WLAN資源調(diào)度——網(wǎng)紅餐廳的調(diào)度秘籍

本篇部分內(nèi)容來(lái)源自世界無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)應(yīng)用發(fā)展聯(lián)盟（WAA）同名白皮書(shū)原文。

在河套IT Talk第100期，我們解讀了WAA在其夏季論壇上發(fā)布的《企業(yè)典型場(chǎng)景高品質(zhì)WLAN網(wǎng)絡(luò)建設(shè)白皮書(shū)》。白皮書(shū)介紹了非常多構(gòu)建高品質(zhì)WLAN的技術(shù)。我們會(huì)通過(guò)幾期展開(kāi)談?wù)勥@個(gè)話(huà)題。之前已經(jīng)聊過(guò)了：《射頻資源管理——無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)竟然也需要紅綠燈管理??？》，以及《獅吼功還有一招大喇叭——覆蓋增強(qiáng)技術(shù)》，今天，咱們就談?wù)勝Y源調(diào)度保障技術(shù)。

調(diào)度這個(gè)詞兒，我們經(jīng)常聽(tīng)到。因?yàn)檎{(diào)度無(wú)非就是在時(shí)間、空間和資源等限制條件下，通過(guò)管理和優(yōu)化，高效地分配和利用可用資源（如時(shí)間、空間或計(jì)算能力），以最優(yōu)化流程完成給定任務(wù)。調(diào)度問(wèn)題可以在各個(gè)領(lǐng)域中找到，包括計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、通信網(wǎng)絡(luò)、制造業(yè)、交通運(yùn)輸、項(xiàng)目管理等。在每個(gè)領(lǐng)域中，調(diào)度算法或策略可能因所管理的具體系統(tǒng)或流程的特定要求和目標(biāo)不同而不同。而今天聊的WLAN也不例外。

為了方便大家的理解，我用一個(gè)餐廳就餐的調(diào)度過(guò)程作比方。想象一家業(yè)務(wù)超級(jí)繁忙的網(wǎng)紅餐廳，外面是一群乘客排著隊(duì)等候就餐。有七八個(gè)朋友一起來(lái)的，有一家四口，有情侶，還有單個(gè)前來(lái)用餐的。別小瞧那些單獨(dú)前來(lái)的，說(shuō)不定其中就潛藏著決定餐廳生死存亡的美食評(píng)論家，他們仿佛是VIP般的存在。餐廳內(nèi)，座位幾乎全滿(mǎn)，但也有一些人不愿意拼桌，導(dǎo)致某些座位被浪費(fèi)。上菜的服務(wù)員們?cè)谶^(guò)道上穿梭，忙得不可開(kāi)交，卻還是不經(jīng)意被顧客打斷，被催促著上菜、加水、買(mǎi)單。服務(wù)員們焦頭爛額，甚至沒(méi)時(shí)間收拾顧客離席后的桌子，被大堂經(jīng)理訓(xùn)斥也是家常便飯。后廚里同樣是一片忙亂，廚師長(zhǎng)迅速做出決策：哪些菜容易做，哪些菜可以集中一鍋燉出多份，哪些菜需要預(yù)先加工。鍋碗瓢盆的聲音不絕于耳，爐灶上不時(shí)冒出火焰，仿佛大家正在經(jīng)歷一場(chǎng)緊張的戰(zhàn)爭(zhēng)，一刻都不敢停歇。

正如這種混亂的餐廳一樣，WLAN的應(yīng)用場(chǎng)景也遇到了這種情況。在工業(yè)園區(qū)、教育培訓(xùn)、智能制造等組網(wǎng)場(chǎng)景，隨著全無(wú)線(xiàn)的普及，新的使用習(xí)慣和流量模型的變化趨勢(shì)也隨之出現(xiàn)，WLAN和上述描述的網(wǎng)紅餐廳的狀況越來(lái)越像：

• 人均終端數(shù)從單一終端轉(zhuǎn)變?yōu)槎嘟K端（人們不是來(lái)吃一碗牛肉面，而是要點(diǎn)很多菜）。

• 應(yīng)用類(lèi)型從單一數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)為主轉(zhuǎn)變成數(shù)據(jù)、音視頻多種業(yè)務(wù)混合（菜的種類(lèi)和制作手法要求也很多種，有炒菜，有燉菜，有涼菜，有蒸菜，還有甜點(diǎn)和果盤(pán)）。

