Функція DCF з використанням алгоритму RTS/CTS

У відповідності c алгоритмом RTS/CTS кожен вузол мережі, перед тим як послати дані в «ефір», спочатку відправляє спеціальне коротке повідомлення, що називається RTS (Ready To Send) і означає готовність даного вузла до відправлення даних. Повідомлення RTS містить інформацію про тривалість майбутньої передачі і про адресата і доступно усім вузлам у мережі (якщо тільки вони не сховані від відправника). Це дозволяє іншим вузлам затримати передачу на час, рівний оголошеної тривалості повідомлення.

Прийомна станція, одержавши сигнал RTS, відповідає посилкою сигналу CTS (Clear To Send), що свідчить про готовність станції до прийому інформації. Після цього передавальна станція посилає пакет даних, а прийомна станція повинна передати кадр ACK, що підтверджує безпомилковий прийом. Послідовність відправлення кадрів між двома вузлами мережі показана на рисунку 15.5.

Рисунок 15.5 - Взаємодія між двома вузлами мережі
відповідно до алгоритму RTS/CTS

 

Розглянемо ситуацію, коли мережа складається з чотирьох вузлів: A, B, C і D (рис.15.6). Припустимо, що вузол C знаходиться в зоні досяжності тільки вузла A, вузол A знаходиться в зоні досяжності вузлів C і B, вузол B знаходиться в зоні досяжності вузлів A і D, а вузол D знаходиться в зоні досяжності тільки вузла B. Тобто в такій мережі є сховані вузли: вузол C схований від вузлів B і D, вузол A схований від вузла D.

Рисунок 15.6 – Вирішення проблеми схованих вузлів в алгоритмі RTS/CTS

 

У подібній мережі алгоритм RTS/CTS дозволяє вирішити проблему виникнення колізій, що не вирішується за допомогою розглянутого базового способу організації колективного доступу в DCF. Дійсно, нехай вузол A намагається передати дані вузлові B. Для цього він посилає сигнал RTS, що, крім вузла B, одержує також вузол C, але не одержує вузол D. Вузол C, одержавши даний сигнал, блокується, тобто припиняє спроби передавати сигнал до моменту закінчення передачі між вузлами A і B. Вузол B, у відповідь на отриманий сигнал RTS, посилає кадр CTS, що одержують вузли A і D. Вузол D, одержавши даний сигнал, також блокується на час передачі між вузлами A і B.

Використання алгоритму RTS/CTS у визначених ситуаціях може приводити до зниження ефективності використання середовища передачі даних. Приміром, у деяких ситуаціях, можливо таке явище, як поширення ефекту помилкових блокувань вузлів, що в кінцевому рахунку може привести до ступору в мережі. Розглянемо, наприклад, мережу, показану на рисунку 15.7.

Нехай вузол B намагається передати дані вузлові A, посилаючи йому кадр RTS. Оскільки цей кадр одержує також і вузол C, те він блокується на час передачі між вузлами A і B. Вузол D, намагаючись передати дані вузлові C, посилає кадр RTS, але оскільки вузол C заблокований, то він не одержує відповіді і починає процедуру зворотного відліку зі збільшеним розміром вікна. У той же час кадр RTS, посланий вузлом D, одержує і вузол E, що, помилково припускаючи, що за цим піде сеанс передачі даних від вузла D до вузла С, блокується. Однак це помилкове блокування, оскільки реально між вузлами D і C передачі немає. Більш того, якщо вузол F спробує передати дані помилково заблокованому вузлові E і постеле свій кадр RTS, те він помилково заблокує вузол G.

Рисунок 15.7 - Виникнення помилкових блокувань вузлів

 

Описане явище помилкового блокування вузлів може приводити до короткочасного ступору всієї мережі.

 

Функція централізованої координації PCF

Розглянутий механізм розподіленої координації DCF є базовим для протоколів IEEE 802.11 і може використовуватися як у бездротових мережах класу Ad Hoc, так і в мережах класу Infrastructure Mode, тобто в мережах, інфраструктура яких припускає точку доступу. Однак такий метод доступу не завжди забезпечує оптимальні параметри передачі – мінімальну затримку чекання доступу і максимальну пропускну здатність каналу.

Для мереж класу Infrastructure Mode використовується механізм регламентування колективного доступу, відомий як функція централізованої координації PCF. У методі PCF для доступу до каналу передачі потрібна точка доступу, що робить опитування окремих вузлів.

У випадку використання механізму PCF один з вузлів мережі (точка доступу) є центральним і називається центром координації (PC, Point Coordinator). На центр координації покладається задача керування колективним доступом всіх інших вузлів мережі до середовища передачі даних на основі визначеного алгоритму опитування або виходячи з пріоритетів вузлів мережі. Тобто центр координації опитує усі вузли мережі, занесені в його список, і на підставі цього опитування організує передачу даних між усіма вузлами мережі. Важливо, що такий підхід цілком виключає конкуруючий доступ до середовища, як у випадку механізму DCF, і унеможливлює виникнення колізій, а для додатків реального часу гарантує пріоритетний доступ до середовища. Таким чином, PCF може використовуватися для організації пріоритетного доступу до середовища передачі даних.

Функція централізованої координації не заперечує функцію розподіленої координації, а скоріше, доповнює її. Фактично в мережах з механізмом PCF реалізується як механізм PCF, так і традиційний механізм DCF. Протягом визначеного проміжку часу реалізується механізм PCF, потім – DCF, а потім усе повторюється заново.

