Ασύρματα Δίκτυα Μικρής Εμβέλειας (3) Αγγελική Αλεξίου

Ασύρματα Δίκτυα Μικρής Εμβέλειας (3) Αγγελική Αλεξίου alexiou@unipi.gr 1

Ασύρματα Τοπικά Δίκτυα IEEE 802.11 2

WLAN Ένα ασύρματο τοπικό δίκτυο (Wireless Local Area Network- WLAN) είναι ένα επικοινωνιακό σύστημα που χρησιμοποιείται ως επέκταση ή εναλλακτική λύση ενός κοινού ενσύρματου δικτύου (Ethernet) και επιτρέπει στον κινητό χρήστη την ασύρματη μετάδοση και λήψη δεδομένων. Προσφέρουν ασύρματη πρόσβαση ανάμεσα σε PCs, φορητούς υπολογιστές αλλά και άλλες προσωπικές συσκευές όπως Palmtops και PDAs. Ασύρματα Δίκτυα Μικρής Εμβέλειας Α. Αλεξίου 3

Εφαρμογές WLAN Μικρές οµάδες εργασίας µε διαµοιραζόµενες πληροφορίες Εργαστήρια πανεπιστημίων Ιστορικά κτίρια όπου η εγκατάσταση καλωδίων είναι δύσκολη ήαδύνατη Μεγάλες βιοµηχανικές µονάδες µε τεράστιες ανάγκες καλωδίωσης Διασύνδεση γειτονικών κτιρίων Νομαδική πρόσβαση Ad Hoc δικτύωση Ασύρματα Δίκτυα Μικρής Εμβέλειας Α. Αλεξίου 4

IEEE 802.11 Η IEEE προσδιόρισε τις προδιαγραφές του Wireless LAN με το 802.11 που καλύπτει το φυσικό επίπεδο(phy) και το επίδεδο σύνδεσης δεδομένων (MAC) Ασύρματα Δίκτυα Μικρής Εμβέλειας Α. Αλεξίου 5

WiFi (Wireless Fidelity) To Wi-Fi είναι µη κερδοσκοπικός διεθνής οργανισμός µε µέλη κατασκευαστές προϊόντων 802.11. Σκοπός του είναι να πιστοποιήσει την διαλειτουργικότητα προϊόντων βασισµένων στο ΙΕΕΕ 802.11. Η πιστοποίηση Wi-Fi σε µία συσκευή αποτελεί µία εγγύηση για τον αγοραστή για την διαλειτουργικότητα της συσκευής. Έχει επικρατήσει το πρότυπο ΙΕΕΕ 802.11 να αναφέρεται συχνά και ως Wi-Fi. Ασύρματα Δίκτυα Μικρής Εμβέλειας Α. Αλεξίου 6

Βασικά στοιχεία ενός δικτύου IEEE 802.11 Access Point (AP): Σημείο πρόσβασης. Κάθε οντότητα που μπορεί να λειτουργήσει σαν σταθμός και να παρέχει πρόσβαση στο σύστημα διανομής μέσω του ασύρματου μέσου διάδοσης. Αποτελεί γέφυρα µεταξύ του ασύρµατου και του ενσύρµατου LAN. Basic Service Set (BSS): Βασική ομάδα υπηρεσιών. Σύνολο σταθμών που ελέγχονται από μία μόνο λειτουργία συντονισμού. Coordination function: Λειτουργία συντονισμού. Η λογικήλειτουργία που καθορίζει πότε ένας σταθμός που λειτουργεί μέσα σε μία BSS έχει το δικαίωμα να εκπέμψει και ενδεχομένως να λάβει πληροφορία. Ασύρματα Δίκτυα Μικρής Εμβέλειας Α. Αλεξίου 7

Βασικά στοιχεία ενός δικτύου IEEE 802.11 (2) Distribution system (DS): Σύστημα διανομής. Ένα σύστημα που χρησιμοποιείται για τη διασύνδεση ενός αριθμού BSS και ενοποιημένων LANs για τη δημιουργία ενός Extended Service Set. Extended Service Set (ESS): Εκτεταμένη ομάδα υπηρεσιών. Ένα σύνολο από διασυνδεδεμένες BSSs και ενοποιημένα LANs που εμφανίζεται ως μία μόνο BSS στο στρώμα LLC σε κάθε σταθμό που σχετίζεται με μία από αυτές τις BSS. Ασύρματα Δίκτυα Μικρής Εμβέλειας Α. Αλεξίου 8