• 并發(fā)的數(shù)據(jù)量大幅度提升（從餐廳外焦急等待的顧客們能真切感受到，由于是網(wǎng)紅餐廳，某些網(wǎng)紅菜品被頻繁點(diǎn)到，儼然成為瓶頸）。

• 數(shù)據(jù)流量的大幅增加，以及不同業(yè)務(wù)對(duì)于時(shí)延，丟包，抖動(dòng)等參數(shù)的敏感性不同，就要求無(wú)線(xiàn)設(shè)備對(duì)無(wú)線(xiàn)空口資源進(jìn)行合理的分配、調(diào)度，以保證不同業(yè)務(wù)的差異化服務(wù)（不能讓顧客排隊(duì)等太久，也不能讓顧客就座了等一個(gè)菜很久，也不能讓第一個(gè)菜都吃完了，第二個(gè)菜還沒(méi)有上……，顧客里有吃的快的，吃的慢的，有性子急的，有不著急還在等朋友的，別忘了，還有VIP客戶(hù)哦）。

在傳統(tǒng)WLAN網(wǎng)絡(luò)中，服務(wù)質(zhì)量QoS（Quality of Service）主要通過(guò)Wi-Fi多媒體技術(shù)WMM（Wi-Fi Multimedia）來(lái)完成優(yōu)先級(jí)業(yè)務(wù)的保障的。通過(guò)將業(yè)務(wù)分成不同的優(yōu)先級(jí)類(lèi)別，然后通過(guò)隨機(jī)退避的機(jī)制來(lái)實(shí)現(xiàn)不同優(yōu)先級(jí)業(yè)務(wù)之間的競(jìng)爭(zhēng)和調(diào)度。但在多用戶(hù)多業(yè)務(wù)場(chǎng)景下，隨機(jī)退避的機(jī)制暴露出來(lái)一些缺點(diǎn)，很難滿(mǎn)足新場(chǎng)景的需求。還是回到前面餐廳的例子會(huì)很好理解。WMM其實(shí)就好比一種完全沒(méi)有排隊(duì)機(jī)制的就餐調(diào)度方式：大家堵在餐廳門(mén)口，類(lèi)似于搶占式，誰(shuí)擠在前面被注意到了，就進(jìn)去就餐，隨機(jī)點(diǎn)將一樣地被選擇顯然是一種極為粗放型的調(diào)度手段，要是人少一點(diǎn)兒勉強(qiáng)說(shuō)得過(guò)去，人多了不打起來(lái)才怪。

同理，當(dāng)多個(gè)終端同時(shí)競(jìng)爭(zhēng)無(wú)線(xiàn)信道資源時(shí)，它們會(huì)在遇到碰撞時(shí)隨機(jī)選擇一個(gè)延遲時(shí)間后再次嘗試發(fā)送數(shù)據(jù)，這樣的競(jìng)爭(zhēng)方式可能導(dǎo)致資源利用率低、時(shí)延較高以及傳輸效率下降。特別是在大量終端同時(shí)競(jìng)爭(zhēng)時(shí)，這種隨機(jī)競(jìng)爭(zhēng)機(jī)制的效率將進(jìn)一步降低，很難滿(mǎn)足新場(chǎng)景對(duì)網(wǎng)絡(luò)性能的需求。

為了解決上述問(wèn)題，以應(yīng)對(duì)復(fù)雜的WLAN場(chǎng)景的多用戶(hù)體驗(yàn)，必須要通過(guò)一系列的調(diào)度技術(shù)：VIP用戶(hù)，帶寬智能分配，業(yè)務(wù)識(shí)別及差異化調(diào)度等。下面，我們就一個(gè)一個(gè)來(lái)講解。

VIP 是指在網(wǎng)絡(luò)中，存在的高優(yōu)先級(jí)類(lèi)別客戶(hù)端，需要對(duì)該類(lèi)用戶(hù)進(jìn)行帶寬保障，這類(lèi)客戶(hù)端的流量需要優(yōu)先保障與調(diào)度。這個(gè)比較好理解，VIP用戶(hù)，不用排隊(duì)，直接被領(lǐng)進(jìn)獨(dú)立包間，或者最佳就餐座位，所有被VIP點(diǎn)的菜，必須最快響應(yīng)，最好的大廚來(lái)親自上陣。

