Sieci Bezprzewodowe

Algorytm PCF - Funkcja

koordynacji punktowej



Konieczność budowy bezprzewodowych sieci, w

których stacje mają dostęp do medium, nie

rzadziej niż z ustalonym interwałem czasowym,

skłoniło twórców standardu 802.11 do

zaimplementowania w nim drugiego mechanizmu

zarządzającego dostępem do kanału, nazwanego

algorytmem punktowej koordynacji dostępu

PCF

(

ang. Point Coordination Function

Algorytm PCF - Funkcja

koordynacji punktowej



Algorytm PCF

umożliwia stacjom przesyłanie

danych bez konieczności rywalizowania o

medium.

Jest to możliwe, ponieważ w czasie obowiązywania

funkcji

PCF

za udostępnianie kanału

odpowiedzialna jest stacja koordynująca.

Takie scentralizowane zarządzanie dostępem do

medium pozwala z góry określić wymagane

parametry jego przyznawania, w oparciu o które,

koordynator upoważnia skojarzone stacje do

przesyłania danych.

Algorytm PCF - Funkcja

koordynacji punktowej

Algorytm

PCF

narzuca pewne wymogi, które muszą

być

spełnione dla prawidłowego działania systemu:



sieć musi posiadać infrastrukturę stałą.



stacja koordynująca musi obejmować swoim

zasięgiem BSA wszystkie stacje.



sąsiadujące zespoły usług BSS nie mogą

oddziaływać między sobą.

Struktura superramki

W ramach superramki można wyodrębnić dwa okresy:



CFP

(

ang. Contention Free Period

) -

okres

dostępu bezkolizyjnego

, w czasie którego

obowiązują zasady algorytmu PCF,



(

ang. Contention Period

) -

okres dostępu

rywalizacyjnego

oparty na funkcji DCF.

Proporcje, w jakich superramka jest podzielona są

parametrem konfigurowalnym i zależą od ilości stacji

oraz

danych, które wymagają dostępu bezkolizyjnego.

Struktura superramki



Transmisja bezkolizyjna rozpoczyna się od ramki

Beacon, a kończy się ramką CF-End. Od tego

momentu, aż do następnej ramki Beacon

obowiązuje dostęp rywalizacyjny do kanału.

Wspomniane okresy oznaczane są akronimami

CFP

tworzą strukturę nazywaną "superramką„.

Struktura superramki

Okres z algorytmem DCF

- kończy się dotychczasowa

superramka.

Ramka Beacon

- Sygnał ten transmitowany jest przez punkt

dostępowy i informuje wszystkie stacje, że rozpoczyna się

okres bezkolizyjnego dostępu do medium, oznaczany skrótem

CFP. Ramka Beacon miedzy innymi przekazuje informacje o

maksymalnym czasie trwania CFP, za pomocą parametru

CFPMaxDuration. Pozwala to stacjom pracującym jedynie w

oparciu o funkcję DCF, na ustawienie odpowiedniej wielkości

wektora NAV i ewentualne przejście w tryb oszczędzania

energii, który zwiększa ich czas pracy. Jak widać na rysunku 21,

w analizowanym przykładzie stacje A i C nie znały algorytmu

PCF i po otrzymaniu ramki Beacon przeszły w tryb uśpienia.

Struktura superramki

CFP

- Okres dostępu bezkolizyjnego bazujący na funkcji PCF, w

czasie którego, punkt dostępowy wzywa znajdujące się na liście

odpytywań (ang. polling list) stacje do przeprowadzenia

transmisji danych.

Ramka CF-End

- Ramka ta kończy okres bez rywalizacji o dostęp

do medium i oddaje nośnik do dyspozycji stacjom pracującym w

oparciu o rywalizację, wektor NAV zostaje wyzerowany.

- Okres dostępu rywalizacyjnego oparty na funkcji DCF, który

musi mieć długość wystarczająca na przetransmitowanie, co

najmniej jednej ramki o maksymalnym rozmiarze i skojarzonego

z nią potwierdzenia.

Ramka Beacon

- kończy okres CP jednocześnie wyznaczając

koniec dotychczasowej superramki i określając początek nowej.

Zmiana wypełnienia

superramki



Ramka Beacon rozpoczyna okres CFP - dostępu bezkolizyjnego,

w czasie którego stacja koordynująca zarządza transmisją w

kanale, udzielając kolejno wyznaczonym stacjom prawa do

transmisji. Koordynator, za pośrednictwem sygnału Beacon,

ustawia wartość wektora NAV w stacjach, które pracują jedynie

w oparciu o algorytm DCF. Na wielkość wektora składa się czas

potrzebny do przesłania maksymalnej wielkości ramek przez

wszystkie stacje uprawnione do pracy w okresie CFP, czas emisji

koniecznych sygnałów sterujących oraz wymagane przerwy.

