# QoS 服务质量保障

## WiFi QoS 概述

WiFi 的 QoS（Quality of Service）机制确保不同类型的应用流量获得差异化的服务等级。对于语音、视频等实时应用，QoS 至关重要——没有它，一个大文件下载可能让 VoIP 通话变得不可用。

## WMM（Wi-Fi Multimedia）

WMM 是 Wi-Fi Alliance 对 802.11e QoS 功能的认证规范，是目前最广泛部署的 WiFi QoS 实现。

### WMM 四大功能域

| 功能域 | 说明 |
|--------|------|
| QoS 数据帧格式 | 添加 QoS Control 字段 |
| AC（Access Category）优先级 | 4 个优先级队列 |
| TXOP（Transmission Opportunity） | 不同 AC 获得不同的传输机会 |
| PS-Poll / APSD | QoS 感知的省电机制 |

## 访问类别（Access Categories）

WMM 定义了 4 个 AC，每个有不同的参数：

| AC | 名称 | 优先级 | CWmin | CWmax | AIFSN | TXOP limit |
|----|------|--------|-------|-------|-------|-----------|
| VO | Voice | 最高 (3) | 2 | 3 | 2 | 1.5 ms |
| VI | Video | 高 (2) | 4 | 7 | 2 | 3.0 ms |
| BE | Best Effort | 中 (1) | 15 | 31 | 3 | 99 ms |
| BK | Background | 低 (0) | 15 | 1023 | 7 | 99 ms |

### 参数含义

- **CWmin/CWmax**：竞争窗口大小，越小越容易抢到信道
- **AIFSN**（Arbitration Inter Frame Space Number）：在 DIFS 基础上额外等待的时隙数
  ```
  等待时间 = DIFS + AIFSN × slot_time

  VO: 34μs + 2×9μs = 52μs  (最快)
  BK: 34μs + 7×9μs = 97μs  (最慢)
  ```
- **TXOP limit**：一次获得信道后最多连续传输的时间

## DSCP 到 UP 到 AC 的映射

网络流量通过 DSCP（Differentiated Services Code Point）标记，WiFi MAC 层将其映射为 UP（User Priority），再归入 AC：

| DSCP 值 | UP | AC | 典型应用 |
|---------|----|-----|---------|
| 46 (EF) | 0 | VO | VoIP 语音 |
| 34-44 (AF41-AF43, CS5-CS6) | 4-5 | VI | 视频会议、流媒体 |
| 0 (Default), 10 (CS1) | 0-2 | BE | Web浏览、邮件、一般数据 |
| 8 (CS1), 其他低优先级 | 1 | BK | 软件更新、备份 |

### UP（User Priority）字段位置

```
QoS Control Field:
│ TID (3 bits) │ EOSP (1 bit) │ A-MSDU Present (1 bit) │ A-Control (variable) │
│              │              │                        │
└── UP/TID ────┘
```

## Block Ack（块确认）

传统 802.11 每个数据帧都需要一个 ACK，Block Ack 允许批量确认：

### 正常 ACK vs Block Ack

```
正常模式:
Data1 → ACK, Data2 → ACK, Data3 → ACK, Data4 → ACK
(4个ACK帧 = 大量开销)

Block Ack 模式:
BlockAckReq → [Data1, Data2, Data3, Data4] → BlockAck (位图确认)
(1个BA帧 = 显著减少开销)
```

### Block Ack 类型

| 类型 | 说明 |
|------|------|
| Immediate BA | 收到 BA Request 后立即回复 BA |
| Delayed BA | 先回复 BA Ack，稍后发送实际 BA |
| Compressed BA | 使用压缩格式减少开销 |

### Block Ack 位图

```
BlockAck Bitmap (64 bits):
[SSSN][SSSN+1]...[SSSN+63]
   1       1        0        1    ...
   ✓       ✓        ✗        ✓

✓ = 成功接收, ✗ = 需要重传
```

## A-MSDU 与 A-MPDU 聚合

### A-MSDU（Aggregate MSDU）

在 MAC 层将多个 MSDU 聚合成一个大的 MSDU：

```
┌─────────────────────────────────────┐
│         A-MSDU                      │
│ ┌─────────┐ ┌─────────┐ ┌─────────┐│
│ │ MSDU 1  │ │ MSDU 2  │ │ MSDU 3  ││
│ │ (addr+  │ │ (addr+  │ │ (addr+  ││
│ │  data)  │ │  data)  │ │  data)  ││
│ └─────────┘ └─────────┘ └─────────┘│
└─────────────────────────────────────┘
```

- **优势**：减少 MAC header 和 FCS 开销
- **局限**：任何一个 MSDU 出错，整个 A-MSDU 重传

### A-MPDU（Aggregate MPDU）

在 PHY 层将多个 MPDU 聚合成一个 PPDU：

```
┌──────────────────────────────────────┐
│          A-MPDU (PPDU)               │
│ ┌────────┐ ┌────────┐ ┌────────┐    │
│ │MPDU 1  │ │MPDU 2  │ │MPDU 3  │ ...│
│ │+delim+ │ │+delim+ │ │+delim+ │    │
│ │ FCS    │ │ FCS    │ │ FCS    │    │
│ └────────┘ └────────┘ └────────┘    │
└──────────────────────────────────────┘
```

- **优势**：单个 MPDU 出错只需重传该 MPDU
- **推荐**：现代 WiFi 首选 A-MPDU

### 聚合效果对比

| 模式 | 10个1000字节帧的开销 | 效率提升 |
|------|---------------------|---------|
| 无聚合 | ~400 bytes (headers+ACKs) | 基准 |
| A-MSDU | ~80 bytes | ~5x |
| A-MPDU | ~120 bytes | ~3x（更可靠） |

## QoS 配置最佳实践

1. **启用 WMM**：所有现代设备都应启用
2. **正确标记流量**：确保路由器/交换机保留 DSCP 标记
3. **VO 队列调优**：语音流量需要低延迟，适当减少 TXOP
4. **限制 BK 带宽**：防止后台下载占用过多信道时间