊一資料流規格時，可能同時我們也已經得知該音訊資料流將從某已知IP地址以及TCP或UDP的埠號傳送，此時便可告知存取點該IP地址與埠號，則存取點在收到內含此IP地址與埠號的封包時可以直接歸類為此音訊資料流，並依此資料流規格進行傳送的動作。在交換資料流規格的過程當中，可以在Association/Re-association訊框或是ADDTS 要求/回應之Action管理訊框中的資料流規格元件後面串接資料流分類元件，以加入屬於該資料流的分類定義。資料流分類元件的格式如圖 8所示。其中，User Priority欄位為此

41、類MSDU所對應的使用者優先權。Frame Classifier欄位則是定義了分類的規則，其通用結構如圖 9所示。其中Classifier Type欄位是用來標示這個資料流分類元件是屬於哪一類的，其值如表 7所示。不同類的資料流分類元件有不同的Classifier Parameters欄位的定義，其結構如圖 10圖 13所示。而Classifier Mask則是一個位元對映（bitmap），用來標示Classifier Parameters裡面有哪幾個欄位是要在分類時用來比對的，而未在Classifier Mask中標示到的欄位則在分類時不予比對。圖 8：資料流分類（TCLAS）元件之欄位格式

42、圖 9：TCLAS之Frame Classifier欄位之通用格式表 7:Frame Classfier之Classifier Type欄位值圖 10：Ethernet型態的Frame Classifier欄位格式圖 11：IPv4型態的Frame Classifier欄位格式圖 12：IPv6型態的Frame Classifier欄位格式圖 13：VLAN型態的Frame Classifier欄位格式以上四項802.11e新增的定義，已經涵括了幾乎所有提供QoS所需要的資料與機制，所剩的只是工作站與AP如何實作出符合QoS需求訊框傳遞行為，但在802.11e中並沒有定義實作的方法，只提供一些

43、簡單的建議而已。接下來談802.11e如何對接收進來的MSDU進行資料流形態的辨識或者對要傳送出去的MSDU指定其資料流型態。在前一節（第4.1節）提及，802.11e在訊框格式中增加了QoS Control欄位，其內部各欄位的意義如表 4所示。其中第03位元是4位元的資料型態辨識碼（Traffic Identifier，簡稱TID），其意義如表 8所示。以對接收進來的MSDU作辨識來說，若TID值是介於0到7之間，則表示這個MSDU是歸類於某個使用者優先權，而TID的值就是使用者優先權的值。若TID的值介於815之間，則表示這個MSDU是歸類於某資料流規格，而（TID8）（也就是TID值扣除

44、第三個位元，802.11e用此位元來作為屬於使用者優先權或是資料流規格的辨識）就是所屬資料流規格的TSID值。而對要傳送出去的MSDU指定其TID值，也要遵循上述的規則。表 8：TID數值之意義4. 混合型協調功能（Hybrid Coordination Function, HCF）802.11e最重要的部分就是新增了一個通道存取機制，這個機制稱之為混合型協調功能（Hybrid Coordiantion Function，簡稱HCF）。HCF的設計主要是加強原有802.11以DCF與PCF的為基礎的通道存取方式，配合前述的資料流分辨機制，以提供符合QoS需求的訊框傳送服務。以下將就MAC層的結

45、構、傳送機會的觀念、以及競爭型與控制型的通道存取方式，逐一介紹混合型協調功能的運作方式。4.1. 增修後的MAC層結構如圖 14所示，802.11e除保留原有的DCF與PCF之外，另外新增了混合型協調功能（Hybrid Coordination Function，HCF），其中包含了：q 競爭型通道存取方式加強型分散式通道存取（Enhanced Distributed Channel Access，簡稱EDCA）。q 控制型通道存取方式HCF控制型通道存取（HCF Controlled Channel Access，簡稱HCCA）。並且將PCF設定為實作上可作可不作的選項。由於HCF也提供了類

