Bežične i mobilne mreže standard 802.11

Elementi bežične mreže

Elementi bežične mreže - produžetak

bežični host-ovi – host-ovi su krajnji uredjaji koji izvršavaju aplikaciju bežični putevi – host se povezuje sa baznom stanicom ili drugim bežičnim host-om preko bežične komunikacione veze bazna stanica (BS) - ključni je gradivni blok bežične mrežne infrastrukture. Nasuprot bežičnim host-ovima i bežičnim putevima (vezama), BS nema svoj jasno izdiferenciran ekvivalenat (tzv. pandan uredjaj) kod ožičenih veza. Tačke pristupa (Access Points) kod 802.11 bežičnog LAN-a su tipični primeri BS-ova. AP-ovi ne kontrolišu samo pristup medijumu nego deluju i kao mostovi ka drugim bežičnim i ožičenim mrežama.

Karakteristike veze kod tipičnih bežičnih mrežnih standarda

Standard IEEE 802.11

Organizacija IEEE je definisala specifikacije WLAN-a, nazvan IEEE 802.11, koje se odnose na

1) fizički nivo i 2) nivo veze.

Standardom IEEE 802.11 definisana su sledeća dva tipa servisa (usluga):

a) skup osnovnog servisa (basic service set- BSS), ib) prošireni skup servisa (extended service set- ESS).

Osnovni skup servisaIEEE 802.11 definiše BSS kao gradivni blok WLAN-a.

BSS se sastoji od stacionarnih ili mobilnih bežičnih stanica i opciono centralnu baznu stanicu, poznata kao tačka-pristupa (access point- AP).

BSS bez AP-a je samostalna mreža koja ne može slati podatke drugim BSS-ovima.

Za ovaj tip mreže kažemo da karakteriše ad-hoc arhitektura. Kod ad-hoc arhitekture stanice mogu formirati mrežu bez potrebe da postoji AP, pri čemu se stanice mogu medjusobno locirati i složiti (dogovoriti) da budu deo BSS-a.

Prošireni skup servisaESS čini dva ili veći broj BSS-ova sa AP-ovima.

ESS koristi dva tipa stanica: mobilne i stacionarne.

Mobilne stanice su standardne stanice u okviru BSS-a.

Stacionarne stanice su AP stanice koje su deo žičanog LAN-a. Na slici je prikazan ESS.

Tipovi stanicaU zavisnosti od stepena mobilnosti kod WLAN-ova, standardom se definišu sledeća tri tipa stanica:

i) nema-prelaska (no-transition),ii) prelazak u okviru BSS-a (BSS transition), iiii) ESS prelazna mobilnost (ESS transition mobility).

Stanica tipa no-transition ne karakteriše mobilnost i stacionarnog je tipa.

To znači da se ona, u krajnjem slučaju, može premeštati samo u okviru BSS-a.

Stanica koju karakteriše BSS mobilnost možemo premeštati iz jedne BSS mrežu u drugu.

Stanica koju karakteriše ESS prelazna mobilnost možemo premeštati iz jedne ESS mreže u drugu.

Struktura jedne mreže

Strukturu mreže čine: 3 AP-a, 3 bežične mreže (WN) i 1 ožičena mreža

Infrastrukturno i ad-hoc bazirane WN

WN mogu biti: infrastrukturno bazirane

Za host-ove koji su pridruženi baznoj stanici često kažemo da rade u infrastrukturnom režimu rada (infrastructure mode) Svi tradicionalni mrežni servisi (dodela adresa i rutiranje) se obezbedjuju od strane mreže na koju je taj host povezan preko BS-a

ad-hoc Kod ad-hoc mreža, bežični host-ovi ne koriste infrastrukturu da bi se povezali. Svaki čvor može direktno da komunicira sa drugim čvorovima, tako da nije potrebno da postoje AP-ovi koji će, ako je potrebno, kontrolisati pristup medijumu.

Infrastrukturno bazirane WN Struktura

Ad-hoc bazirane WN Struktura

Handoff Kada jedan mobilni host predje iz oblasti pokrivanja jedne BS u oblast koju pokriva druga BS, tada on promeni svoju tačku pridruživanja (pristupa) u odnosu na veću mrežu. Ovaj proces se naziva handoff. Ovakva mobilnost radja veći broj problema.

