Standardul 802.11: Protocolul si interfata MAC

Standardul 802.11: Protocolul si interfata MAC

Standardul 802.11 defineste interfata cu subnivelul MAC incat sa fie compatibila cu tehnologia Ethernet cablat.

Retelele locale fara fir opereaza intr-un mediu deschis cu un trafic incarcat; metoda CSMA/CD (Carrier-Sense Multiple Access With Collision Detection) utilizata in retelele LAN - Ethernet cablat, nu este potrivita pentru ele deoarece:

Componenta CD din protocolul CSMA/CD impune ca echipamentele fara fir sa emita si sa receptioneze in acelasi timp, ceea ce ar creste complexitatea si pretul lor;

Pozitia unei statii fara fir in teren nu-i permite sa le "auda electronic" pe toate celelalte (problema statiei ascunse - hidden station problem), sau poate sa fie dezavantajata de "ascultarea" altora (problema statiei expuse - exposed station problem); ambele situatii sunt prezentate in figura 4 .12, unde statiile A, B, C si D apartin aceleiasi celule.

Problema statiei ascunse si a statiei expuse

Presupunem ca statia A transmite catre statia B (figura 4 .12.a); daca statia C este intr-o pozitie in care nu poate "auzi", trage concluzia ca nici o statie nu transmite, deci C poate sa transmita; daca statia C incepe sa transmita, semnalul ei va interfera cu cadrul emis de statia A catre B in zona de audienta a statiei B; se va produce o coliziune si comunicatia este compromisa

Presupunem ca statia B transmite catre statia A (figura 4 .12.b); daca C "asculta", va sesiza existenta unei transmisii si va deduce ca nu poate transmite catre D; intr-o retea cablata, este o decizie corecta din partea statiei C, dar intr-o retea fara fir, daca C transmite catre D ar cauza o proasta receptie doar in zona cuprinsa intre B si C, unde oricum nu se afla receptorul vizat.

Pentru a minimiza posibilitatea de a nu fi auzite intre ele, standardul 802.11defineste notiunea Virtual Carrier Sense (detectia purtatoarei virtuale). Statia emitatoare trimite mai intai un pachet foarte scurt (30 octeti) numit RTS (Request To

Send - cerere de emisie), pachet care contine adresele

statiilor sursa si destinatie insotite de un indicator al duratei mesajului propriu-zis; daca mediul este liber, receptorul va raspunde cu un pachet CTS (Clear To Send - aprobare transmisie); la primirea acestui raspuns, statia transmitatoare incepe emisia planificata

Prin tehnica expusa mai sus se evita in mare masura coliziunile ocazionate de competitia pentru ocuparea mediului de comunicatie fapt pentru care metoda de acces se numeste

CSMA/CA (Carrier Sense Multiple Access/Collision Avoidance - Acces multiplu cu detectia purtatoarei si evitarea coliziunii).

Daca mediul este ocupat, statiile transmitatoare vor parcurge "algoritmul de regresie exponentiala binara" (Binary Exponential Backoff Algorithm): dupa fiecare incercare nereusita in tentativa de ocupare a canalului, se dubleaza perioada medie de asteptare pana cand una din statii castiga dreptul de a transmite iar celelalte asteapta; dupa un numar de coliziuni succesive (de obicei 16) se raporteaza eroare; repararea ulterioara a erorii cade in sarcina nivelelor superioare.

Spre deosebire de situatia retelelor cablate unde algoritmul de regresie exponentiala binara se executa pentru fiecare statie, in retelele fara fir se executa separat pentru fiecare flux de date (pereche sursa-destinatie).

O alta deosebire fata de protocolul 802.3 din retelele cablate este confirmarea de catre statia destinatie, catre statia sursa, a fiecarui mesaj receptionat corect; in lipsa confirmarii, statia sursa retransmite mesajul; aceast metoda folosita in standardul 802.11 se numeste confirmare pozitiva

Elemente componente ale WLAN-urilor

Celule si puncte de acces (AP- Access Points)

Suprafata acoperita de un singur WLAN se numeste celula si in interiorul ei se afla statiile care formeaza propriu-zis reteaua fara fir; toate comunicatiile din interiorul si cu  exteriorul celulei sunt coordonate de o singura unitate numita Access Point (AP).