識(shí)別VIP用戶(hù)可以通過(guò)多種方式實(shí)現(xiàn)，其中一種常見(jiàn)的方法是使用特殊的標(biāo)簽或優(yōu)先級(jí)標(biāo)識(shí)。這些標(biāo)簽可以在用戶(hù)設(shè)備或網(wǎng)絡(luò)流量中進(jìn)行標(biāo)記，以便網(wǎng)絡(luò)設(shè)備在數(shù)據(jù)傳輸和資源調(diào)度時(shí)進(jìn)行識(shí)別和優(yōu)先處理。

除了使用QoS標(biāo)記，還可以通過(guò)其他方式來(lái)識(shí)別VIP用戶(hù)，例如使用特定的認(rèn)證方式、MAC地址過(guò)濾或者IP地址分配等。這些方法通常需要網(wǎng)絡(luò)管理員配置，并在網(wǎng)絡(luò)設(shè)備上進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)置。

通過(guò)特殊標(biāo)簽或標(biāo)記，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備可以識(shí)別VIP用戶(hù)，并優(yōu)先處理其業(yè)務(wù)流量，從而保障其在擁擠場(chǎng)景下的網(wǎng)絡(luò)連接質(zhì)量。

帶寬分配，資源保障最主要的目的，是實(shí)現(xiàn)客戶(hù)端的良好體驗(yàn)。在前文提到無(wú)線(xiàn)資源是有限的，如果設(shè)備能夠評(píng)估出一個(gè)可使用資源門(mén)限，一方面減少多設(shè)備間資源競(jìng)爭(zhēng)帶來(lái)的空口浪費(fèi)，另外設(shè)備下的客戶(hù)端能夠在有限資源下，得到一個(gè)合理到資源分配，保障客戶(hù)端的網(wǎng)絡(luò)體驗(yàn)。帶寬分配依賴(lài)于資源評(píng)估算法的支持。資源評(píng)估算法，在網(wǎng)絡(luò)使用過(guò)程中，通過(guò)檢測(cè)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行參數(shù)，如底噪，信道使用率，終端數(shù)目等，來(lái)大致評(píng)估出可使用的網(wǎng)絡(luò)帶寬，網(wǎng)絡(luò)帶寬隨網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行狀態(tài)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)更新，為后續(xù)帶寬分配所使用。

我們?cè)诓蛷d里面經(jīng)?？吹讲宛^根據(jù)桌子的特點(diǎn)把餐桌分為A類(lèi)，B類(lèi)，C類(lèi)，然后分別進(jìn)行調(diào)度排隊(duì)管理，這樣就是典型的一種帶寬智能分配邏輯。

帶寬分配主要包含兩部分資源評(píng)估算法：帶寬分配算法，終端調(diào)度算法。

3.1帶寬分配算法

帶寬分配算法，在多客戶(hù)端場(chǎng)景下，通過(guò)檢測(cè)各個(gè)終端的流量大小與類(lèi)型，可以評(píng)估出終端屬性。帶寬分配算法則跟蹤采集到的數(shù)據(jù)信息，為終端分配合理的帶寬使用門(mén)限。在保障業(yè)務(wù)的前提下，終端不能超過(guò)該門(mén)限值。如果判定存在空閑帶寬情況下，則大流量終端可以搶占空閑帶寬，達(dá)到一個(gè)資源合理分配使用，多客戶(hù)端差異化調(diào)度。

3.2終端調(diào)度算法

終端調(diào)度算法，結(jié)合應(yīng)用識(shí)別技術(shù)，報(bào)文攜帶優(yōu)先級(jí)標(biāo)簽，高優(yōu)先級(jí)類(lèi)報(bào)文可以獲得優(yōu)先轉(zhuǎn)發(fā)調(diào)度，而多客戶(hù)端各自所獲得的有效使用帶寬門(mén)限是確定的，在完成高優(yōu)先級(jí)類(lèi)別調(diào)度時(shí)，保障了業(yè)務(wù)優(yōu)先，同時(shí)多客戶(hù)端帶寬確定下，又完成了多客戶(hù)端的資源保障。