Kao prvo, ako je host pokretan, postavlja se pitanje na koji način se odredjuje njegova tekuća pozicija u mreži tako da se podaci mogu proslediti mobilnom host-u? Kao drugo, na koji način se vrši adresiranje, ako host može da se nadje u jednu od mnogo mogućih lokacija? Ako se host premešta u toku TCP konekcije (ili telefonskog poziva kod GSM-a) tada se ponovo pitamo na koji način se obavlja rutiranje podataka, a da pri tome ne dodje do prekida veze?

Ova i mnoga druga pitanja čine da bežično i mobilno umrežavanje predstavlja jedno izuzetna i izazovna oblast rada.

Struktura jedne tipične LAN Povezivanje WN na Internet vrši se žičanim povezivanjem AP-ova na hub, switch ili router, a zatim na Internet

Ključne razlike između žičanih i bežičnih veza

Ključne razlike između žičanih i bežičnih veza su:

slabljenje interferencija propagacija duž više različitih puteva

Slabljenje

Jačina elektromagnetnog polja slabi nakon prolaska talasa kroz neku sredinu, kao na primer zid.

Šta više i u slobodnom prostoru dolazi do disperzije radio talasa, a to dovodi do slabljenja signala. Ovaj efakat se naziva path-loss.

Takodje do slabljenja signala na prijemnoj starni dolazi i kada se rastojanje izmedju predajnika i prijemnika povećava.

Interferencija

Ako dva izvora radio signala emituju u istom frekventnom opsegu tada dolazi do medjusobne interferencije.

Tako na primer bežični telefon i bežični LAN 802.11 rade u istom frekventnom opsegu od 2.4 GHz. Zbog toga za očekivati je da ako oba sistema rade istovremeno tada i oba neće raditi dobro, prvenstveno zbog medjusobne interferencije.

Pored toga usled smetnji od drugih izvora, kakve su recimo smetnje od motora ili mikrotalasnih peći, može doći do indukcije elektromegnetnog šuma, a to će takodje rezultirati do pojave interferencije.

Antennas: simple dipoles

Antennas: directed and sectorized

Often used for microwave connections or base stations for mobile phones (e.g., radio coverage of a valley)

side view (xy-plane)

x

y

side view (yz-plane)

z

y

top view (xz-plane)

x

z

top view, 3 sector

x

z

top view, 6 sector

x

z

directedantenna

sectorizedantenna

Propagacija signala

Propagation in free space always like light (straight line) Receiving power proportional to 1/d² (d = distance between sender and receiver) Receiving power additionally influenced by

fading (frequency dependent) shadowing reflection at large obstacles refraction depending on the density of a medium scattering at small obstacles diffraction at edges

reflection scattering diffractionshadowing refraction

Višestruka refleksija

Refrakcija i Frenelove zone

Propagacija signala

Transmission range-- communication possible -- low error rate Detection range-- detection of the signal

possible-- no communication

possible Interference range-- signal may not be detected -- signal adds to the

background noise

distance

sender

transmission

detection

interference

Propagacija duž različitih putevamultipath propagation

Javlja se kada se deo elektromagnetnih talasa reflektuje od objekata ili zemlje, pri čemu dužine puteva talasa od predajnika do prijemnika su različiti.

Pokretni objekti izmedju predajnika i prijemnika mogu uzrokovati multipath propagation koja je promenljiva sa vremenom.

Multipath propagation zbog uticaja refleksije talasa od jonosfere ili drugih objekata može da dovede do pojave fadding-a, tj privremenog gubitka signala na prijemnoj strani.

Multipath propagation

Signal can take many different paths between sender and receiver due to:

reflection scattering diffraction

signal at sendersignal at receiver

LOS pulsesmultipathpulses

Efekt mobilnosti

Channel characteristics change over time and location signal paths change different delay variations of different signal parts different phases of signal parts

quick changes in the power received (short term fading)

Additional changes in distance to sender obstacles further away slow changes in the average power received (long term fading)

short term fading

long termfading

t

power

Pouzdanost bežičnog prenosa

Bežične komunikacije su nepouzdanije od žičanih.

Zbog toga, kod 802.11 protokola koristi se ne samo moćna CRC tehnika za otkrivanje grešaka u prenosu, nego i ARQ protokol na nivou-veze kojim se zahteva kompletna retransmisija puruka u slučaju kada dodje do greške u prenosu.

