Материал: конспект-лекций

361

У випадку, якщо передаюча станція не одержує підтвердження, передачу кадру буде повто-

рено, але при цьому подвоюється ширина вікна конкуренції CW і повторюється процес затримки.

При кожній невдалій спробі доступу до середовища на станції збільшується значення лічильника числа спроб, а ширина вікна конкуренції кожного разу подвоюється, поки не досягне максималь-

ного значення. Спроби передати кадр повторюватимуться до тих пір, поки значення лічильника числа спроб не досягне порогу, встановленого адміністратором мережі, після чого станція згене-

рує запит на резервування середовища [8, 9].

Проблема прихованого вузла та механізм RTS/CTS. Однією з основних проблем безпро-

водових мереж стандарту 802.11 є проблема "прихованого вузла". Її суть полягає у тому, що дві станції можуть "чути" точку доступу, але не можуть "чути" один одного, через велику відстань або перешкоди (див. рис. 2.57). У режимі "Ad-hoc" проблема "прихованого вузла" виражається в наступному: якщо станція А посилає сигнал у напрямку станції В, присутність несучої в радіоефі-

рі можуть зафіксувати лише ті станції, які розташовані в зоні станції В. Для інших станцій рівень прийнятого сигналу буде знаходитися нижче порогового, тому ці станції фіксують факт відсутнос-

ті радіопередачі в ефірі. Інакше кажучи, станція С може розпочати передачу даних, а оскільки приймач станції В знаходиться одночасно і в зоні станції С, то така передача викличе колізію сиг-

налів на вході приймача станції В. Ця колізія не може бути зафіксована станцією В під час переда-

чі, оскільки всі передавачі мережі працюють в напівдуплексному режимі. Наявність колізії може бути зафіксована лише через певний час по відсутності сигналу підтвердження ACK.

A B C

Рисунок 2.57 – Ілюстрація проблеми "прихованого вузла"

Для вирішення цієї проблеми в 802.11 на MAC рівні було добавлено необов'язковий прото-

кол запит перед передачею/готовий до прийому (Request to Send/Clear to Send RTS/CTS). Цей ме-

ханізм не використовується в мережах 802.11 за умовчанням, але може бути включений в систе-

мах з високим рівнем колізій або складною топологією. Функціонування механізму RTS/CTS по-

лягає в слідуючому: перед передачею пакету станцією передається службовий пакет запит на пе-

редачу (RTS), у відповідь на який приймаючою станцією передається пакет готовність до прийо-

му (CTS). Оскільки ці пакети досягають всіх станцій в радіусі дії обох передавачів, всі вузли бу-

дуть повідомлені про те, що несуча буде зайнята певний час, що дозволяє передаючій станції пе-

362

редати дані і одержати підтвердження ACK без колізій. Обмін кадрами RTS і CTS в режимі "Ad-

hoc" приведено на рис. 2.58.

Рисунок 2.58 – Рішення проблеми "прихованого вузла" за допомогою механізму RTS/CTS: зліва показана зона, “очищена” після передачі кадру RTS, справа – зона, “очищена” після передачі кад-

ру CTS

Алгоритм встановлення з'єднання для передачі даних складається з двох процесів: передача

кадру даних від джерела і передача підтвердження прийому (АСК) від одержувача джерелу пові-

домлення. Для підвищення надійності передачі даних існує алгоритм з обміном чотирма кадрами

(рис. 2.59).

Рисунок 2.59 – Алгоритм встановлення з'єднання з використанням запиту передачі Станція–джерело передає кадр запиту передачі (RTS) і тим самим сповіщає всі станції в зо-

ні радіовидимості про те, що відбувається обмін інформацією. Станціями, які прийняли кадр RTS,

відкладається передача для запобігання виникнення колізії. Станція–одержувач відповідає стан-

ції–джерелу кадром готовності до прийому (CTS). Після прийому кадру CTS станція–джерело ро-

363

зпочинає передачу даних, одержувач після завершення прийому даних передає кадр підтверджен-

ня прийому (АСК).