Βασικά στοιχεία ενός δικτύου IEEE 802.11 (3) MAC protocol data unit (MPDU): Μονάδα δεδομένων πρωτοκόλλου MAC. Η μονάδα δεδομένων που ανταλλάσσονται μεταξύ δύο ομότιμων οντοτήτων MAC χρησιμοποιώντας τις υπηρεσίες του φυσικού στρώματος. MAC service data unit (MSDU): Μονάδα δεδομένων υπηρεσίας MAC. Πληροφορίες που παραδίδονται μεταξύ χρηστών MAC. Station (STA): Σταθμός. Κάθε συσκευή που περιέχει ένα στρώμα MAC και ένα φυσικό στρώμα σύμφωνα με το IEEE 802.11, πχ ένας προσωπικός υπολογιστής. Ασύρματα Δίκτυα Μικρής Εμβέλειας Α. Αλεξίου 9

Αρχιτεκτονική Τυχαία (Ad-hoc ή peer to peer) Η πιο απλή διάρθρωση στην οποία οι ασύρματοι σταθμοί που μετέχουν είναι ισότιμοι και επικοινωνούν μεταξύ τους κατευθείαν. Πλεονέκτημα είναι η γρήγορη και εύκολη εγκατάσταση. Δομημένης Διάρθρωσης (Infrastructure) Ακολουθεί μια κυψελοειδή αρχιτεκτονική, όπου το δίκτυο χωρίζεται σε κυψέλες με κάθε κυψέλη να ονομάζεται BSS (Basic Service Set). Κάθε κυψέλη περιλαμβάνει ένα σταθμό βάσης AP (Access Point) και ένα αριθμό από ασύρματους σταθμούς. Ασύρματα Δίκτυα Μικρής Εμβέλειας Α. Αλεξίου 10

Αρχιτεκτονική (2) Ασύρματα Δίκτυα Μικρής Εμβέλειας Α. Αλεξίου 11

Αρχιτεκτονική - Extended Service Sets Ασύρματα Δίκτυα Μικρής Εμβέλειας Α. Αλεξίου 12

Υπηρεσίες δικτύου 802.11 Το ασύρματο δίκτυο 802.11 προσφέρει εννέα βασικές υπηρεσίες: Association: Απαραίτητη διαδικασία συσχετισμού ενός σταθμού με το AP, προκειμένου να είναι σε θέση να στείλει και να δεχτεί πλαίσια μέσω του ασυρμάτου δικτύου. Authentication: Αν απαιτείται από το διαχειριστή του δικτύου, πρέπει κάθε χρήστης να πιστοποιεί την ταυτότητά του πριν να προχωρήσει στη διαδικασία του association. Deauthentication: Τερματισμός μιας ισχύουσας κατάστασης authentication. Τερματίζει επίσης και το association, εφόσον το authentication είναι προαπαιτούμενο αυτού. Disassociation: Η διαδικασία αυτή αφαιρεί έναν σταθμό από το δίκτυο. Το MAC του 802.11 μπορεί να χειριστεί και σταθμούς που εγκαταλείπουν το δίκτυο χωρίς να κάνουν πρώτα disassociation. Distribution: Η υπηρεσία αυτή είναι απαραίτητη για την παράδοση ενός πλαισίου από το AP στον τελικό προορισμό του. Συνίσταται στον εντοπισμό του παραλήπτη, ώστε να γίνει εφικτή η τελική παράδοση του πλαισίου. Ασύρματα Δίκτυα Μικρής Εμβέλειας Α. Αλεξίου 13