Z reguły rzeczywisty okres dostępu bezkolizyjnego CFP trwa

krócej od czasu rozpowszechnianego przez NAV.

Niewykorzystany czas powiększa okres dostępu rywalizacyjnego

CP.

Zmiana wypełnienia

superramki

Koniec wcześniejszej superramki.

Ramka Beacon

inicjuje okres dostępu

bezkolizyjnego CFP, jednocześnie przekazując

stacjom pracującym w oparciu o algorytm DCF

informację o czasie, w którym kanał będzie

zarezerwowany.

Okres CFP

- Okres dostępu bezkolizyjnego, w czasie

trwania którego, koordynator kolejno wzywa stacje

znajdujące się na liście odpytywań do

przeprowadzenia transmisji. Jeśli wezwana stacja nie

dysponuje danymi do wysłania to milczy, a

koordynator po czasie PIFS wzywa kolejną stację.

Zmiana wypełnienia

superramki

Ramka CF-End

- Ramka ta kończy okres bez

rywalizacji o dostęp, jednocześnie zerując wektor

NAV. W przedstawionym przykładzie okres CFP jest

krótszy niż był pierwotnie planowany, sytuacja

taka ma miejsce, gdy:



nie wszystkie stacje zadeklarowane na liście

przeprowadziły transmisję,



wielkość ramek z danymi nie miała maksymalnego

rozmiaru.

Skrócenie okresu CFP automatycznie wydłuża czas

trwania okresu z dostępem rywalizacyjnym CP.

Zmiana wypełnienia

superramki

Skrócony czas CFP

- Stacja koordynująca stara się, aby

czas trwania superramki był możliwie najbardziej zbliżony do

nominalnego, z tego też powodu skrócenie CFP nie skraca

wielkości superramki, a wydłuża okres dostępu

rywalizacyjnego CP.

Wcześniejsze rozpoczęcie okresu z rywalizacją o dostęp CP,

poprzez wyzerowanie wektora alokacji NAV, jest korzystne

dla stacji, które nie przeszły w stan uśpienia po odebraniu

ramki Beacon oraz dla stacji, które sygnału tego nie

odebrały. Korzyść ta wynika z faktu, że po przeprowadzeniu

aktualizacji wektora NAV i odczekaniu DIFS mogą wcześniej

przystąpić do procesu rywalizacji i przesyłania danych.

Pozostałe stacje, które przeszły w stan uśpienia mają

wyłączony układ nadawczo - odbiorczy i dlatego nie wiedzą o

wcześniejszym zakończeniu okresu bezkolizyjnego CFP.

Zmiana wypełnienia

superramki

- Okres dostępu rywalizacyjnego opartego

na funkcji DCF. W przedstawionym przykładzie

okres ten zwiększył się w porównaniu do

planowanego o niewykorzystaną część CFP.

Ramka Beacon

określa początek nowej

superramki, jednocześnie kończąc okres

dostępu rywalizacyjnego CP i zamyka

analizowaną superramkę.

Utrzymanie nominalnej

długości okresu superramki



W odpowiedzi na zapotrzebowanie na transmisję danych

synchronicznych, twórcy standardu 802.11 zmuszeni byli

podzielić czas transmisji na okresy o deklarowanej wielkości

tzw. superramki. Od nominalnej wielkości superramki zależy

częstość, z jaką stacje będą mogły przesyłać dane. Z tego też

powodu wprowadzono mechanizm, który nieustannie dąży do

zrównania rzeczywistej wielkości superramki z jej nominalną

długością, a ewentualne rozbieżności koryguje skróceniem

okresu rywalizacyjnego w następnych okresach. Wahania

okresu superramki powstają, gdyż koordynator, nie mając

prawa przerwać trwającej transmisji, zmuszony jest czekać do

jej zakończenia, aby wygenerować kolejny sygnał Beacon.

Ograniczenie to wprowadza pewne przesunięcia okresów CFP,

które system koryguje skracając czas przewidziany na

transmisję bazującą na rywalizacji o medium.

Utrzymanie nominalnej

długości okresu superramki

Koniec wcześniejszej superramki.

CFP

- Okres dostępu bezkolizyjnego. Ramka Beacon

inicjuje nową superramkę, a tym samym rozpoczyna okres

transmisji w oparciu o funkcję PCF. Po odpytaniu

wszystkich stacji znajdujących się na liście, koordynator

kończy okres CFP i zwalnia medium sygnałem CF-End na

rzecz stacji oczekujących na rozpoczęcie rywalizacji w

ramach okresu CP.

- Okres z dostępem rywalizacyjnym. W prezentowanym

przykładzie pod koniec nominalnego czasu przewidzianego

dla okresu CP, jedna ze stacji zakończyła pozytywnie

proces rywalizacji i rozpoczęła transmisję danych.

