Padrão WLAN IEEE 802.11

Esta é uma pré-visualização de arquivo. Entre para ver o arquivo original

Clique para editar o estilo do título mestre
Clique para editar o estilo do subtítulo mestre
*
WLAN - MAC
Prof Jordan 
*
IEEE 802
*
Evolução do padrão 802.11
Grupo de trabalho teve início em 1980 em fevereiro, razão do número 802 (ano 80 mês 2)
Primeira versão 802.11 saiu em 1997
Revisão em 1999 e geração de dois suplementos 11b e 11a
Em 2003 foi aprovado o 11g
Próximo passo será a interface 11n
*
Família 802.11
802.11 – Padrão original – 1 e 2 Mbps – 1997
802.11a – Suplemento – 54 Mbps em 5 GHz – 1999
802.11b – Suplemento – 11 Mbps em 2,4 GHz – 1999
802.11d – Alterações para atender outras regiões – 2001
802.11e – Melhora da MAC para prover QoS
802.11f – Comunicação inter-access point
802.11g – Suplemento – 54 Mbps em 2,4 GHz – 2003
802.11h – Ajustes na 11a para atender requisitos da Europa
802.11i – Melhoras em segurança
802.11j – Ajustes para atender requisitos do Japão
802.11k – Melhora no gerenciamento
802.11m – Trabalho geral de atualização
802.11n – Nova proposta para 108 Mbps (já disponível)
*
Pilha de Protocolos
A arquitetura da WLAN é melhor descrita pela pilha de protocolos que organiza as funções básicas de funcionamento;
As camadas de 3 para cima são independentes da arquitetura da rede;
Assim o padrão 802.11 trata da MAC e do PHY.
*
Pilha de Protocolo Comparada com OSI e Escopo da 802
*
Application
Presentation
Session
Tranport
Network
LLC
MAC
PHY
}
}
LLC especificada pela 802.2
MAC especificada pela 802.11
Não existe nenhuma 
função da 802.11
Sub-divisão da Camada Data Link
802.11
*
Camadas 802.11
Camada Física – Layer 1
Essencialmente trata da parte rádio
Camada Data Link – Layer 2
Essencialmente trata da parte de criação dos frames e controle da rede
*
Fluxo de Dados Modelo Internet e 802
IP
TCP ou UDP
*
A camada física é sub-dividida para atender funções específicas.
Sub-divisão da Camada Física
MAC frame
PLCP
Constrói o Frame para ser transmitido
PLCP frame
PMD
Preparação para transmissão ou recepção
PMD frame
MAC layer
PHY layer
*
Exemplo de Comunicação
*
Arquitetura da 802.11
*
Formação do Frame Internet
*
A
B
C
D
A transmite
D
C
A
B
B transmite
MAC da 802.11
Tempo
As estações
usam a
mesma faixa
de frequência
tanto para
transmitir 
quanto
receber
*
Formação do MAC Frame na Internet
Na MAC é formado um frame
Cada camada insere cabeçalho
A MAC passa dados e recebe dados da camada PHY
Muito tempo é gasto em informação de controle
Baixo desempenho em função da simplicidade da MAC
*
Frame formado pela PLCP para 802.11 e 802.11b
*
MAC Frame
A MAC recebe da LLC layer 
O MAC frame
A MAC é composta de campos
*
MAC da 802.11
A MAC cobre três funções
Confiabilidade na entrega dos dados
*
NAV:
Espera 
TEMPO
*
Aguarda Quadro para Transmitir.
Meio Livre?