Υπηρεσίες δικτύου 802.11 (2) Integration:Η υπηρεσία αυτή παρέχεται από το σύστημα διανομής. Είναι υπεύθυνη για τη διασύνδεση του συστήματος διανομής DS σε ένα δίκτυο διαφορετικό του802.11. Στην ουσία είναι υπεύθυνη για την μετάφραση των πλαισίων από τον ένα τύπο στον άλλο. MSDU Delivery: Η παράδοση των πλαισίων MAC (MAC Service Data Unit) στον τελικό προορισμό τους. Reassociation: Χρησιμοποιείται από τους κινητούς σταθμούς σε περίπτωση μετακίνησης από ένα BSS σε άλλο. Privacy: Λόγω του ασύρματου περιβάλλοντος μετάδοσης έχει οριστεί από το 802.11 μία προαιρετική υπηρεσία κρυπτογράφησης των δεδομένων που ονομάζεται WEP (Wired Equivalent Privacy). Ασύρματα Δίκτυα Μικρής Εμβέλειας Α. Αλεξίου 14

IEEE 802.11 Standard b OFDM Ασύρματα Δίκτυα Μικρής Εμβέλειας Α. Αλεξίου 15

Industrial, scientific, and medical (ISM) band Τα πιο κοινά WLANs λειτουργούν στη μη αδειοδοτημένη περιοχή συχνοτήτων ISM (Industrial, ScientificandMedical) των 2,4 GHz και στην UNII (Unlicensed National Information Infrastructure) μπάντα των 5 GHz. Τα ΙΕΕΕ 802.11b WLANs λειτουργούν στη ζώνη 2.4-2.4835 GHz. Το πρότυπο IEEE 802.11a χρησιμοποιεί την περιοχή των 5 GHz U-NII. Αυτή η περιοχή έχει εύρος 300 MHz και είναι χωρισμένη σε δύο υποπεριοχές. Η χαμηλότερη υποπεριοχή επεκτείνεται από 5.15 GHz ως 5.35 GHz. Η ανώτερη υποπεριοχή είναι από 5.725 GHz ως 5.825 GHz. Ασύρματα Δίκτυα Μικρής Εμβέλειας Α. Αλεξίου 16

IEEE 802.11 MAC 17

Medium Access Control (MAC) Medium access control: Διαφορετικοί κόμβοι πρέπει να αποκτήσουν πρόσβαση στο κοινό μέσο διάδοσης (για παράδειγμα το ασύρματο κανάλι) με τρόπο οργανωμένο, διαφορετικά θα υπάρξουν συγκρούσεις (collisions). Access methods: FDMA FDMA TDMA TDMA CDMA CDMA CSMA CSMA Ανάθεση καναλιού στη συχνότητα Ανάθεση καναλιού στο χρόνο Ανάθεση ακολουθίας κωδικών Ανάθεση ευκαιριών μετάδοσης στο χρόνο με τρόπο στατιστικό : LLC LLC MAC MAC PHY PHY Ασύρματα Δίκτυα Μικρής Εμβέλειας Α. Αλεξίου 18

Πρόσβαση στο ασύρματο μέσο AP CSMA: One packet at a time wired LAN Αρχιτεκτονική δομημένης διάρθρωσης (Infrastructure BSS). Ως προς την πρόσβαση, όλοι οι σταθμοί και τα AP έχουν την ίδια προτεραιότητα Η μετάδοση στο downlink (από τα APs) και στο uplink (από το σταθμό) είναι παρόμοιες. Ασύρματα Δίκτυα Μικρής Εμβέλειας Α. Αλεξίου 19

Πρόσβαση στο ασύρματο μέσο (2) Προορίζεται για υπηρεσίες πραγματικού χρόνου που δεν βασίζονται στον ανταγωνισμό (contention-free), όπως delay-sensitive εφαρμογές (π.χ. φωνή), όπου απαιτείται προνομιακή μεταχείριση έναντι της απλής αποστολής δεδομένων. MAC extent Point Coordination Function (PCF) Χρησιμοποιείται για contention-based υπηρεσίες (και ως βάση για PCF) Distributed Coordination Function (DCF) based on CSMA/CA Ασύρματα Δίκτυα Μικρής Εμβέλειας Α. Αλεξίου 20