應(yīng)用識(shí)別與調(diào)度保障，在AP 或者無(wú)線(xiàn)控制器上通過(guò)深度包檢測(cè)DPI（Deep Packet Inspection）深入解析和檢查數(shù)據(jù)包中的內(nèi)容、設(shè)備指紋識(shí)別DFI （Device Fingerprinting Identification）識(shí)別連接到網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備類(lèi)型和特征等技術(shù)，可以將終端用戶(hù)的特點(diǎn)、使用的應(yīng)用情況，進(jìn)行精準(zhǔn)細(xì)致的分類(lèi)，通過(guò)配置策略設(shè)定，將給不同類(lèi)別的應(yīng)用、終端類(lèi)型進(jìn)行標(biāo)記，進(jìn)行關(guān)鍵業(yè)務(wù)的優(yōu)先調(diào)度和保障，例如，辦公場(chǎng)景中音視頻會(huì)議為重要業(yè)務(wù)，可以通過(guò)該技術(shù)進(jìn)行識(shí)別并優(yōu)先調(diào)度和保障，從而提升該業(yè)務(wù)使用體驗(yàn)。

如果還用餐廳就餐作為類(lèi)比：DPI就類(lèi)似于顧客點(diǎn)完的菜單解讀，快速識(shí)別每道菜的成分、烹飪方法、烹飪周期，以達(dá)到快速制定菜品的制作策略，比如涼菜先上，甜品要放在最后，周期長(zhǎng)的菜要第一時(shí)間開(kāi)始啟動(dòng)制作等等。DFI就有些類(lèi)似顧客識(shí)別，比如老顧客是不是還是喜歡點(diǎn)老三樣啊，要不要看到這個(gè)顧客在排隊(duì)，后廚就要提前做好某些原材料準(zhǔn)備？

動(dòng)態(tài)速率調(diào)整，WLAN 網(wǎng)絡(luò)使用中，存在多類(lèi)型終端，如Wi-Fi4，Wi-Fi5，Wi-Fi6 等終端可能同時(shí)使用無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的情況，不同類(lèi)型終端在標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議上，約定的最大傳輸速率是確定的，如果網(wǎng)絡(luò)存在干擾或低RSSI 情況下，重傳和丟包較高，則會(huì)進(jìn)行降速，如果系統(tǒng)能夠檢測(cè)空口環(huán)境并統(tǒng)計(jì)選速信息，將終端的選速進(jìn)行一個(gè)區(qū)間調(diào)整，這樣減少高速率出現(xiàn)的丟包與重傳，減少空口競(jìng)爭(zhēng)，從而提升空口使用效率。

還是回到餐廳就餐做類(lèi)比，動(dòng)態(tài)速率調(diào)整，就好比把顧客分為孩子、大人，男人女人，瘦子和胖子等等，不同類(lèi)似的顧客，有的吃得多，有的吃得少，有的吃得快，有的吃得慢。這樣區(qū)分之后，就可以動(dòng)態(tài)調(diào)整供餐的節(jié)奏，避免出現(xiàn)胡子眉毛一把抓的情況。

鏈路優(yōu)化（OFDMA（正交頻分多址）），該項(xiàng)技術(shù)主要是可以通過(guò)在頻域上想多個(gè)客戶(hù)端并發(fā)，提升多用戶(hù)通信時(shí)的效率，具體實(shí)現(xiàn)是將頻段子載波分配給不同的客戶(hù)端進(jìn)行并發(fā)通信，可根據(jù)客戶(hù)端需求劃分資源單元（RU），靈活的RU分配可為多個(gè)客戶(hù)端提供高效的體驗(yàn)速度。

如果類(lèi)比餐廳就餐，鏈路優(yōu)化就是類(lèi)比服務(wù)員們?cè)诓妥乐g穿梭，上菜和端盤(pán)的場(chǎng)景。為了提高效率，服務(wù)員們會(huì)靈活選擇路徑，將相鄰桌子的點(diǎn)餐一并處理，避免反復(fù)穿梭，節(jié)省時(shí)間和體力。這種優(yōu)化策略使得服務(wù)員們?cè)谟邢薜臅r(shí)間內(nèi)能夠服務(wù)更多的桌子，提高了整體效率。