Espera DIFS
Aguarda até a TX acabar
Transmite
frame
Aguarda backoff Exponencial
Transmite
frame
Lógica da MAC
Acesso na
Base de
Espera 
Sim
Não
Sim
Não
Sim
Não
*
Procedimento de Backoff
Sequência de transmissão de várias estações utilizando o procedimento de backoff
TEMPO
SIFS+ACK+DIFS
*
31
63
127
255
511
1023
1023
CW min
CW max
Janela de Competição Variável
Slot 20s
620s
1,2ms
2,4ms
4,9ms
20ms
10,22ms
*
Existem os seguintes tipos de MAC
DCF – Distribution Coordination Function
PCF – Point Coordination Function (não implementada)
MAC da 802.11
*
DIFS
DIFS
SIFS
Backoff window
Busy
Mdium
Next frame
Contention window
Slot Time
Seleção de slot usando binary exponential backoff
Defer
access
Time
(a) Método de Acesso Básico
Temporização da MAC
*
Estação Escondida
Posição das estações afeta rede
*
RTS/CTS – Troca de Mensagens
Pedido para transmitir
*
Ajuste RTS/CTS
Seqüência RTS/CTS
*
Fragmentação
Dividir para não perder todos os frames
Nesta sessão será tratada a MAC da WLAN. MAC significa Medium Aceess Control, ou seja, controle de acesso ao meio. Na MAC está o algoritmo que organiza a comunicação entre os dispositivos da rede compartilhando o meio de transmissão, que no caso é o espaço (embora comumente nos referimos ao ar como meio de transmissão). Esta MAC da WLAN é praticamente a mesma para qualquer interface aérea 11b, 11g ou 11a. Ou seja, a evolução das WLAN se caracteriza por utilização de estratégias para aumento de taxa de transmissão. Assim, a MAC permanece praticamente inalterada desde 1997. O objetivo aqui é entender o mecanismo que permite com que várias estações se comuniquem de forma organizada. Porém, vale ressaltar desde o início que em função da forma descentralizada que foi utilizada para desenvolver esta MAC existe uma grande perda de eficiência. Este é o preço para obtenção de um sistema simples.
O trabalho no comitê IEEE 802 especificamente em WLAN se iniciou em 1987 com o grupo 802.4
O objetivo era utilizar a banda de ISM (Industrial Scientific em Medical band), que não necessita de licença
A primeira idéia era utilizar a topologia token-passing bus para o protocolo MAC
Concluiu-se que não era adequado
Em 1990 foi formado um novo grupo denominado 802.11, especificamente voltado para desenvolver WLAN
A próxima tabela define brevemente os termos chaves utilizados no padrão IEEE 802.11
A figura da transparência foi retirada do padrão 802.11b e mostra que a interface aérea 802.11 faz parte de uma família de interfaces de rede que aderem totalmente com a pilha de protocolo TCP/IP. Ou seja, estas interfaces de rede não necessitam de nenhuma forma de adaptação para trabalhar com aplicações que utilizam o TCP/IP uma vez que foram desenvolvidas para suportar inteiramente este protocolo. O padrão 802.2 é o elemento de interface entre o layer 3 (IP) com o layer 2 (Data Link Layer onde está a MAC). Observar esta poderosa forma de organização que deixa o TCP/IP totalmente independente do tipo de interface de rede. Entretanto, existem peculiaridades das interfaces sem fio que afetam diretamente o desempenho das aplicações. O surgimento de uma rede independente 802.11 com a difusão do WiFi não corresponde a expectativa inicial deste tipo de rede que era considerada uma complementação das redes cabeadas. Assim, várias questões do WiFi ainda hoje estão em aberto com esta enorme invasão observada nos últimos anos, caracterizando uma rede totalmente independente para atender locais públicos. Daí a importância em identificar este novo papel de aplicação deste tipo de rede principalmente em ambientes públicos caracterizando redes PWLAN que possuem de fato características próprias em função de permitir mobilidade dos usuários. Esta condição também foi forçada pelo surgimento de novos dispositivos portáteis. 
O grupo 802 vem se reunindo desde fevereiro de 1980. Esta é razão pela utilização deste número que indica simplesmente o mês da primeira reunião deste grupo. As redes sem fio vêm sendo estudadas desde a década de 80, entretanto uma MAC para este tipo de rede somente foi definida em 1997. As tentativas anteriores não obtiveram sucesso em função da falta de consenso entre os participantes das reuniões. Portanto, o que foi definido em 1997 foi um consenso quanto a MAC, ou seja, a forma como as estações compartilhariam o meio. Neste primeiro padrão de WLAN foram especificadas as taxas de 1 e 2 Mbps. Nesta primeira versão foram estabelecidas três interfaces aéreas diferentes: infravermelho, frequency hopping e direct sequence. Estas duas últimas utilizam a freqüência de 2,4 GHz. Entretanto somente a interface aérea utilizando direct sequence recebeu novas versões. Assim, aqui somente trataremos desta interface aérea.