Μέθοδοι Πρόσβασης στο Μέσο (DCF) - CSMA Carrier Sense Multiple Access (CSMA) Έλεγχος αν ο δίαυλος είναι ελεύθερος για χρονικό διάστημα DIFS (Distributed Inter Frame Space) Εκπομπή δεδομένων (Χωρίς έλεγχο συγκρούσεων) Ο δέκτης στέλνει ACK μετά από χρόνο SIFS (Short Inter Frame Space) Αν ο πομπός δεν λάβει ACK τότε επαναμεταδίδει. Ασύρματα Δίκτυα Μικρής Εμβέλειας Α. Αλεξίου 21

CSMA Collision Detection CSMA/CD (Collision Detection): μέθοδος MAC που χρησιμοποιείται στα ενσύρματα LANs (Ethernet). Τα ενσύρματα LANs (σε αντίθεση με τα ασύρματα) μπορούν να ανιχνεύσουν collisions. Βασική λειτουργία CSMA/CD: 1) Wait for free medium 2) Transmit frame CSMA/CD rule: Backoff after collision 3) If collision, stop transmission immediately 4) Retransmit after random time (backoff) Ασύρματα Δίκτυα Μικρής Εμβέλειας Α. Αλεξίου 22

CSMA Collision Avoidance CSMA/CA (Collision Avoidance): είναι μία μέθοδος MAC που χρησιμοποιείται στα ασύρματα LANs. Οι ασύρματοι σταθμοί δεν μπορούν να ανιχνεύσουν collisions (που σημαίνει ότι όλο το πακέτο θα μεταδοθεί ούτως ή άλλως) Βασική CSMA/CA λειτουργία: 1) Wait for free medium 2) Wait a random time (backoff) 3) Transmit frame 4) If collision, the stations do not notice it CSMA/CA rule: Backoff before collision 5) Collision => erroneous frame => no ACK returned Ασύρματα Δίκτυα Μικρής Εμβέλειας Α. Αλεξίου 23

CSMA/CA flowchart Ασύρματα Δίκτυα Μικρής Εμβέλειας Α. Αλεξίου 24

CSMA/CA and Network Allocation Vector (NAV) Ασύρματα Δίκτυα Μικρής Εμβέλειας Α. Αλεξίου 25

Μέθοδοι Πρόσβασης στο Μέσο Point Coordination Function Point Coordination Function Εναλλακτική μέθοδος που υλοποιείται πάνω στην CDF και η λειτουργία της συνίσταται στη διαδικασία ερωτοαπόκρισης (polling) των σταθμών από το σημειακό συντονιστή σχετικά με την πρόθεσή τους να χρησιμοποιήσουν το δίκτυο. Ο σημειακός συντονιστής στέλνει ερωτήσεις πρόθεσης χρησιμοποιώντας PIFS που είναι μικρότερο από το DIFS, με αποτέλεσμα να μπορεί να αποκτήσει τον έλεγχο του μέσου και να αποκλείσει όλη την ασύγχρονη κίνηση για όσο χρόνο στέλνει ερωτήσεις. Για την αποφυγή αυτής της επιπλοκής ορίζεται το υπερπλαίσιο ή repetition interval, που αποτελείται από ένα πρώτο μέρος όπου ο σημειακός συντονιστής στέλνει ερωτήσεις και ένα δεύτερο μέρος όπου αδρανεί, επιτρέποντας μια περίοδο ανταγωνισμού για ασύγχρονη πρόσβαση. Ασύρματα Δίκτυα Μικρής Εμβέλειας Α. Αλεξίου 26

Repetition Interval Ασύρματα Δίκτυα Μικρής Εμβέλειας Α. Αλεξίου 27

Ασύρματη Πρόσβαση (1) DIFS Transmitted frame (A=>B) SIFS ACK (B=>A) Cyclic Redundancy Check (CRC) για ανίχνευση λάθους (error detection) Αν το πλαίσιο λαμβάνεται με λάθη, δεν θα σταλεί ACK Όταν ένα πλαίσιο λαμβάνεται χωρίς λάθη (bit errors), οδέκτης(b) στέλνει Acknowledgement (ACK) στον πομπό (A). SIFS (Short Interframe Space) DIFS (DCF Interframe Space) Ασύρματα Δίκτυα Μικρής Εμβέλειας Α. Αλεξίου 28