46、似PCF的控制行通道存取方式- HCCA，其運作也是要仰賴一個類似PC的中央控制點，因此雖然802.11e保留了PCF，但是在實作上802.11e不允許PCF與HCF共存，以避免產生複雜的交互作用問題。圖 14：802.11e增修後的MAC層結構4.2. 傳送機會（Transmission Opportunity, TXOP）802.11e的HCF與原始802.11的DCF/PCF的一個最大的不同點就是：802.11e提出了傳送機會（Transmission Opportunity，簡稱TXOP）的觀念。在原始的802.11標準中，無論是透過競爭（DCF）或是免競爭的方式（PCF），工作站或存

47、取點在取得通道傳輸權之後，就可以利用無線媒介送出一個訊框。而802.11e則規定在HCF的通道存取方式下，取得通道傳輸權的工作站或存取點，等同於取得一個傳送機會，該傳送機會所代表的是一段可以傳送訊框的時間，工作站可在這個時間內傳送一個或多個訊框，直到整段時間用完為止。在傳送機會的時間內，取得傳輸權的工作站是以訊框間隔為SIFS來連續傳輸訊框，再配合NAV值的設定，將使得在傳送機會的時間內該工作站可以不中斷的連續傳送訊框，且幾乎不可能發生碰撞。如果以第3.2節的TSPEC定義來看，在幾乎所有QoS的需求裡，時間都是參數之一，因此802.11e將傳輸權的定義從可傳輸一個訊框轉變成可傳輸一段時間，才

48、能做到符合QoS需求的傳送服務。在802.11e中，TXOP是以32微秒為一個單位。例如一個工作站取得的TXOP值為10，則表示該工作站可以連續傳送320微秒。在HCF的兩種通道存取方式（EDCA與HCCA）中，TXOP值的給定有其不一樣的過程與限制，將分別於下兩節（第4.3節與第4.4節）說明之。4.3. 競爭型通道存取方式加強型分散式通道存取（EDCA）加強型分散式通道存取（Enhanced Distributed Channel Access，簡稱EDCA）可以視為802.11e對原始802.11 DCF競爭型通道存取方式的加強版。其競爭通道傳輸權的方式與原始的DCF類似，都是在偵測到無

49、線媒介開始空閒之後先等一段固定的訊框間隔（IFS）然後再倒數一段隨機後退時間（random backoff time），當隨機後退時間倒數完之後則可以開始傳送訊框（有關DCF運作方式詳見第?章）。EDCA與DCF最大的不同點在於：q 通道的競爭者由工作站轉變為存取類別（Access Category，簡稱AC，見第3.2節），也就是相當於以分類過的資料流為個體來競爭通道傳輸權，如此一來較具即時性且優先權高的資料流便可以較優先取得傳輸權。q 經過競爭後，取得傳輸權的工作站等同於取得一個傳送機會（TXOP，見第4.2節）。一個傳送機會代表了一段可以佔有無線媒介以進行傳輸的時間，取得傳輸權的工作站可

50、以在這段時間內連續傳送一個或多個訊框。在了解EDCA與DCF的不同點之後，接下來讓我們繼續深入去了解EDCA的運作方式。在EDCA模式下，由於通道競爭者是4個存取類別（AC_BK、AC_BE、AC_VI、以及AC_VO），而且為了要讓含有使用者優先權較高的存取類別能較有機會搶到通道傳輸權，因此每個存取類別都有其專屬的訊框間隔時間值以及隨機後退時間的CWmin與CWmax參數。802.11e將此新增的訊框間隔稱之為仲裁訊框間隔（Arbitration IFS，簡稱AIFS）。而以AIFSAC表示屬於存取類別AC的AIFS值。同樣地，存取類別AC所使用的CWmin與CWmax則以CWminAC與C