Utrzymanie nominalnej

długości okresu superramki

Opóźnienie

- Późne rozpoczęcie przekazu danych powoduje

wydłużenie okresu dostępu rywalizacyjnego CP oraz

przekroczenie nominalnego czasu przewidzianego na

superramkę. Koordynator nie ma prawa przerywania

transmisji, dlatego powstałe opóźnienie będzie starał się

wyeliminować w kolejnych superramkach. Aby móc to uczynić,

gdy upłynie nominalny okres superramki automatycznie

rozpocznie odliczać czas przypadający na kolejną superramkę.

Uruchomiony zegar pozwoli koordynatorowi ustalić moment, w

którym powinna zakończyć się kolejna superramka.

CFP

- Okres dostępu bezkolizyjnego. Ramka Beacon

rozpoczyna następną superramkę. Powstałe opóźnienie nie

rzutuje na transmisję w obrębie CFP.

Utrzymanie nominalnej

długości okresu superramki

- Okres z dostępem rywalizacyjnym. Okres CP jest

skrócony, ponieważ koordynator rozpoczął odmierzanie

przewidzianego czas aktualnej superramki przed jej

faktycznym rozpoczęciem. Jednak i tym razem trwająca

transmisja uniemożliwiła koordynatorowi pełne

wyeliminowanie opóźnienia. Dalszą korektę będzie

nanosił w kolejnych superramkach.

Ramka Beacon rozpoczynająca kolejną superramkę.

Transmisja danych w okresie

dostępu bezkolizyjnego - CFP

W okresie dostępu bezkolizyjnego, nad ruchem w kanale

czuwa stacja koordynatora, której głównym obowiązkiem

jest przyznawanie stacjom, według określonych zasad,

prawa do przeprowadzenia transmisji. Sposób

udostępniania medium oraz zasady obowiązujące w

okresie

CFP zostały omówione na następujących przykładach:



wymiana danych w okresie CFP pomiędzy stacjami, a

koordynatorem,



transmisja informacji w okresie CFP pomiędzy stacjami

pod nadzorem koordynatora w ramach tego samego

zespołu usług BSS.

Ramki transmisyjne standardu

802.11



Preambuła PLCP

(ang. Physical Layer Convergence Protocol)

umożliwia synchronizację nadajnika i odbiornika oraz

ustawienie wzajemnych relacji czasowych. W warstwie fizycznej

standardu 802.11 na preambułę składają się dwa pola:



SYNC (ang. Synchronization)



SFD (ang. Start Frame Delimiter)



Nagłówek PLCP

- zawiera parametry warstwy fizycznej,

między innymi prędkość transmisji oraz długość ramki MAC.



MPDU

(ang. MAC Protocol Data Unit)

- ramka MAC.

Ramki transmisyjne standardu

802.11

Ramki podzielone zostały na trzy główne typy:



ramki danych

- za pośrednictwem których stacje

przesyłają dane.



ramki kontrolne

- które wspomagają transmisję ramek

danych, realizując takie operacje jak: oczyszczanie zasięgu,

przejmowanie medium transmisyjnego, pozytywnego

potwierdzania otrzymanych danych oraz wspierają funkcję

rozpoznawanie stanu nośnika.



ramki zarządzające

- przeznaczone do realizacji funkcji

nadzorczych, za ich pośrednictwem dokonuje się

nawiązywanie i zrywanie kontaktu z siecią bezprzewodową

oraz zmiana skojarzenia z punktem dostępowym.

Ramki transmisyjne standardu

802.11

Ramki transmisyjne w zależności od stosowanego sposobu

adresowania

związanego z realizowanym typem wysyłki dzielą się również na:



ramki typu unicast

- są to ramki przesyłane w wysyłce

jednostkowej przeznaczone dla pojedynczego adresata.

Pierwszy bit adresu stacji docelowej wysyłanego ma wartość 0.



ramki typu multicast

- ramki tego rodzaju są adresowane do

grupy stacji, a tego typu wysyłka nosi nazwę wysyłki

wielokrotnej. Pierwszy bit adresu ma wartość 1.



ramki typu broadcast

- wykorzystywane są w wysyłce

rozgłoszeniowej, a w polu adresowym znajdują się same jedynki

Ramki kontrolne

Ramka RTS

RTS

(ang. Request To Send)

służy do inicjacji procesu rezerwacji

kanału



Frame Control

- pole sterujące,



Duration/ID

- wielkości wektora NAV,



- adres odbiornika,



- adres nadajnika,



FCS

- suma kontrolna.

Pola elementu Frame Control

oraz ich funkcje



PROTOCOL VERSION – 2 bity - określa wersję protokołu

802.11 MAC. Jest to wartość przewidziana na przyszłość

(np. dla standardu 802.11n/s) i ustawiona jest na 0.