Ασύρματη Πρόσβαση (2) Transmitted frame (A=>B) ACK (B=>A) DIFS SIFS DIFS Earliest allowed transmission time of next frame Next frame (from any station) Κατά τη διάρκεια της ακολουθίας μετάδοσης (Frame + SIFS + ACK) το ασύρματο κανάλι είναι κατειλημμένο. Το επόμενο frame μπορεί να μεταδοθεί το συντομότερο δυνατό μετά το επόμενο DIFS. Ασύρματα Δίκτυα Μικρής Εμβέλειας Α. Αλεξίου 29

Ασύρματη Πρόσβαση (3) Transmitted frame (A=>B) ACK (B=>A) Next frame DIFS SIFS DIFS Μηχανισμοί ανάθεσης καναλιού : Physical carrier sensing Virtual carrier sensing που χρησιμοποιεί το Network Allocation Vector (NAV). Ασύρματα Δίκτυα Μικρής Εμβέλειας Α. Αλεξίου 30

Ασύρματη Πρόσβαση (4) Transmitted frame (A=>B) ACK (B=>A) Information about the length of the frame is in the PHY header Next frame DIFS SIFS DIFS Physical carrier sensing: το φυσικό επίπεδο (PHY) πληροφορεί το MAC επίπεδο όταν ανιχνευθεί ένα frame. Η ανάθεση προτεραιότητας πρόσβασης υλοποιείται με ρύθμιση της απόστασης μεταξύ πλαισίων (interframe spacing). Ασύρματα Δίκτυα Μικρής Εμβέλειας Α. Αλεξίου 31

Ασύρματη Πρόσβαση (5) Interframe spacing times : SIFS (Short Interframe Space) = 10 ms (16 ms) DIFS (DCF Interframe Space) = 50 ms (34 ms) 802.11b 802.11g Όταν δύο σταθμοί προσπαθούν να αποκτήσουν πρόσβαση στο ασύρματο κανάλι ταυτόχρονα, ο σταθμός που πρέπει να περιμένει για χρονικό διάστημα SIFS υπερισχύει αυτού που πρέπει να περιμένει για χρονικό διάστημα DIFS. Με άλλα λόγια το SIFS έχει υψηλότερη προτεραιότητα από το DIFS. Ασύρματα Δίκτυα Μικρής Εμβέλειας Α. Αλεξίου 32

Ασύρματη Πρόσβαση (6) Transmitted frame NAV value is given here ACK NAV Transmission is not allowed as long as NAV is non-zero Next frame DIFS SIFS DIFS Virtual carrier sensing: μία τιμή για το NAV καθορίζεται σε όλους τους σταθμούς που μπορούν να λάβουν ένα frame και να διαβάσουν την τιμή του NAV γι αυτό το frame. Ασύρματα Δίκτυα Μικρής Εμβέλειας Α. Αλεξίου 33

Ασύρματη Πρόσβαση (7) Transmitted frame ACK Long transaction ACK NAV DIFS SIFS DIFS Το Virtual carrier sensing που χρησιμοποιεί το NAV είναι σημαντικό σε περιπτώσεις που το κανάλι παραμένει κατειλημμένο για περισσότερο χρόνο (RTS/CTS, fragmentation, etc.). Ασύρματα Δίκτυα Μικρής Εμβέλειας Α. Αλεξίου 34

NAV value is carried in MAC header MPDU (MAC Protocol Data Unit) Addr 1 Addr 2 Addr 3 Addr 4 (optional) MAC payload FCS Πεδίο διάρκειας (duration field): 15 bits που περιέχουν την τιμή του NAV σε microseconds. Το τελευταίο bit (16 ο ) είναι μηδέν. Όλοι οι σταθμοί πρέπει να παρακολουθούν τα headers όλων των frames που λαμβάνουν και να αποθηκεύουν την τιμή του NAV σε ένα μετρητή. Σε κάθε microsecond η τιμή του μετρητή μειώνεται κατά ένα. Όταν η τιμή του μετρητή γίνει μηδέν το κανάλι είναι διαθέσιμο και πάλι. Ασύρματα Δίκτυα Μικρής Εμβέλειας Α. Αλεξίου 35