Для того щоб мати можливість чергувати режими PCF і DCF, необхідно, щоб точка доступу, що виконує функції центра координації і реалізує режим PCF, мала б пріоритетний доступ до середовища передачі даних. Це можна зробити, якщо використовувати конкурентний доступ до середовища передачі даних (як і в методі DCF), але для центра координації дозволити використовувати проміжок чекання, менший DIFS. У цьому випадку якщо центр координації намагається одержати доступ до середовища, то він очікує (як і всі інші вузли мережі) закінчення поточної передачі і, оскільки для нього визначається мінімальний режим чекання після виявлення «тиші» в ефірі, першим одержує доступ до середовища. Проміжок чекання, обумовлений для центра координації, називається PIFS (PCF Interframe Space), причому SIFS < PIFS < DIFS.

Режими DCF і PCF поєднуються в так званому суперфреймі, що утвориться з проміжку бесконкурентного доступу до середовища, називаного CFP (Contention-Free Period), і наступного за ним проміжку конкурентного доступу до середовища CP (Contention Period) (рис. 15.8).

Суперфрейм починається з кадра-маячка (beacon), одержавши який усі вузли мережі припиняють спроби передавати дані на час, обумовлений періодом CFP. Кадри маячки несуть службову інформацію про тривалість CFP-проміжку і дозволяють синхронізувати роботу усіх вузлів мережі.

Під час режиму PCF точка доступу опитує усі вузли мережі про кадри, що стоять у черзі на передачу, посилаючи їм службові кадри CF_POLL.

Рисунок 15.8 - Об'єднання PCF і DCF в одному суперфреймі

Опитувані вузли у відповідь на одержання кадрів CF_POLL посилають підтвердження СF_ACK. Якщо підтвердження не отримано, то точка доступу переходить до опитування наступного вузла.

Крім того, щоб мати можливість організувати передачу даних між усіма вузлами мережі, точка доступу може передавати кадр даних (DATA) і сполучати кадр опитування з передачею даних (кадр DATA+CF_POLL). Аналогічно вузли мережі можуть сполучати кадри підтвердження з передачею даних DATA+CF_ACK (рис. 15.9).

Рисунок 15.9 - Організація передачі даних між вузлами мережі в режимі PCF

 

Допускаються наступні типи кадрів під час режиму PCF:

– DATA – кадр даних;

– CF_ACK – кадр підтвердження;

– CF_POLL – кадр опитування;

– DATA+CF_ACK – комбінований кадр даних і підтвердження;

– DATA+CF_POLL – комбінований кадр даних і опитування;

– DATA+CF_ACK+CF_POLL – кадр даних, підтвердження й опитування;

– CF_ACK+CF_POLL – кадр підтвердження й опитування.

Керування МАС відіграє центральну роль на бездротовій станції, оскільки контролює усі функції, пов'язані з інтеграцією системи. Визначено наступні функціональні групи.

Синхронізація. До неї відноситься функція підтримки пошуку бездротової локальної мережі, синхронізації таймерів вузлів і генерації сигналів- маяків.

Роумінг. Для забезпечення переходу мобільних робочих станцій із зони дії однієї точки доступу до іншої у бездротових мережах передбачені спеціальні процедури сканування (активного і пасивного прослуховування ефіру) і приєднання (Association), однак суворих специфікацій по реалізації роумінгу стандарт IEEE 802.11 не передбачає.

Забезпечення безпеки

Для захисту WLAN стандартом IEEE 802.11 передбачений цілий комплекс заходів безпеки передачі даних під загальною назвою WEP (Wired Equivalent Privacy). Він включає засоби протидії несанкціонованому доступові до мережі (механізми і процедури аутентифікації), а також запобігання перехоплення інформації (шифрування).

Керування живленням

Для економії енергоресурсів мобільних робочих станцій, використовуваних у бездротових локальних мережах, стандартом IEEE 802.11 передбачений механізм переключення станцій у так званий пасивний режим з мінімальним споживанням потужності.

Стандарт IEEE 802.11a

Стандарт IEEE 802.11a є найбільш "широко-полосним" із сімейства стандартів IEEE 802.11, передбачаючи швидкість передачі даних до 54 Мбіт/з (редакцією стандарту, затвердженої в 1999 р., визначені три обов'язкових швидкості - 6, 12 і 24 Мбіт/з і п'ять необов'язкових - 9, 18, 36, 48 і 54 Мбіт/с).

На відміну від базового стандарту, орієнтованого на діапазон частот 2,4 ГГц, специфікаціями IEEE 802.11а передбачена робота в діапазоні 5 ГГц. Як метод модуляції сигналу обране ортогональне частотне мультиплексування OFDM (Ortogonal Frequency Division Multiplexing). Найбільш істотне розходження між цим методом і радіо технологіями DSSS і FHSS полягає у тому, що OFDM припускає рівнобіжну передачу корисного сигналу одночасно по декількох частотах діапазону, у той час як технології розширення спектра передають сигнали послідовно. У результаті підвищується пропускна здатність каналу і якість сигналу.

До недоліків IEEE 802.11а відносяться більш висока споживана потужність радіопередавачів для частот 5 ГГц, а так само менший радіус дії (устаткування для 2,4 ГГц може працювати на відстані до 300м, а для 5 ГГц - близько 100м).

Стандарт IEEE 802.11b

Завдяки високій швидкості передачі даних (до 11 Мбіт/с), практично еквівалентної пропускної здатності звичайних провідних локальних мереж Ethernet, на частоті 2,4 ГГц, стандарт IEEE 802.11b завоював найбільшу популярність у виробників устаткування для бездротових мереж.

В остаточній редакції стандарт IEEE 802.11b, відомий також як Wi-Fi (Wireless Fidelity), був прийнятий у 1999 р. У якості базової радіотехнологіі в ньому використовується метод DSSS з 8- розрядними послідовностями Уолша.