Standardi kod bežičnih LAN-ova U toku devedesetih godina prošlog veka razvijen je veliki broj novih

tehnologija i donešen veći broj standarda koji se odnosi na bežične LAN-ove.

Najšire prihvaćen standard bio je IEEE 802.11 bežični LAN, alternativno pozant i kao Wi-Fi.

Postoji nekoliko 802.11 standarda za bežičnu LAN tehnologiju, uključujući 802.11b, 802.11a, 802.11g i dr.

standard frekventni opseg brzina prenosa

802.11b 2.4 – 2.485 GHz do 11 Mbps

802.11a 5.1 – 5.8 GHz do 54 Mbps

802.11g 2.4 – 2.485 GHz do 54 Mbps

Tekuće na tržištu preovladjuju LAN-ovi bazirani na standardu 802.11b, ali u skoroj budućnosti očekuje se zanačajan razvoj i na polju standarda 802.11a kao i 802.11g.

Sva tri standarda koriste isti protokol za pristup medijumu, CSMA-CA.

ISM opsezi

Dodela kanala na 2.4 GHz

Dodela kanala kod 802.11 na 2.4 GHz

Dodela kanala kod 802.11 na 5 GHz

Lower and Middle

Upper

Sistemska arhitektura kod 802.11

Komponente 802.11 infrastruktorno-bazirane LAN

Komponente 802.11 infrastruktorno-bazirane LAN

Nekoliko čvorova STA (stations) se povezuje na AP

Osnovni gradivni makroblok 802.11 je BSS (Basic Service Set) BSS sadrži jedan ili veći broj STA-ova

i jednu AP Svi STA i AP koji koriste isti radio

kanal formiraju BSS BSS1, BSS2, ... BSSn se povezuju u

distribucioni sistem Preko AP-ova svi BSS-ovi se povezuju na

sprežnu mrežu a dalje na Internet Mreža se naziva ESS (Extended Service

Set)

Roaming kod distribucionih sistema

AP-ovi podržavaju roaming (promena tačke pristupa)

Distribucioni sistem je zadužen za manipulacije pri prenosu podataka izmedju različitih AP-ova.

AP-ovi pružaju podršku: održavanju sinhronizacije izmedju BSS-ova; power-management-u; i kontroli pristupa medijumu radi podrške rada

vremensko-ograničenim (kritičnim) servisima.

Arhitektura bežičnih ad-hoc mreža IEEE 802.11 takodje podržava formiranje ad-hoc mreža izmedju STA-a, tj.

formiranje jedne ili više nezavisnih BSS-ova nazvanih IBSS (Independent BSS)

IBSS čini grupu stanica koje koriste istu radio frekvenciju. Tako na primer stanice STA1, STA2 i STA3 pripadaju grupi IBSS1, a ST4 i ST5 grupi IBSS2. To znači da STA3 može direktno da komunicira sa STA2, ali ne i sa STA5.

IEEE 802.11 ne specificira bilo kakav specijalni čvor koji podržava rutiranje, dalje prosledjivanje podataka, ili promenu informacije o topologiji kao na primer što je to slučaj sa bežičnim mrežama tipa Bluetooth ili Hiperlan 1.

Protokol arhitektura

Protokoli koji su specifično definisani za LAN, MAN i WAN prenos, zaduženi su za prenos blokova podataka preko mreže.

Sa aspekta OSI referentnog modela komuniciranja, viši nivoi protokola (nivoi od 3 do 7) nezavisni su od mrežne arhitekture i mogu se primeniti na sve LAN, MAN i WAN mreže.

Nivoi od 3 do 7 su identični kako za žičane tako i bežične mreže.

Odnos izmedju IEEE 802 i OSI referentnog modela

Uloga fizičkog nivoa

Najniži nivo IEEE 802 referentnog modela odgovara fizičkom nivou OSI modela, i obavlja funkcije koje se odnose na: kodiranje i dekodiranje signala generisanje preambula / rešavanje problema koji se

tiću sinhronizacije predaja / prijem bitova

Pored toga, fizički nivo kod 802 modela uključuje i specifikacije koje se odnose na prenosni medijum i topologiju mreže.

