Transcript ppt

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), i
b) prošireni skup servisa (extended service set- ESS).
Osnovni skup servisa
IEEE 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 BSSovima.
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 servisa
ESS 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 stanica
U 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), i
iii) 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)
y
y
z
x
z
side view (xy-plane)
x
side view (yz-plane)
top view (xz-plane)
z
z
x
x
top view, 3 sector
directed
antenna
top view, 6 sector
sectorized
antenna
Propagacija signala
shadowing
reflection
refraction
scattering
diffraction
 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
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
sender
transmission
distance
detection
interference
Propagacija duž različitih puteva
multipath 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
multipath
LOS pulses pulses
signal at sender
signal at receiver
 Signal can take many different paths between sender and receiver due
to:



reflection
scattering
diffraction
Efekt mobilnosti
power
short term fading
long term
fading
t
 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)
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 LANove.
 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 medijumu
d) 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

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.
aplikacioni
podaci
Aplikac. nivo
TCP
zaglavlje
TCP nivo
IP
zaglavlje
IP nivo
LLC
zaglavlje
LLC nivo
MAC
zaglavlje
MAC
rep
TCP segment
IP datagram
LLC PDU
MAC okvir
MAC nivo
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/switcha).
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 GHz
HFSS
1 Mbps
2 Mbps
2.4 GHz
DSSS
1 Mbps
2 Mbps
IR
1Mbps
2 Mbps
5 GHz
OFDM
6, 9, 12, 18,
24,
36, 48, 54
Mbps
2 – 4 GHz
DSSS
5.5 Mbps
11 Mbps
Napomena: FHSS- Frequency Hopping Spread Spectrum; DSSS – Direct
Sequence Spread Spectrum; OFDM – Orthogonal Frequency Division
Multiplexing
Definisanje triju fizičkih medijuma
2.4 GHz
HFSS
1 Mbps
2 Mbps

2.4 GHz
DSSS
1 Mbps
2 Mbps
IR
1Mbps
2 Mbps
5 GHz
OFDM
6, 9, 12, 18,
24,
36, 48, 54
Mbps
2 – 4 GHz
DSSS
5.5 Mbps
11 Mbps
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.
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 NAV
Kada 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 stanice
Sada 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 preda
podatke 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