Porém, estas interfaces aéreas de 1997 não obtiveram de imediato o sucesso que observamos hoje uma vez que não existia compatibilidade entre as implementações dos fabricantes de equipamentos. Esta compatibilidade somente surgiu bem mais tarde com surgimento
do WiFi, que é um símbolo que significa a capacidade de interoperabilidade entre fabricantes diferentes. 
Em 1999 foi padronizada a 11b que acrescentou as taxas de 5,5 e 11 Mbps. Esta nova versão manteve total compatibilidade com a versão original de 1 e 2 Mbps. Assim, a partir de 1999 surgiu uma interface aérea efetivamente poderosa com taxa bruta bastante elevada e com possibilidade de interoperabilidade. Também em 1999 foi introduzida uma interface denominada 11a operando na faixa de 5 GHz. A interface 11a por operar em uma freqüência totalmente diferente não guarda nenhuma compatibilidade com a interface 11b.
Em 2003 foi introduzido o padrão 11g que elevou a taxa máxima para 54 Mbps e manteve compatibilidade total com a interface 11b.
O próximo passo será a interface 11n que ainda não foi padronizada, ou seja, não existe disponível o padrão para implementação pelos fabricantes. Como aconteceu com a interface 11g, antes da disponibilização oficial do padrão alguns fabricantes lançam versões proprietárias com estas novas características. Mas deve ficar claro que não existe interoperabilidade para obter estas novas taxas mais altas. Ou seja, caso os dispositivos não sejam do mesmo fabricante as taxas oferecidas não serão aquelas mencionadas pelo produto e sim 11g.
Além das interfaces aéreas existem vários outros grupos de trabalho atendendo diversos aspectos desta família. Aqui fixaremos nossa atenção na MAC, que como já foi dito é a mesma desde 1997 apenas com pequenas alterações, principalmente no que se refere a temporizações. A interface que mais altera a MAC seria a 11e que estabelece critérios para introdução de qualidade de serviço. Entretanto a implementação destas alterações exige que as interfaces de redes atualmente existentes sofram upgrade. Esta operação não é simples uma vez que existem milhões de dispositivos sendo portanto uma tarefa bastante difícil implementar uma política de qualidade de serviço. Mas esta deverá ser uma das tarefas futuras a ganhar atenção dos implementadores de rede 802.11. De forma geral a evolução se dará com o aumento da taxa, que de certa forma compensa a falta de uma política de qualidade de serviço.
As redes 802.11 são totalmente aderentes à pilha de protocolo TCP/IP, como já mencionado. Na verdade o desenvolvimento das soluções de rede 802 são para atender a necessidade de transmissão de dados. Nesta sessão de estudo o propósito será estudar os mecanismos que permitem o convívio entre os diversos usuários. Analisar sob a ótica da pilha de protocolo será útil pois é importante entender que uma WLAN nada mais é que uma rede onde se concentra a comunicação para ligar na rede cabeada. O elemento principal é o Access Point (AP), que é somente mais um elemento da rede na versão implementada do padrão 802.11, denominada DCF (Ditributed Coordination Function). Este será o modo de operação estudado aqui. Os padrões do grupo 802 somente cuidam das camadas 1 e 2 do modelo OSI. Mas como já vimos o objetivo da 802.11 especificamente é tratar da MAC e da camada física (PHY).