Funkcije iznad fizičkog nivoa

Iznad fizičkog nivoa funkcije koje obezbedjuju servise LAN korisnicima su sledeće:a) u toku predaje - vrši se asembliranje podataka u okvire. Svaki

okvir prati adresno polje za detekciju grešaka u prenosu podataka

b) u toku prijema - disasembliraju se oikviri, prepoznaju adrese i detektuju greške u prenosu ako postoje

c) reguliše se pristup LAN - ovom prenosnom medijumud) ostvaruje se sprega - sa višim nivoima i kontroliše se tok

podataka i greške koje mogu nastati (za slučaj da se ne prime svi paketi ili da je neki okvir primljen sa greškom)

Nabrojane funkcije od a) do d) svojstvene su nivou 2 OSI modela. Kada je u pitanju model 802, skup funkcija koje se odnose na stavku

d) se obično pridružuje LLC-ovom (Logical Link Control) nivou, dok se funkcije definisane stavkama a), b) i c) tretiraju kao poseban nivo koji se naziva MAC (Media Access Control).

MAC podnivo Postoje dva različita MAC podnivoa kod ovog protokola.

Ipak, najčešće se koristi onaj koji se zasniva na CSMA/CA (carrier sense multiple access with collision avoidance). Na slici je prikazan dijagram toka ove tehnike pristupa medijumu za prenos.

Zašto se ne može implementirati CSMA/CD?

Postoje sledeća 3 razloga:

1. Da bi detektovala koliziju stanica mora biti istovremeno u stanju predaje i prijema signala. Kako je amplituda prijemnog signala mnogo manja (slabljenje signala kroz etar slabi sa kvadratom rastojanja) veoma je teško realizovati prijemnik koji će izdvojiti prijemni signal od predajnog signala (prijemni signal biće tretiran više kao šum).

2. Kolizije se ne mogu detektovati kod problema koji se javlja kod skrivenih terminala.

3. Rastojanje izmedju dve stanice može biti veliko. Feding u signalu može da dovede do toga da jedna od stanica koja osluškuje medijum (etar) ne detektuje koliziju koja se javlja zbog toga što i neka druga stanica u tom trenutku emituje signal.

Razdvajanje LLC i MAC nivoa

Razdvajanje LLC i MAC nivoa je izvršeno iz sledećih razloga:

logika koja je potrebna da se upravlja pristupom nad deljivim medijumom ne sreće se kod tradicionalnog upravljanja na nivou 2 OSI modela,

za isti LLC postoje po nekoliko MAC opcija

Razdvajanje LLC i MAC nivoa

Odnos između nivoa i arhitektura kod IEEE 802

MACzaglavlje

LLCzaglavlje

IPzaglavlje

TCPzaglavlje

aplikacionipodaci

MACrep

TCP segment

IP datagram

LLC PDU

MAC okvir

Aplikac. nivo

TCP nivo

IP nivo

LLC nivo

MAC nivo

IP nivo predaje podatke LLC-u. LLC pridružuje upravljačku informaciju kao zaglavlje i formira LLC-ov PDU koji se predaje prema MAC-u. MAC nivo pridružuje informaciju na početku i na kraju paketa i formira MAC okvir. Upravljačka informacija okvira je potrebna za rad MAC protokola.

Protokoli kod IEEE 802

Protokoli kod IEEE 802

Nivovska protokol arhitektura Najčešći scenario: Povezivanje bežičnog 802.11 LAN-a na komutirani

802.3 Ethernet koje je ostvareno preko mosta/komutatora (bridge/switch-a).

Veći broj laptop-ova se povezuje preko WLAN-a na backbone (kičmu) žičanog LAN-a. U svakom laptop-u instalirana je kartica kojom se ostvaruje bežična veza, a tačka povezivanja sa backbone-om je AP. Sa svoje strane i AP ima karticu koja obezbedjuje povezivanja sa bežičnim LAN-on i portalom.

Praktična implementacija Kartice u laptop-u i AP uredjaju podržavaju MAC i PHY nivoe standarda

802.11. Ostatak AP uredjaja deluje kao most i konvertuje protokol 802.11 u MAC

i PHY nivoe backbone-a DS-a koji je tipično IEEE 802.3 Ethernet LAN. Laptop-ovi koji se povezuju na LAN preko AP-a mogu da komuniciraju

sa drugim uredjajima, kakvi su server ESS (Extended Service Set) se formira instaliranjem većeg broja AP-ova

na različitim lokacijama backbone-a didtribuiranog sistema (DS-a) čime se želi ostvariti veća pokrivenost neke oblasti.