Ασύρματη Πρόσβαση (8) Transmitted frame (A=>B) ACK (B=>A) DIFS SIFS t > DIFS Channel was idle at least DIFS seconds Next frame (from any station) Όταν ένας σταθμός θέλει να στείλει ένα frame και το κανάλι έχει παραμείνει διαθέσιμο για χρόνο μεγαλύτερο από DIFS (όπως αυτός μετράται από τη στιγμή που ο σταθμός ανίχνευσε το κανάλι) => ο σταθμός μπορεί να μεταδώσει αμέσως. Ασύρματα Δίκτυα Μικρής Εμβέλειας Α. Αλεξίου 36

Ασύρματη Πρόσβαση (9) Transmitted frame (A=>B) ACK (B=>A) DIFS SIFS DIFS Channel was busy when station wanted to send frame Backoff Next frame Όταν ένας σταθμός θέλει να στείλει ένα frame και το κανάλι είναι απασχολημένο => ο σταθμός πρέπει να περιμένει για ένα χρονικό διάστημα (backoff time) πριν του επιτραπεί να μεταδώσει το frame. Ασύρματα Δίκτυα Μικρής Εμβέλειας Α. Αλεξίου 37

No backoff => collision Ας υποθέσουμε ότι κάποιοι σταθμοί (π.χ. οι σταθμοί B και C στο σχήμα) περιμένουνγιανααποκτήσουνπρόσβασηστοασύρματο μέσο. Όταν το κανάλι γίνεται διαθέσιμο οι σταθμοί αρχίζουν να μεταδίδουν πακέτα ταυτόχρονα => collision! Station A ACK Station B Station C Collision! DIFS Ασύρματα Δίκτυα Μικρής Εμβέλειας Α. Αλεξίου 38

Backoff => collision probability is reduced Οι σταθμοί που διεκδικούν την πρόσβαση στο ασύρματο μέσο αποφασίζουν τυχαία για την τιμή του χρόνου backoff bn. Οι μετρητές του χρόνου Backoff μετρούν αντίστροφα ξεκινώντας από την τιμή bn. Όταν ο μετρητής φτάσει στο μηδέν ο σταθμός μπορεί να στείλει ένα frame. Όλοι οι άλλοι μετρητές σταματάνε το μέτρημα μέχρι το κανάλι να ξαναγίνει διαθέσιμο. Station A Station B ACK Backoff Remaining backoff time bn is large Station C DIFS bn is small Ασύρματα Δίκτυα Μικρής Εμβέλειας Α. Αλεξίου 39

Contention window (CW) for 802.11b Αν η μετάδοση ενός frame δεν είναι επιτυχής και το frame μπορεί να αναμεταδοθεί, πριν από κάθε αναμετάδοση το Contention Window (CW) από το οποίο επιλέγεται το bn αυξάνεται. Initial attempt 1st retransm. DIFS DIFS CW 802.11b CW = 2 5-1 = 31 slots (slot = 20 ms) CW = 2 6-1 = 63 slots : 5th (and further) retransmissions DIFS CW = 2 10-1 = 1023 slots Ασύρματα Δίκτυα Μικρής Εμβέλειας Α. Αλεξίου 40

Contention window (CW) for 802.11g Στην περίπτωση του 802.11g, το αρχικό μήκος του CW είναι 15 slots. Η διάρκειαενόςslot είναι 9 ms. Η λειτουργία backoff στο 802.11g είναι πολύ πιο γρήγορη από αυτή στο 802.11b. Initial attempt 1st retransm. DIFS DIFS CW 802.11g CW = 2 4-1 = 15 slots (slot = 9 ms) CW = 2 5-1 = 31 slots : 6th (and further) retransmissions DIFS CW = 2 10-1 = 1023 slots Ασύρματα Δίκτυα Μικρής Εμβέλειας Α. Αλεξίου 41

Επιλογή τυχαίου backoff Από τον αριθμό CW (= 15 / 31 1023 slots) το τυχαίο backoff bn (σε πλήθος slots) επιλέγεται με τέτοιο τρόπο ώστε το bn να ακολουθεί ομοιόμορφη κατανομή (uniform distribution) στο [0,CW]. Επειδή είναι απίθανο διαφορετικοί σταθμοί να επιλέξουν την ίδια τιμή για το bn, collisions συμβαίνουν σπάνια. Ασύρματα Δίκτυα Μικρής Εμβέλειας Α. Αλεξίου 42