AP conecteaza celula cu alte celule si cu LAN-urile cablate si sincronizeaza toate statiile din celula pentru a executa corect si la timpul potrivit salturile pe benzile de frecventa in tehnica FHSS.

Celulele exista in patru configuratii:

celule izolate (stand - alone);

celule conectate intr-o configuratie multi-celulara;

ca o entitate intr-un mediu Ethernet cablat;

ca o entitate legata la un LAN indepartat printr-o

punte fara fir.

Celule izolate

O celula izolata cuprinde o unitate AP impreuna cu statiile fara fir care formeaza reteaua; numarul maxim de statii din celula este conditionat de consistenta traficului. Pentru un trafic intens de date se recomanda un numar maxim de 15 statii, iar pentru un trafic redus intre statii, numarul maxim poate ajunge la 50; diametrul celulei depinde de mai multi factori, dar se recomanda 200 m intr-un mediu dens de cladiri si aproximativ un kilometru intr-un spatiu rarefiat de cladiri.

Celule conectate

Daca se impune marirea numarului de statii (sau este necesara acoperirea unei suprafete mai mari), se configureaza mai multe celule a caror arie se intrepatrunde partial; la traversarea granitei celulei gestionate de un AP trebuie ca AP-ul din celula in care tocmai intra utilizatorul sa preia semnalul fara interventia acestuia .

Configuratia multicelulara

Daca mai multe celule se suprapun partial, AP-urile corespunzatoare comunica intre ele si decid care dintre ele este cel mai bine plasat pentru a gestiona comunicatia intre statiile pereche aflate deja in dialog sau care doresc sa intre in dialog; in conditii de trafic intens aceasta configuratie prezinta un avantaj deosebit prin faptul ca echilibreaza activitatea AP-urilor si ofera redundanta necesara unei comunicatii sigure.

Celula intr-un mediu Ethernet cablat

In situatia unor LAN-uri cablate si localizate in cladiri distincte, este uneori avantajoasa interconectarea lor prin tehnologia fara fir; in functie de conditii, aceste distante pot

atinge 5,4 Km si solutia devine mai economica decat solutia bazata pe linii inchiriate.

Conectivitate fara fir de raza lunga

Echipamentele fara fir care realizeaza conectivitatea de raza lunga folosesc tot tehnologia cu unde radio in spectru imprastiat si pot asigura conexiuni Ethernet si Token Ring pe distante de pana la 45 Km.

Surse de perturbatii in WLAN

Exist trei surse principale de perturbatii care actioneaz distructiv asupra unei comunicatii f r fir:

reflexiile: provoaca multiplicarea semnalului util si genereaza trasee multiple;

aparatele casnice si echipamente cu microunde (de exemplu cuptoarele cu microunde sunt active in domeniul 2,4 GHz);

transmisiile fara fir in retele ISM (Industrial, Scientific and Medical).

Pentru reducerea efectului acestor surse de zgomot se actioneaza pe mai multe cai:

constructia unei antene speciale cu selectivitate mare;

utilizarea unor tehnici performante (FHSS) care imprstie semnalul pe 79 de benzi, a cate 1 MHz fiecare; salturile sunt efectuate de 8 pana la 30 de ori pe secunda si intr-o ordine prestabilita; in cazul unei interferente, numai un canal (si pentru un timp foarte scurt) va fi afectat.

Modelul arhitectural IEEE 802.11

Standardul 802.11 defineste o retea celulara cu urmatoarele componente in terminologia originala:

BSS (Base Service Set): celula de baza;

Fiecare BSS contine mai multe statii (STA) dintre care una are atributii speciale si se numeste AP (Access Point);

AP ofera functii de transmisie si control pentru toate statiile din celula; daca AP se conecteaza cu alta retea 802 (de exemplu 802.3 Ethernet sau 802.5 Token Ring), atunci AP se numeste PORTAL;

O conexiune de LAN uri 802 se numeste DS (Distribution Service);

O colectie de BSS uri si DS uri formeaza un ESS

(Extended Service System ).

AP si PORTAL ul sunt implementate in acelasi echipament, desi standardul nu precizeaza in mod explicit acest fapt.