Celine protokol stack-a standarda 802.11

Sa ciljem da se specifikacije procesa učine lakšim definicije standardnih MAC i PHY nivoa kod IEEE 802 se razbijaju na druge podnivoe.

U konkretnom slučaju MAC nivo se deli na sledeće celine: MAC podnivo MAC management podnivo

MAC podnivo i MAC layer management

MAC podnivo je zadužen da obezbedi: mehanizam pristupa, fragmentaciju i asembliranje paketa.

MAC layer management podnivo odgovorno je za: roaming kod ESS-a, power managemant-om, upravljenje procesom za

udruživanje (association), razdrživanje (dissaciation) i reasocijaciju kod upravljanja procesom koji se odnosi na registraciju kod konektiranja.

Podnivoi PHY nivoa PHY se deli na sledeća tri podnivoa:

PHY Layer Convergence Protocol (PLCP) – zadužen je za generisanje nosioca (carrier sensing assesment) i formiranje pakete za različite PHY nivoe.

PHY Medium Dependent Protocol (PMD) specificira modulaciju i tehniku kodiranja za signalizaciju sa medijumom

PHY Layer Management odlučuje o podešenosti kanala na različite opcije za svaki PHY nivo.

Pored toga 802.11 specificira i Station managemant podnivo koji je odgovoran za koordinaciju i interakciju izmedju MAC i PHY nivoa.

Fizički nivo kod 802.11

IEEE 802.11 podržava tri razližita fizička nivoa: jedan nivo se zasniva na infra-crvenom prenosu, a druga dva na radio prenosu, prvenstveno u ISM (Industrial, Scientific, Medical) opsegu od 2.4 GHz koji je dostupan svuda u svetu

2.4 GHzHFSS1 Mbps2 Mbps

2.4 GHzDSSS1 Mbps2 Mbps

IR1Mbps2 Mbps

5 GHzOFDM6, 9, 12, 18, 24,36, 48, 54 Mbps

2 – 4 GHzDSSS5.5 Mbps11 Mbps

Napomena: FHSS- Frequency Hopping Spread Spectrum; DSSS – Direct Sequence Spread Spectrum; OFDM – Orthogonal Frequency Division

Multiplexing

Definisanje triju fizičkih medijuma

Sledeća tri fizička medijuma su definisana u originalnom standardu 802.11: DSSS koji radi u 2.4 GHz ISM-ovom opsegu, sa brzinama od 1

Mbps ili 2 Mbps. HFSS koji radi u 2.4 GHz ISM-ovom opsegu, sa brzinama od 1

Mbps ili 2 Mbps. Infra-crveni (Infra Red – IR) koji radi sa brzinama od 1 Mbps i

2 Mbps, i talasnim dužinama od 850 nm do 950 nm.

2.4 GHzHFSS1 Mbps2 Mbps

2.4 GHzDSSS1 Mbps2 Mbps

IR1Mbps2 Mbps

5 GHzOFDM6, 9, 12, 18, 24,36, 48, 54 Mbps

2 – 4 GHzDSSS5.5 Mbps11 Mbps

Specifikacije fizičkog nivoa

Format MAC okvira MAC nivo prima blok podataka od LLC nivoa i odgovoran je za

obavljanje funkcija koje se tiču se pristupa medijumu i transformisanju podataka.

MAC implementira pomenute funkcije formirajući MAC okvir. Tačna forma MAC okvira razlikuje se od verzije MAC protokola koji se

tekuće koristi.

Format MAC okvira

Sadržaj polja MAC okvira

Polja MAC okvira su sledeća: MAC Control: sadrži informaciju o upravljanju protokolom koja je

neophodna radi korektnog funkcionisanja MAC protokola. Tako na primer, specificira se nivo prioriteta.

Odredišna MAC adresa: Odredišna fizička tačka pristupa na LAN-u koja važi za ovaj okvir

Izvorišma MAC adresa: Izvorišna fizička tačka pristupa na LAN-u koja važi za ovaj okvir

Podaci: Telo MAC okvira. To mogu biti LLC-ovi podaci koji se prihvataju od višeg nivoa protokola, ili upravljačka informacija koja je relevantna za rad MAC protokola.

CRC: Polje za ciklično redundantnu proveru. Ovo polje se naziva takodje i FCS (Frame Check Sequence). CRC je kôd koji se koristi za detekciju grešaka u prenosu podataka.