TYPE – 2 bity - określa jeden z trzech typow ramki MAC:

kontrolna, zarządzająca lub danych. Czwarta możliwość jest

zarezerwowana.



SUBTYPE – 4 bity - określa podtyp ramki



TO DS. – 1 bit - określa, czy ramka przeznaczona jest dla

systemu dystrybucyjnego (np. AP)



FROM DS. – 1 bit - określa, czy ramka pochodzi od systemu

dystrybucyjnego (np. AP)

Pola elementu Frame Control

oraz ich funkcje



MORE FRAGMENTS – 1 bit - określa, czy ramka jest

fragmentem danej ramki czy jest kompletna.



RETRY - 1 bit - określa czy ramka jest retransmitowana.



POWER MANAGEMENT – 1 bit - wskazuje tryb zasilania stacji

(oszczędny, normalny).



MORE DATA – 1 bit - informuje stację odbiorczą o

przeznaczonej dla niej porcji danych, które są zbuforowanie

w AP.



WEP – 1 bit - informuje, że do szyfrowania ramki

zastosowano algorytm WEP (ang. Wired Equivalent Privacy)



ORDER – 1 bit - określa porządek przesyłania ramek.

Zazwyczaj ustawione jest na 1.

Ramki kontrolne

Ramki: CTS, ACK

CTS

służy do potwierdzania rezerwacji kanału

ACK

informuje o poprawności transmisji danych.



Frame Control

- pola sterującego,



Duration/ID

- wielkości wektora NAV,



- adres odbiornika,



FCS

- suma kontrolna.

Ramki kontrolne

Ramka PS-Poll

Stacja wysyłając ramkę

PS-Poll

(ang. Power Save Poll)

informuje

punkt dostępowy o swoim wyjściu ze stanu uśpienia i oczekiwaniu na

ramki zbuforowane w jego pamięci.



Frame Control

- pole sterujące,



AID

(ang. Association ID)

- identyfikator stacji nadawany przez

punkt dostępowy gdy nawiązują połączenie,



BSSID

- 48 bitowy identyfikator BSS-a,



- adres nadajnika,



FCS

- suma kontrolna.

Ramki kontrolne

Ramka CF-End

Ramka CF-End w transmisji opartej na algorytmie PCF, kończy

okres

o dostępie bezkolizyjnym CFP



Frame Control

- pole sterujące,



Duration/ID

- wektor NAV zostaje wyzerowany,



- adres odbiornika,



BSSID

- 48 bitowy identyfikator BSS-a,



FCS

- suma kontrolna.

Ramki zarządzające

Beacon, Probe, Reassociation,

Authentication



Obsługa połączeń sieciowych w systemach

opartych o standard 802.11 realizowana jest za

pomocą

ramek zarządzających



Niezależnie od realizowanej funkcji każda ramka

zarządzająca ma identyczną strukturę składającą

się z następujących pól:

Ramki zarządzające

Beacon, Probe, Reassociation,

Authentication



Frame Control

- pole sterujące,



Duration/ID

- wielkości wektora NAV,



- adres docelowy,



- adres źródłowy,



BSSID

- 48 bitowy identyfikator BSS-a,



Numer sekwencji

- numer sekwencji,



Pole danych

- Treść ramki jest nośnikiem głównej

informacji. Dzielona jest na pola o stałej i

zróżnicowanej długości, te pierwsze noszą nazwę

pól stałych, a drugie elementów informacyjnych lub

inaczej blogów,



FCS

- suma kontrolna.

Ramka z danymi

(ang. Frame Data)



Frame Control

- pole sterujące,



Duration/ID

- wielkości wektora NAV,



ADDRESS 1, 2, 3, 4

- zależne od typu i podtypu ramki,



SEQUENCE CONTROL

- informujący system o numerze

kolejnego fragmentu ramki;



FCS

- zawierający sumę kontrolną CRC32, obliczaną na

podstawie wszystkich pozostałych pól ramki.

Transmisja z modulacją

wąskopasmową



możliwość wystąpienia długotrwałych zakłóceń,

na przykład ze strony innych użytkowników

pracujących w danym paśmie

Transmisja z rozpraszaniem

widma FHSS



częste zmiany kanału sprawiają, iż w momencie

wystąpienia kolizji tracona jest tylko część

transmisji, która emitowana jest w zakłóconym

kanale.

Warstwa fizyczna DSSS



Zastosowanie

procesu korelacji

nadaje transmisji

dużą odporność na błędy powstające w wyniku

interferencji z wąskopasmowymi zakłóceniami.



Uszkodzenie nawet kilku chipów rozpraszających dany

bit, umożliwia odbiornikowi właściwe zinterpretowanie

sygnału nie pogarszając przepustowości łącza.

Document Outline