Nesta transparência é possível identificar a pilha de protocolo OSI de referência. Não vamos aqui tratar das funções da pilha OSI. Somente é interessante observar que a pilha de protocolo TCP/IP possui somente 4 camadas, sendo a mais utilizada. Por uma questão de detalhamento a pilha de protocolo TCP/IP dividiu a camada de conexão de rede em Data Link e Physical, como é feito no OSI. Com esta adoção de duas camadas a pilha de protocolo TCP/IP é tratada como tendo 5 camadas. Adotaremos aqui esta notação, nos concentrando na MAC da 802.11 nesta sessão de estudo e nas interfaces aéreas na próxima sessão.
Nesta transparência é feito um detalhamento da Data Link Layer com um separação entre LLC e MAC. Lembrando o que estabelece a especificação das redes 802 temos a Logical Link Control especificada pela 802.2, sendo portanto comum a qualquer rede de acesso 802. Em seguida na Data Link layer temos a MAC que é específica para cada tipo de rede. Por exemplo, para a Ethernet nossa velha conhecida o padrão que estabelece como se organiza a rede é o 802.3. Nós aqui estudamos o padrão 802.11 de redes WLAN existindo outras redes sem fio especificadas para ambientes pessoais como a 802.15 para redes WPAN e 802.16 para redes WMAN. Esta última será vista mais a frente neste curso.
Camada Física – Layer 1
Modulação e demodulação
Codificação e decodificação do sinal
Geração e remoção do preâmbulo
Transmissão e recepção dos bits
A princípio não seria especificada a camada física, porém, em função da complexidade e das especificidades da transmissão sem fio foram acrescentadas estas características
Ajuste de potência
Camada Data Link – Layer 2
Transmissão e Recepção de frame - formatar os dados em frames com endereço e campo de detecção de erro
Funções de acesso
Interface com as camadas superiores
O que nos interessa é o controle de acesso ao meio MAC que é feito de forma descentralizada denominada DCF
A próxima figura mostra o fluxo de dados considerando a pilha de protocolo da Internet e a localização da WLAN
Nesta figura já utilizamos a pilha de protocolo TCP/IP com as 5 camadas. Considerando dois computadores (PC A e PC B) temos uma montagem da pilha com a clara identificação das funções das duas primeiras camadas como de conexão entre os dois computadores. Neste caso específico estaríamos ligando diretamente dois micros como se fosse um cabo cross de rede ethernet. É possível realizar este tipo de ligação que é denominada modo adhoc. Entretanto a forma como vamos tratar a rede será através de um elemento central chamado ponto de acesso que se constitui em um elemento central do ponto de vista de localização e concentração das conexões. Entretanto, como veremos não existe nenhum privilégio deste elemento quanto a prioridade de comunicação, sendo somente mais um elemento da rede.
A camada física é sub-dividida em duas camadas:
Physical Layer Convergence Procedure (PLCP) 
Na transmissão formata o frame para transmissão para passar para a PMD 
Na recepção faz o sentido inverso. Tem como função “escutar” o meio
O frame do PLCP é composto por três partes:
Preâmbulo – tem por objetivo sincronizar e delimitar o frame
Cabeçalho – passa a informação sobre a transmissão, como taxa de transmissão, serviço, comprimento e checagem de erro de cabeçalho
Dados – dados propriamente dito que pode variar de 1 a 16.384 bits
Interessante é que o preâmbulo e o cabeçalho são transmitidos na taxa de 1Mbps, permitindo que tenha um alcance maior para atingir aquelas estações que trabalham em taxas menores
A próxima figura mostra, como exemplo, o frame da PLCP para a 802.11 e 802.11b
Observar a taxa de transmissão de 1Mbps no preâmbulo e no cabeçalho
Physical Medium Dependent (PMD) – faz a transmissão e recepção 
 Realiza as tarefas relacionadas com radiofrequência que são modulação e demodulação, espalhamento espectral e amplificação de sinal de RF.
Nesta figura fica fácil de verificar a função do ponto de acesso na conexão entre um computador que está localizado na rede sem fio e outro que está conectado na rede Ethernet. Observar que o AP somente faz a interface entre a rede sem fio e a rede cabeada. Outro aspecto importante é que não existe nenhuma função das camadas superiores estabelecida no padrão 802.11. Porém, os pontos de acesso atualmente possuem várias funções de camadas superiores, como por exemplo DHCP. Entretanto não é esta uma função do elemento de conexão que é o AP. Todos os APs possuem um endereço IP e um web server para ser acesso para configuração das funções do AP. Este endereço IP não tem nenhuma outra função na rede além de configuração e não afeta em nada a parte de endereçamento da rede.