Παράδειγμα πρόσβασης στο ασύρματο μέσο Δίνεται παράδειγμα με 4 σταθμούς : A, B, C και D. Ηαποστολή ενός πακέτου περιλαμβάνει την ακολουθία Data+SIFS+ACK. Οχρόνοςbackoff μπορεί να διαμοιραστεί σε περισσότερα από ένα μέρη. Ασύρματα Δίκτυα Μικρής Εμβέλειας Α. Αλεξίου 43

Παράδειγμα πρόσβασης στο ασύρματο μέσο (2) Station A Station B Station C Station D 1 ACK Defer Defer DIFS Contention Window Backoff 2 1) Οσο ο σταθμός A στέλνει ένα πακέτο, οι σταθμοί B και C που επιθυμούν να στείλουν πακέτα πρέπει να περιμένουν 2) Ο σταθμόςc αρχίζει να μεταδίδει πρώτος μια και το δικό του backoff time είναι μικρότερο Ασύρματα Δίκτυα Μικρής Εμβέλειας Α. Αλεξίου 44

Παράδειγμα πρόσβασης στο ασύρματο μέσο (3) Station A Station B Station C Station D DIFS 3 ACK Defer DIFS 4 3) Ο σταθμόςd επίσης επιθυμεί να στείλει ένα πακέτο 4) Αλλά επειδή ο σταθμός B έχει προτεραιότητα λόγω μικρότερου backoff time αρχίζει να μεταδίδει πρώτος Ασύρματα Δίκτυα Μικρής Εμβέλειας Α. Αλεξίου 45

Παράδειγμα πρόσβασης στο ασύρματο μέσο (4) Station A Station B Station C ACK 5 5) Ο σταθμόςd αρχίζει να μεταδίδει ένα πακέτο. Τώρα δεν υπάρχει ανταγωνισμός. Station D DIFS DIFS Ασύρματα Δίκτυα Μικρής Εμβέλειας Α. Αλεξίου 46

Παράδειγμα πρόσβασης στο ασύρματο μέσο (5) Transmitted frame (A=>B) ACK (B=>A) Backoff Next frame (A=>B) DIFS SIFS DIFS Όταν ένας σταθμός θέλει να στείλει περισσότερα από ένα frame, πρέπει να χρησιμοποιήσει το μηχανισμό backoff όπως κάθε άλλος σταθμός (μπορεί όμως να καταλαμβάνει το κανάλι για μεγαλύτερο χρονικό διάστημα στέλνοντας ένα μεγάλης διάρκειας frame, χρησιμοποιώντας fragmentation). Ασύρματα Δίκτυα Μικρής Εμβέλειας Α. Αλεξίου 47

Frame format Ασύρματα Δίκτυα Μικρής Εμβέλειας Α. Αλεξίου 48

ACK frame structure Frame type = control MPDU Frame subtype = ACK NAV FCS 0 0 1 0 1 0 1 1 No MAC payload Address of station from which frame was sent that is now acknowledged Ασύρματα Δίκτυα Μικρής Εμβέλειας Α. Αλεξίου 49

RTS & CTS (Request/Clear To Send) RTS/CTS (Request/Clear To Send) χρησιμοποιείται για την αντιμετώπιση των προβλημάτων hidden node και exposed node Hidden node problem: Οι σταθμοί WS 1 και WS 2 μπορούν να ακούσουν το access point αλλά όχι ο ένας τον άλλο => WS 1 AP Όταν ο σταθμός WS 1 στέλνει ένα πακέτο, οσταθμόςws 2 δεν το αντιλαμβάνεται (ανάλογα ισχύουν για το σταθμό WS 2 ) => collision! WS 2 Ασύρματα Δίκτυα Μικρής Εμβέλειας Α. Αλεξίου 50