802.11 MAC protokol

Nakon što je mreža formirana, bežična stanica može da počne sa predajom/prijemom okvira podataka ka/iz AP-a.

Pri ovome se može dogoditi, da će veći broj stanica istovremeno hteti, preko istog kanala, da prenosi podatke.

Sa ciljem da se prenos koordinira neophodno je koristiti Multiple Access Protocol (MAP).

Globalno posmatrano, postoje sledeće četiri klase MAP-ova: particionisanje kanala (Channel Partitioning Protocol- CPP) proizvoljan pristup (Random Access Protocol- RAP) opsluživanje po redosledu (Taking Turns Protocol- TTP) CDMA (Collision Detect Multiple Access Protocol- CDMAP)

RAP

Inspirisani ogromnim uspehom Ethernet-a kao i njegovim RAP-om, projektanti 802.11 izabrali su RAP za 801.11 bežične LAN-ove.

RAP se naziva CSMA/CA (Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance), što znači da svaka stanica pre predaje nadgleda kanal i uzdržava se od predaje ako ustanovi da je kanal zauzet.

I pored toga što oba sistema, Ethernet i 802.11 koriste CSRA (Carrier Sense Random Access) ipak se ova dva sistema u zanačajnoj meri razlikuju. Prvo, umesto da koristi tehniku detekciju kolizije (collision

detection) standard 802.11 koristi tehniku izbegavanje kolizije (collision avoidance).

Drugo, zbog relativno velikog broja grešaka kod bežičnog prenosa, nasuprot Ethernet-u, 802.11 na nivou veze (link-level) koristi ARQ (acknowledgment/retransmission) šemu.

Zbog čega 802.11 MAC protokol ne implementira tehniku za detekciju

kolizije? Da bi se detektovala kolizija neophodno je da stanica u trenutku kada

predaje bude u stanju i da sluša svoj (sopstveni) signal, a takodje primi signal od drugog predajnika i odredi da li i druga stanica istovremeno vrši predaju. S obzirom da je na prijemnom 802.11 adapteru snaga prijemnog signala od druge stanice mnogo manja od snage sopstvenog predajnog signala, veoma je teško konstruisati adapter koji će detektovati ovakav tip kolizije.

Što je još važnije, čak i da je adapter u stanju istovremeno da sluša i predaje (i prekine predaju ako detektuje da je medijum zauzet), adapter neće biti u stanju da detektuje sve kolizije prvenstveno zbog postojanja fedinga ili skrivenog (nevidljivog) terminala (slučaj kada se dve stanice medjusobno ne vide zbog toga što nisu u medjusobnom dometu, a pri tome obe stanice jedino vidi AP).

Kako radi bežični LAN?

S obzirom da 802.11 bežični LAN ne koristi tehniku za detekciju kolizije, nakon što stanica počne sa predajom okvira, ona predaje ceo okvir.

Od trenutka kada stanica počne sa predajom predaja se ne prekida sve do svog kraja.

Kao što se i može očekivati, predaja celih okvira, posebno ako su okviri dugački, za slučaj da je kolizija preovladjujuća, može u značajnoj meri da degradira performanse MAP-a.

Sa ciljem da se smanji verovatnoća pojave kolizije, 802.11 koristi nekoliko tehnika za izbegavanje kolizija.

Princip rada šeme LLA (Link Layer Acknowledgement)

Kada jedna stanica u bežičnom LAN-u pošalje okvir, tada može da se desi da okvir ne pristigne do odredišne stanice iz brojnih razloga.

Da bi se izašlo na kraj sa ovakvim nedostatkom 802.11 koristi LLA (Link Layer Acknowledgement).

Kada odredišna stanica primi okvir koji je prošao CRC proveru, ona čeka kratak vremenski period nazvan SIFS (Short Inter-Frame Spacing) pa tek nakog isteka tog perioda šalje nazad okvir potvrde (acknowledgment frame).

Ako predajna stanica ne primi potvrdu o okviru nakon odredjenog vremenskog perioda, ona pretpostavlja da je došlo do greške u predaju okvira, i ponovo koristi CSMA/CA protokol da bi pristupila kanalu.

Ako se potvrda o prijemu ne primi nakon odredjenog broja retransmisija, predajna stanica se otkazuje od predaje i poništava okvir (izbacuje ga).