A arquitetura das redes WLAN são feitas considerando grupos de estações juntas formando um Basic Service Set (BSS). Observe a formação deste aglutinado de estações em duas regiões diferentes como mostrado na figura do slide. A função do AP seria ligar em um elemento lógico denominado Distribution
System (DS) que interligaria os BSS e também ligaria a rede cabeada, como por exemplo uma rede Ethernet. Este conjunto todo é denominado de Extend Service Set (ESS). Entretanto, na prática os AP se ligam diretamente com a rede cabeada, sendo esta rede na sua enorme maioria uma rede Ethernet. Ou seja, a função DS na verdade não existe como estabelecido no padrão 802.11. Aliás, esta é uma outra característica importante de ser observada nas redes 802 que é a implementação de parte da especificação e não de toda a especificação. As redes existentes praticamente fazem com que a BSS seja uma ESS. Somente em implementações proprietárias exista de fato este elemento lógico denominado DS. Esta é uma grande fragilidade da implementação das WLAN pois o DS permitiria a comunicação entre os APs de uma ESS que facilitaria por exemplo a mudança de entre APs por estações que estivessem móveis. Hoje quando um dispositivo passa de um AP para outro existe a queda da conexão do AP antigo e a retomada em um AP novo.
O trabalho no comitê IEEE 802 especificamente em WLAN se iniciou em 1987 com o grupo 802.4
O objetivo era utilizar a banda de ISM (Industrial Scientific em Medical band), que não necessita de licença
A primeira idéia era utilizar a topologia token-passing bus para o protocolo MAC
Concluiu-se que não era adequado
Em 1990 foi formado um novo grupo denominado 802.11, especificamente voltado para desenvolver WLAN
A próxima tabela define brevemente os termos chaves utilizados no padrão IEEE 802.11
Distribuição de mensagens dentro de uma DS – são previstos dois serviços:
Distribuição utilizada para trocar frames com a MAC quando o frame deve atravessar o DS entre BSSs, permitindo a comunicação entre estações de diferentes BSSs
Integração faz a transferência de dados entre uma estação da 802.11 e uma estação integrada numa LAN 802.x qualquer, permitindo um serviço de conexão lógica 
Serviços de Associação que fornece informações sobre as estações dentro de uma ESS
No transition: não existe transição
BSS transition: movimento de uma estação entre uma BSS e outra BSS dentro de uma mesma ESS. Existe necessidade de capacidade de endereçamento para reconhecer a nova localização da estação.
ESS trasition: movimento de uma estação entre uma BSS de uma ESS para outra BSS de outra ESS. Não é garantida a manutenção da conexão das camadas superiores
Serviços de Associação (continuação)
Associação: estabelece uma associação inicial entre a estação e o AP. O AP pode comunicar para outros APs dentro do ESS para facilitar roteamento
Reassociação: permite uma associação já estabelecida ser transferida de um AP para outro, pemitindo a mobilidade de uma BSS para outra
Desassociação: notificação de uma estação ou um AP que uma associação foi terminada
Serviços de acesso e privacidade
Authentication: utilizado para identificar as estações
Deauthentication: este serviço é invocado se existe uma autenticação a ser terminada
Privacy: utilizado para proteger mensagens (WEP)
Nesta transparência é possível observar que a cada camada da pilha de protocolo TCP/IP são adicionados cabeçalhos com informações de controle utilizadas por cada camada da pilha de protocolo. Esta independência entre as camadas de protocolo é uma das marcas da pilha de protocolo criando assim um cenário de possibilidade de alteração de cada camada sem a necessidade de alteração das demais. Entretanto paga-se um preço alto por esta independência com a perda de banda. Outro ponto interessante se compararmos com redes de telecomunicações que em geral separam a parte de controle e a parte de informação. No mundo TCP/IP não existe uma separação formal entre estes dois mundos. 