Hidden node problem Ασύρματα Δίκτυα Μικρής Εμβέλειας Α. Αλεξίου 51

Use of handshaking to prevent hidden node problem Ασύρματα Δίκτυα Μικρής Εμβέλειας Α. Αλεξίου 52

Exposed node problem Ασύρματα Δίκτυα Μικρής Εμβέλειας Α. Αλεξίου 53

Use of handshaking in exposed node problem Ασύρματα Δίκτυα Μικρής Εμβέλειας Α. Αλεξίου 54

RTS & CTS Το RTS/CTS χρησιμοποιεί SIFS και το NAV (Network Allocation Vector) γιανααποκτήσειπρόσβασηστοασύρματομέσο: SIFS DIFS WS 1 AP RTS CTS Data frame ACK SIFS SIFS NAV in RTS NAV in CTS NAV = CTS + Data + ACK + 3xSIFS NAV = Data + ACK + 2xSIFS Ασύρματα Δίκτυα Μικρής Εμβέλειας Α. Αλεξίου 55

RTS & CTS (2) Πιθανότητα collision στο RTS ΟσταθμόςWS 2 δεν ακούει το RTS frame (και το αντίστοιχο NAV), αλλά μπορεί να ακούσει το CTS frame (και το αντίστοιχο NAV). WS 1 AP RTS CTS Data frame ACK Danger of collision NAV in RTS NAV in CTS NAV = CTS + Data + ACK + 3xSIFS NAV = Data + ACK + 2xSIFS Ασύρματα Δίκτυα Μικρής Εμβέλειας Α. Αλεξίου 56

Πλεονεκτήματα του RTS & CTS (1) ΗχρήσητουRTS/CTS είναι ωφέλιμη στην περίπτωση που το data frame είναι μεγάλης διάρκειας σε σύγκριση με το RTS frame: WS 1 AP RTS Data frame (RTS/CTS used) CTS ACK Short interval: collision not likely WS 1 AP Data frame (RTS/CTS not used) ACK Long interval: collision likely Ασύρματα Δίκτυα Μικρής Εμβέλειας Α. Αλεξίου 57

Πλεονεκτήματα του RTS & CTS (2) Σχετικά μεγάλο χρονικό διάστημα όπου υπάρχει κίνδυνος για collision θα πρέπει να αποφευχθεί γιατί : Αυξάνεται η πιθανότητα collision Αυξάνεται η σπατάλη χωρητικότητας καναλιού όταν έχουμε collision και frame πρέπει να αναμεταδοθεί. Μια οριακή τιμή (dot11rtsthreshold) καθορίζεται, τέτοια ώστε frames μικρότερα από αυτή δεν χρησιμοποιούν RTS/CTS. Ασύρματα Δίκτυα Μικρής Εμβέλειας Α. Αλεξίου 58

Fragmentation Fragmentation χρησιμοποιεί το RTS/CTS και το NAV: SIFS SIFS DIFS WS 1 RTS Frag 0 Frag 1 AP CTS ACK 0 ACK 1 SIFS SIFS SIFS NAV in WS NAV in AP RTS CTS Frag 0 ACK 0 Ασύρματα Δίκτυα Μικρής Εμβέλειας Α. Αλεξίου 59

Sequence control field MPDU (MAC Protocol Data Unit) Addr 1 Addr 2 Addr 3 Addr 4 (optional) MAC payload FCS Fragment number (for identifying fragments) Frame sequence number (for identifying frames) Ασύρματα Δίκτυα Μικρής Εμβέλειας Α. Αλεξίου 60

Πλεονεκτήματα του fragmentation Η μετάδοση μεγάλης διάρκειας frames θα πρέπει αν αποφευχθεί γιατί: Αυξάνεται η πιθανότητα εσφαλμένης μετάδοσης Αυξάνεται η σπατάλη χωρητικότητας καναλιού αφού σε περίπτωση εσφαλμένης μετάδοσης όλο το frame πρέπει να αναμεταδοθεί. Μια οριακή τιμή (dot11fragmentationthreshold) καθορίζεται, τέτοια ώστε frames μεγαλύτερα από αυτή μεταδίδονται χρησιμοποιώντας fragmentation. Ασύρματα Δίκτυα Μικρής Εμβέλειας Α. Αλεξίου 61