Механізм RTS/CTS дозволяє збільшити ефективність використання виділеної смуги частот за рахунок зменшення ймовірності колізії. Ймовірність колізії за час передачі кадрів RTS і CTS є

низькою, оскільки довжина кадрів складає 20 і 14 байт відповідно.

В той же час введення управляючих кадрів в основний режим радіообміну вимагає виділен-

ня частини пропускної спроможності каналу під передачу кадрів RTS і CTS, що викликає знижен-

ня ефективності використання виділеної смуги частот.

Резервування географічної зони, що є об'єднанням зон рухомої станції і точки доступу, на період CTS+ДАНІ +ACK+3SIFS+DIFS (рис. 2.60) також приводить до зниження ефективності ви-

користання виділеної смуги частот.

NAV – network allocation vector; SIFS – short interframe space; DIFS – distributed (coordination function) interframe space; MPDU – MAC protocol Дані unit;

Backoff_time 22 i rand 1 Slot_time , де i – номер повторної спроби передачі даного кадру: 1,2, …; Slot_time – інтервал відстрочення, битий

Рисунок 2.60 – Механізм RTS/CTS

Оскільки механізм RTS/CTS додає додаткові накладні витрати на мережу, тимчасово резер-

вуючи несучу, його використання виправдане тільки для пакетів дуже великої довжини, для яких повторна передача викликає неприпустимі затримки.

До числа недоліків механізму RTS/CTS слід віднести неповне усунення можливості виник-

нення колізій. Як показано на рис. 2.61, робота вузлів А і F може викликати колізію кадрів на вхо-

ді приймача D.

364

Рисунок 2.61 – Можливість виникнення колізії при використанні механізму RTS/CTS

Уникнути колізію в цьому випадку можна за рахунок вибору спеціального режиму управ-

ління потужністю на станції, що передає дані. Вплив змін в потужності на станції, що передає да-

ні, на вірогідність виникнення колізії кадрів показаний на рис. 2.62. Вузли А і В використовують нижчі рівні передачі, ніж вузли С і D, тим самим повністю виключаючи можливість створення пе-

решкод вузлам С і D. Проте вузол С в цьому випадку являється джерелом перешкод для вузла В.

CTS

Дані

A B C D

RTS

ACK

Рисунок 2.62 – Управління потужністю в стандарті IEEE 802.11

Просте рішення проблеми виникнення колізій може полягати в збільшенні потужності на стороні передавача тільки на час передачі кадрів RTS і CTS: у момент передачі кадрів RTS або

CTS рівень передачі повинен бути максимальним і знижуватися до мінімально необхідного під час передачі кадрів даних і підтвердження АСК. Мінімально необхідний рівень передачі може обчис-

люватися вузлами А і В під час прийому кадрів CTS і RTS з урахуванням теплових шумів прийма-

чів.

Як показано на рис. 2.63, вузли А і В передають кадри RTS і CTS відповідно при високому рівні передачі, що дозволяє успішно прийняти кадр CTS вузлу С і відкласти передачу на певний час. Діаграма обміну повідомленнями для такого випадку представлена на рисунку 2.63. Змен-

шення потужності передавачів на час обміну кадрами даних і підтвердження АСК дозволяє еко-

365

номно використовувати енергію акумуляторів на вузлах А і В.

EIFS – extended interframe space (364 мкс для швидкості передачі даних 1 Мбіт/с і 212 мкс для швидкості передачі даних 2 Мбіт/с)

Рисунок 2.63 – Діаграма обміну повідомленнями між вузлами мережі

Для усунення небажаного ефекту спотворення кадрів даних і підтвердження, які переда-

ються при зниженому рівні передачі, в стандарті IEEE 802.11 використовується протокол PCM (Proposed Power Control MAC), ідея якого полягає в примусовому періодичному збільшенні поту-

Фрагментація кадрів — це функція, що виконується на MAC рівні, призначена для підви-

щення надійності передачі кадрів через безпроводове середовище. Під фрагментацією розуміється розбиття кадру на менші фрагменти і передача кожного з них окремо (рис. 2.65). Вірогідність ус-

пішної передачі меншого фрагмента через зашумлене безпроводове середовище вища. Кожен прийнятий фрагмента кадра підтверджується окремо; отже, якщо який-небудь фрагмент кадру бу-