Para entender a MAC da 802.11 o primeiro passo é saber que numa rede WLAN somente uma estação transmite de cada vez. Antes de transmitir a estação “escuta o meio”, ou seja, antes de transmitir toda estação através do receptor verifica se alguma outra estação está transmitindo. Se duas estações da rede transmitirem ao mesmo tempo vai existir colisão e portanto as informações transmitidas pelas duas estações serão perdidas. Este é o mesmo procedimento adotado pela Ethernet. Entretanto na Ethernet a placa de rede é capaz de transmitir e receber ao mesmo tempo. Assim, é possível detectar que houve uma colisão. Este tipo de MAC é chamada de CSMA/CD (Carrier Sense Mutiple Access/Colision Detection).
Na WLAN não é possível transmitir e receber ao mesmo tempo. Ou a estação está transmitindo ou está recebendo. Existe uma chave ligada na antena em que somente uma das operações é realizada de cada vez. Esta condição é explicada pela utilização de somente uma faixa de frequência tanto para transmitir quanto receber. Este tipo de sistema de comunicação é denominado como sendo TDD (Time Division Duplexing) e está mostrada na figura.
Sistemas celulares possuem um outro sistema denominado FDD (Frequency Dividion Duplexing), fornecendo uma faixa de frequencia para comunicação em um sentido e outra faixa para comunicação no outro sentido. Neste caso não existe a possibilidade de colisão entretanto são necessárias duas faixas de frequência.
A MAC forma frames que são sequências de bytes com informações de controle e também informação útil que está sendo transmitida entre os computadores. Existe uma grande perda de tempo no envio de informações de controle. Isto pode ser traduzido em perda de banda de transmissão, ou seja, baixa eficiência na utilização do espectro de radiofrequência.
Quando a MAC passa o frame para a PHY layer ou recebe, esta camada vai acrescentar informações para sincronismo e controle da transmissão
Na camada física é formado um frame que depois será modulado. Este frame é formado na PLCP (Physical Layer Convergence Protocol). Sua função é colocar um cabeçalho que é dividido em duas partes:
Preâmbulo – onde com as informações necessárias para a sincronização e delimitar o início do cabeçalho
Cabeçalho – com as informações de taxa que será utilizada na transmissão dos dados, o tipo de serviço, o tamanho, ou seja, a quantidade de bits e o campo para checar se houve erro na transmissão.
O mais importante a ser observado é que o preâmbulo e o cabeçalho são transmitidos a baixas taxas. Ou seja, a taxa utilizada tem que ser a menor taxa presente na rede. Esta é uma necessidade básica do CSMA/CA uma vez que todas as estações devem receber estas informações para que não exista colisão. Em função desta necessidade é que a eficiência da rede diminui após a camada MAC.
A MAC layer recebe um bloco de dados da LLC layer e é responsável pela função relacionada ao acesso ao meio
A PDU é referenciada como o MAC frame
Campos do MAC frame:
MAC control: pode indicar prioridade
Endereço de destino MAC
Endereço de origem MAC
Dados
CRC: cyclic redundancy check – campo com seqüência de checagem
O controle de acesso ao meio se diferencia do CSMA/CD (Carrier Sense Multiplo Access/Colligion Detection) utilizado pela Ethernet
No caso da Ethernet é possível identificar uma colisão como mostrado nas próxima
No caso de WLAN este tipo de técnica não é possível pela incapacidade de detectar a colisão na transmissão rádio de duas estações
A MAC cobre três funções
Confiabilidade na entrega dos dados
Controle de acesso
Segurança
Confiabilidade na entrega dos dados
Sujeito as intempéries do meio de transmissão
Embora em camadas superiores (por exemplo TCP) pode-se resolver problemas de erro, em geral leva tempo justificando ações na camada MAC
A MAC utiliza um acknowledgment (ACK) por parte da estação receptora. Caso não aconteça o ACK existe a retransmissão
Existe outra forma para garantir a comunicação utilizando o RTS (Request to Send) e o CTS (Clear to Send). Este protocolo garante a transmissão da estação
A figura mostra um processo de transmissão onde uma estação espera DIFIS e depois um tempo aleatório. Ao fim deste período a estação sente o maio, ou seja, utiliza o receptor para avaliar se existe alguma outra estação transmitindo. Caso não exista nenhuma
transmissão de outra estação a estação transmite os dados. A estação que recebeu os dados transmitidos após o SFIS um ACK que confirma o recebimento correto dos dados. Caso este ACK não chegue na estação que transmitiu os dados esta repete a transmissão. As outras estações durante este processo ficarão aguardando o término de todo este processo e utiliza uma variável para armazenar a informação de quanto tempo a rede ficará ocupada. Este variável se chama NAV (Network Allocation Vector). Assim, não existe a possibilidade de outra estação transmitir durante este intervalo de tempo em que os dados são enviados e o ACK é retornado.