增強(qiáng)型MU-MIMO（Multi-User Multiple-Input Multiple-Output），多用戶(hù)場(chǎng)景下，不同用戶(hù)的業(yè)務(wù)報(bào)文達(dá)到AP 時(shí)間不一致，報(bào)文量也不一樣，導(dǎo)致AP 在轉(zhuǎn)發(fā)業(yè)務(wù)報(bào)文時(shí)不能滿(mǎn)足MU 配對(duì)的要求，通過(guò)增強(qiáng)型MU-MIMO 技術(shù)，AP 進(jìn)行報(bào)文預(yù)處理，增加MU 配對(duì)的成功率，使用MU-MIMO 來(lái)同時(shí)發(fā)送多用戶(hù)的業(yè)務(wù)報(bào)文，以此減少空口發(fā)送的頻次，提升空口資源的利用率，以此來(lái)提升整網(wǎng)的帶寬。

想象一下在繁忙的餐廳中，服務(wù)員們手里都提著滿(mǎn)滿(mǎn)的盤(pán)子準(zhǔn)備上菜。傳統(tǒng)的做法是一個(gè)服務(wù)員一次只能送一道菜到一個(gè)桌子，這樣可能會(huì)導(dǎo)致一些桌子等待時(shí)間較長(zhǎng)。但是，如果服務(wù)員們采用增強(qiáng)型MU-MIMO的策略，他們可以利用雙手同時(shí)送多道菜到不同桌子，這樣能夠減少等待時(shí)間，提高了服務(wù)效率?；蛘咧苯诱{(diào)動(dòng)送餐機(jī)器人，提升送餐的效率。

空口資源聯(lián)合調(diào)度，目前網(wǎng)絡(luò)上的數(shù)據(jù)流量，基于TCP 協(xié)議的數(shù)據(jù)流量的比例達(dá)到了90%以上。多用戶(hù)并發(fā)場(chǎng)景下，上行的TCP ACK 與下行MU-PPDU 數(shù)據(jù)報(bào)文存在較大沖突碰撞概率，會(huì)導(dǎo)致錯(cuò)包丟包。針對(duì)該場(chǎng)景，通過(guò)空口資源聯(lián)合調(diào)度，多用戶(hù)上行業(yè)務(wù)報(bào)文可同一時(shí)刻發(fā)包，降低了空口上下行碰撞的概率，提升了多用戶(hù)的并發(fā)能力。

在餐廳內(nèi)，有些菜品就是受歡迎，顧客的點(diǎn)餐數(shù)量很多，后廚成為制作瓶頸，這個(gè)時(shí)候就可以采取空口資源聯(lián)合調(diào)度的方法。在這種情況下，將同一時(shí)刻點(diǎn)餐的多位顧客的菜品一起提交給廚房，廚師們會(huì)在一次性收到多個(gè)訂單后，做整體規(guī)劃，優(yōu)先處理那些準(zhǔn)備時(shí)間較短的菜品，并采用大份處理，再拆分小份上桌的總體策略，這樣就減少了擁塞的概率，提高了廚房的工作效率，確保每位顧客都能夠及時(shí)享用到美食。

綜上所述，資源調(diào)度保障是現(xiàn)代無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中的一個(gè)關(guān)鍵技術(shù)領(lǐng)域。通過(guò)采用VIP用戶(hù)保障、帶寬智能分配、業(yè)務(wù)識(shí)別及差異化調(diào)度等技術(shù)，無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)不同業(yè)務(wù)的差異化服務(wù)，提升用戶(hù)體驗(yàn)和網(wǎng)絡(luò)效率，提高了網(wǎng)絡(luò)的帶寬利用率和多用戶(hù)并發(fā)能力。這些技術(shù)的不斷創(chuàng)新和優(yōu)化將為未來(lái)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展帶來(lái)更多可能性，滿(mǎn)足不斷增長(zhǎng)的用戶(hù)需求。

好了，今天我們就先聊到這兒，下次我們?cè)賮?lái)談?wù)刉LAN中的無(wú)感漫游技術(shù)。

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