Korišćenje LLA-ova

Kako radi 802.11 CSMA/CD protokol? Pretpostavimo da stanica (bežična stanica ili AP) ima okvir za predaju:

1. putem testiranja, stanica ustanovi da je kanal u stanje pasivan (idle). Kraći vremenski period nakon toga, nazvan DIFS (Distribution Inter-Frame Space), stanica počinje sa predajom

Kako radi 802.11 CSMA/CD protokol?2. U trenutku kada detektuje da je kanal pasivan, stanica odabira jedan

slučajan broj i odredjuje da taj broj bude brojač petlje. Nakon svake iteracije u petlji, ako je kanal pasivan brojač se dekrementira za jedan, a u slučaju kada je kanal zauzet tada stanje brojača ostaje nepromenjeno (zamrznuto).

Kako radi 802.11 CSMA/CD protokol?3. Kada vrednost brojača postane jednaka nuli (to se može desiti samo kada

je kanal u pasivno stanje) stanica predaje ceo okvir, a zatim čeka na potvrdu (acknowledgment- ack)

Kako radi 802.11 CSMA/CD protokol?4. Ako se primi ack, predajna stanica zna da je poslati okvir korektno

primljen od strane odredišne stanice. Ako stanica ima da šalje još jedan okvir, ona počinje sa CSMA/CA protokolom od koraka 2. Za slučaj da se ack ne primi, predajna stanica ponovo ulazi u izvršenje petlje u koraku 2 samo što se sada brojač petlje postavlja na veću vrednost (to odgovara dužem vremenskom intervalu).

Kako radi CSMA/CD protokol U opisanoj proceduri (koja se bazira na CSMA/CD protokolu)

karakteristično je to što: stanica bira jedan slučajni broj postavlja taj broj da bude brojač petlje počinje da obrojava naniže efektivno posmatrano unosi kašnjenje na početku predaje od

trenutka kada ustanovi (detektuje) da je kanal pasivan.

Kod Ethernet CSMA/CD protokola stanica odmah počinje sa predajom onog trenutka kada ustanovi da je kanal pasivan

Zbog čega CSMA/CD i CDMA/CA imaju različite pristupe

Odgovor: Neka dve stanice imaju spremne okvire za predaju. Nijedna od njih ne počinje sa predajom jer je detektovala da je neka

treća stanica u fazi predaje. Kod Ethernet CSMA/CD obe stanice počeće sa predajom onog trenutka

kada detektuju da je treća završila sa predajom. Istovremena predaja dovešće do pojave kolizije, što i nije tako ozbiljan

problem kod CSMA/CD jer će obe stanice prestati sa predajom onog trenutka kada detektuju koliziju.

Time se nakon detekcije kolizije izbegava nekorisna predaja ostatka okvira.

Kako je to kod 802.11?Odgovor: S obzirom da 802.11 ne detektuje koliziju i ne prekida započeti prenos,

ceo okvir u toku čijeg prenosa je detektovana kolizija biće prenet. Cilj kod 802.11 je da se izbegne kolizija kada je god to moguće. Kod 802.11 ako dve stanice detektuju da je kanal zauzet one postavljaju

svoje brojače petlje na proizvoljne vrednosti. Pri tome svaka stanica postavlja svoj brojač na različitu vrednost. Kako su ove vrednosti stvarno različite, jedna od stanica će početi sa

predajom pre druge. Ako se stanice medjusobno vide (u dometu su) tada stanica gubitnik

onog trenutka kada oslušne signal pobedničke stanice trenutno zamrzava stanje svog brojača i uzdržava se od predaje sve dok pobednička stanica ne završi sa predajom.

Na ovaj način se izbegava kolizija. Do kolizije kod 802.11 može da dodje pod sledećim uslovima:

Dve stanice se medjusobno ne vide (medjusobno su van dometa), ili kada su obe stanice izabrale istu vrednost na koju postavljaju svoj

brojač u petlji.

Nevidljivi terminali Sastavni deo 802.11 MAC protokola je rezervaciona šema koja nam

omogućava da se izbegne kolizija i za slučaj kada postoje nevidljivi terminali (stanice).

Primer nevidljivih terminala

Obe stanice se nalaze u opsegu pokrivanja AP-a. Zbog pojave fedinga i slabljenja signala duž puta, oblasti pokrivanja

bežičnih stanica H1 i H2 su ograničene na levi i desni odsečak krugova, respektivno

Zbog ovoga stanice H1 i H2 međusobno se ne vide (H1 ne prima signal od H2 i obratno), ali su obe vidljive od strane AP-a (AP prima signal kako od H1 tako i od H2).