51、WmaxAC來表示之。在加入AIFSAC以及CWminAC與CWmaxAC之後，原始802.11 DCF的通道競爭方式就形成了EDCA的通道競爭方式，如圖 15所示（可參考第?節的圖?，比較與原始802.11 DCF運作方式的異同）。如同原始DCF的運作，當工作站經過AIFSAC的訊框間隔加上隨機後退時間之後，就取得一段傳送機會的時間，可以以SIFS的訊框間隔開始連續傳送一個或多個訊框。圖 15：EDCA的通道競爭方式AIFSAC的值是以如下的公式運算而得：AIFSAC = AIFSNAC ´ 時槽時間 + SIFS其中，AIFSNAC表示存取類別AC的時槽時間倍數。在802.11e

52、的定義中，存取點與工作站所使用的AIFSNAC 以及CWminAC與CWmaxAC值是不同的。這一點和原始802.11中存取點和工作站都使用相同的DIFS值是不一樣的。802.11e規定給工作站使用的AIFSNAC值必須大於或等於2，而給存取點使用的AIFSN值必須大於或等於1。這有兩種隱含的意義：(1) “工作站所使用的AIFSNAC的值必須大於或等於2”意味著從工作站的角度來看，最快到達的訊框間隔時間等於DIFS，也就是說在同一個QBSS的範圍內，就訊框間隔的大小來說，以EDCA模式傳送的訊框，與原先DCF模式傳送的訊框，其取得通道傳輸的優先權是一樣的。而對於AIFSN值大於2的存取類別來

53、說，其傳輸優先權甚至要比DCF來得低。那麼，802.11e定義這些具有優先順序的存取類別，其意義在哪裡呢？其實，具有高優先權的存取類別仍可以有較高的通道傳輸權，靠的是較短的競爭視窗，也就是較小的CWminAC與CWmaxAC值。表 9是802.11e所規範之EDCA工作站的預設參數值。我們可以很明顯地看到存取類別AC_BE與存取類別AC_BK的AIFSN都是大於2，也就是說他們的傳輸優先權低於使用DIFS的訊框。而存取類別AC_VI與存取類別AC_VO的AIFSN值都等於2，但是他們的CWmin與CWmax值都比原始802.11（也就是表中的aCWmin與aCWmax）的小，也就是說他們仍有較

54、高的機會取得通道傳輸權。(2) “存取點使用的AIFSN值必須大於或等於1”意味著存取點的某些存取類別將較使用DIFS傳送的訊框有絕對的優勢來取得通道傳輸權。表 10列示了802.11e所規範之EDCA存取點的預設參數值。其中存取類別AC_VI與存取類別AC_VO的AIFSN值都等於1，也就是說，對存取點來說，屬於這兩個存取類別的訊框保證比別的存取類別或是使用DIFS的訊框能優先傳送出去。由於這兩個存取類別建議是用來傳送影音資料流，這對於提升影音資料的品質有很大的助益。表 9：EDCA工作站的預設參數值ACCWminCWmaxAIFSNTXOP LimitDS-CCK8Extended Rat

55、e /OFDMOtherPHYsAC BKaCWminaCWmax7000AC BEaCWminaCWmax3000AC VI(aCWmin+1)/2 -1aCWmin26.016ms3.008ms0AC VO(aCWmin+1)/4 -1(aCWmin+1)/2 -123.264ms1.504ms0表 10：EDCA存取點的預設參數值ACCWminCWmaxAIFSNTXOP LimitDS-CCK8Extended Rate /OFDMOtherPHYsAC BKaCWminaCWmax7000AC BEaCWmin4*(aCWmin+1) -13000AC VI(aCWmin+1)/2 -1aCWmin16.016ms3.008ms0AC VO(aCWmin+1)/4 -1(aCWmin+1)/2 -113.264ms1.504ms0除了上述的以存取類別來競爭通道傳輸權的機制外，802.11e在每個存取類別訊框的傳送上，亦加上了一道關卡-允入控制（Admission Control）。網路管理者可以為每個存取類別設定其為需要或不需要允入控制。若工作站想要傳送被設定為需要允入控制的存取類別的資料流時，必須先利用ADDTS的Action管理訊框向存取點註冊該屬於該訊框的TSPEC，以完成允入