A figura acima mostra o algoritmo utilizado pelo CSMA/CA para realizar a transmissão dos dados.
Considerando que uma estação acabe de ser ligada e deseja transmitir dados, a primeira providência é “escutar” o meio.
Se o meio estiver livre a estação aguarda um certo tempo e escuta o meio novamente. Caso continue vazio a estação transmite.
Caso o meio esteja ocupado a estação aguarda o fim da transmissão atual.
Após o término da transmissão a estação aguarda um tempo fixo DIFS e se o meio continuar livre é escolhido um valor aleatório dentro de uma janela de escolha. Este valor é multiplicado por um slot de tempo e gera um valor de tempo adicional de espera. Caso ao final deste tempo aleatório não exista nenhuma estação transmitindo a estação transmite os dados. Caso contrário volta a esperar o tempo DIFS e o restante do tempo da janela de backoff.
Nesta figura é possível avaliar a atividade de 5 estações transmitindo seus dados. O sistema começa com uma estação A transmitindo um frame. Ao término deste frame todas as estações esperam o SIFS + ACK + DIFS. Neste momento das estações que possuem dados para serem transmitidos escolhem tempos aleatórios, que na figura claramente pode ser visto que a estação C possui um tempo menor em segundo a estação D e em seguida a estação B. Após decrementar o valor de backoff a estação C sente o meio e verifica que nenhuma outra estação está transmitindo e ai sim transmite seus dados. Ao final da transmissão da estação C todas as estações aguardam SIFS+ACK+DIFS. Observe que neste momento a estação E tem dados para serem transmitidos. Todos os tempos de backoff são decrementados e a estação D chegará primeiro ao fim deste período e fará a transmissão. No próximo intervalo a estação E transmite e somente por último a estação B transmite. Este exemplo é ilustrativo e a injustiça com a estação B em média não existe para um grande período de tempo de observação.
O mecanismo de backoff mantém a estabilidade e utiliza uma técnica de binary exponencial backoff.
Para acessar o meio a estação deve necessariamente esperar um tempo fixo denominado DIFS e um tempo aleatório escolhido dentro de uma janela que possui um tamanho variável. O menor valor para a janela é de 31, denominado CWmim, e valor máximo de 1023, denominado CWmax. O número escolhido é multiplicado por um tempo de slot, que no caso da 11b vale 20 s. Na figura é possível avaliar os valores de espera. Esta técnica faz aumentar a janela para escolha do tempo aleatório de retransmissão quando existe colisão ou o meio é encontrado ocupado. Este método serve para comportar tráfego mais intenso. Caso não fosse utilizado existiria mais colisão. Este processo é denominado de Collision Avoidance.