Korišćenje handshake-a

Zbog čega skriveni terminali mogu biti problematični

Pretpostavimo da stanica H1 šalje okvir. Neka na polovini vremena predaje stanice H1, mrežni nivo stanice H2

preda okvir svom MAC nivou. Ovaj okvir ćemo zvati DATA okvir. S obzirom da H2 ne prima signal od H1, ona će sačekati jedan

proizvoljan vremenski interval i nakon toga početi sa predajom okvira DATA, što će dovesti do kolizije.

Shodno prethodnom, prenosni kanal biće neupotrebljiv u toku celog prenosa od strane stanice H1 i delimično u toku prenosa od stanice H2.

Kako se izbegava problem kolizije Sa ciljem da se izbegne ovaj problem, protokol 802.11

dozvoljava stanici da koristi jedan kratak Request to Send (RTS) upravljački okvir, kao i jedan kratak Clear to Send (CTS) upravljački okvir pomoću kojih se rezerviše pristup kanalu.

Kada predajnik želi da preda okvir DATA, on pošalje okvir RTS prema AP-u, kojim informiše AP o tome koliko vremena će biti potrebno za prenos okvira DATA i okvira ACK.

Kada AP primi RTS okvir, ona se odaziva na taj način što svim stanicama u njenom dometu preda okvir CTS.

Ovaj CTS okvir se koristi za sledeće dve namene: on daje predajniku eksplicitnu dozvolu da preda svoj okvir, ali naređuje ostalim stanicama da ne predaju podatke za rezervisani period trajanja.

Izbegavanje kolizije korišćenjem RTS i CTS

Mrežno-alokacioni vektor NAVKada stanica predaje okvir RTS u tom okviru se sadrži i informacija koja ukazuje na to koliko je vremena potrebno predajnoj stanici da okupira (zauzme ili zadrži) kanal.

Stanice koje su kandidati za predaju i za koje je ova informacija od važnosti aktiviraju svoj tajmer nazvan network allocation vector, NAV, koji ukazuje na to koliko je vremena potrebno da prodje pre nego što je svim stanicama ponovo dozvoljeno da provere zauzetost kanala.

Izbegavanje kolizije - produžetak Pre početka slanja okvira DATA, H1 prvo emituje svima (broadcast)

okvir RTS, koga primaju sve stanice koje se nalaze u njenom dometu, uključujući i AP.

AP se zatim odaziva okvirom CTS, koga čuju sve stanice u njenom dometu, uključujući H1 i H2.

Nakon što je H2 prihvatila CTS ona se uzdržava od predaje za vremenski interval koji se specifiicira u CTS okviru.

Korišćenjem RTS i CTS poboljšavaju se performanse

Korišćenjem RTS i CTS okvira poboljšavaju se performanse komunikacionog sistema iz sledeća dva razloga: Problem nevidljive stanice je ublažen, jer se dugački DATA

okvir prenosi tek nakon što je kanal rezervisan. S obzirom da su RTS i CTS okviri kratki, kolizije koje nastaju

u toku RTS ili CTS okvira dovešće do gubitaka samo RTS ili CTS okvira. Nakon što su RTS i CTS preneti, DATA i ACK okviri se mogu prenositi bez kolizije.

I pored toga što se RTS/CTS razmenom značajno smanjuje kolizija, ipak ona unosi kašnjenje i troši resurse kanala.

Zbog ovoga, RTS/CTS razmena se koristi samo kada je potrebno rezervisati kanal u slučajevima kada je okvir DATA dugačak.

Problem izložene staniceSada ćemo razmotriti situaciju koja je suprotna u odnosu na prethodnu, a naziva se problem izložene stanice (exposed station). U ovom slučaju kada je kanal dostupan stanica se uzdržava od korišćenja kanala.

Na slici stanica A predaje podatke stanici B, dok stanica C ima da predapodatke stanici D, pri čemu prenos može da se ostvari bez interferencije sa A, ali se stanica C uzdržava od predaje. Drugim rečima, C je suviše konzervativna i svesno žrtvuje kapacitet kanala.

Korišćenje handshake-a kod izložene stanice