Caso o meio fique com tráfego menos intenso a janela volta a diminuir
Valores para o IFS (Interframe Space)
SIFS (Short IFS) – utilizado para respostas rápidas – para 11b vale 10 s
DIFS (distributed cooedination funcion IFS) – para 11b vale 50 s
A 802.11 utiliza um algoritmo MAC chamado DFWMAC (distribuited foundation wireless MAC) que permite dois tipos de controle de Acesso:
DCF – Distribution Coordination Function
PCF – Point Coordination Function
DCF
Distribui a decisão de transmissão ao meio entre todos os nós utilizando o mecanismo de carrier-sense
Neste caso existe disputa pelo acesso ao meio de transmissão
PCF
Faz um controle centralizado especialmente importante em caso de dados sensíveis a tempo ou com alta prioridade
Neste caso não existe disputa pelo acesso ao meio de transmissão
O PCF utiliza o DCF como mostra a próxima figura.
Na prática o modo PCF não está disponível na maioria dos pontos de acesso pois é uma opção do padrão.
A MAC da rede WLAN funciona baseada na utilização de intervalos de tempo diferentes para eventos diferentes. Este
palores para os IFS (Interframe Space)
SIFS (Short IFS) – utilizado para respostas rápidas – para 11b vale 10 s
DIFS (distributed cooedination funcion IFS) – para 11b vale 50 s
Uma estação somente transmite um frame após esperar um tempo fixo de 50 s além de um tempo aleatório estabelecido por uma janela de disputa (Contention Window). A MAC também prevê um ACK para confirmar que a transmissão foi com sucesso. Este ACK é transmitido após 10 s. Ou seja, o frame de ACK tem maior prioridade que uma transmissão ordinária.
A MAC da 802.11 pressupõe que toda estação está em condições de receber o sinal das demais estações. Esta é uma condição básica para o funcionamento da técnica CSMA/CA. Caso esta condição básica não seja satisfeita surge o problema da estação escondida. Na figura temos exatamente este problema. As estações A e B estão separadas por uma parede e portanto não conseguem neste caso uma receber o sinal da outra. Como mostrado na seção que explicou a MAC uma estação sempre “escuta o meio”, ou seja, procura identificar se alguma estação está transmitindo antes dela transmitir a sua mensagem. Quando esta condição não é satisfeita existe a probabilidade de ocorrer colisão quando duas estações transmitem ao mesmo tempo.
Para minimizar o problema de estação escondida existe um procedimento denominado RTS/CTS (Request To Send/Clear To Send). Neste procedimento uma estação solicita através de um curto frame a autorização para transmitir, ou seja, gera um CTS. Por ser um frame curto bastante curto existe uma baixa probabilidade de colisão. Assim, antes de transmitir a estação solicita a reserva do canal através do RTS. Caso seja concedida a reserva é enviado um CTS para que a estação transmita Isto garante que não vai existir colisão
Os APs permitem ajustar a opção de RTS/CTS em função do tamanho dos frames através de um limiar. Ou seja, é possível ajustar um valor de tamanho de frame acima do qual antes de transmitir deve ser feito o procedimento de RTS/CTS. Caso este limiar seja zero sempre todas as estações irão solicitar um RTS antes de transmitir. Este protocolo cria um overhead que provoca a diminuição da taxa de transmissão, e conseqüentemente a diminuição do desempenho da rede. Muitos pontos de acesso não possuem esta possibilidade e em alguns casos está desativado. O ajuste do tamanho do frame acima do qual deve ser utilizado o RTS/CTS é de difícil determinação uma vez que existe a necessidade de avaliar o efeito global desta ação através da avaliação do desempenho da rede.
Uma outra estratégia que existe para melhorar a performance de uma WLAN é a fragmentação de frames muito grandes. Em ambientes com baixa SNR e perturbações pode ocorrer que seja perdido um frame. Caso os frames sejam muito grandes o desempenho vai cair Uma opção é fragmentar frames grandes em frames menores. A desvantagem é o aumento do overhead e portanto a diminuição da taxa líquida para o usuário. O ajuste deste parâmetro é feito como no caso do RTS/CTS com a especificação do tamanho acima do qual o frame será fragmentado. Embora seja um procedimento previsto a fragmentação não é encontrada em muitos pontos de acesso e também seu ajuste é bastante difícil e ser determinado pois depende de uma análise do desempenho da rede e sua melhora após a adoção de um limiar de fragmentação.