Geum.ru

Перескок частот

Вид материалаДокументы

Содержание


Управление доступом к среде в 802.11
Надежная доставка данных.
Управление доступом.
Точечная координационная функция.
Подобный материал:

Перескок частот


FHSS использует множественные каналы, причем перестройка между каналами выполняется на основе псевдослучайной последовательности. Пример FHSS показан на рисунке.

Перестройка частоты сигнала происходит через определенные интервалы времени. Изменение рабочих частот приемника синхронизируется с передатчиком, что позволяет получить сигнал. К преимуществам данного метода относится защита от помех и прослушивания. Если две системы с перескоком частот используют один и тот же частотный диапазон, они с целью избежания интерференции должны использовать разные шаблоны перескоков частот (см. рисунок). Последовательности, которые не перекрываются, называются ортогональными.

Для передачи FH-сигнала используется 2k несущих частот, которые составляют 2k каналов. Расстояние между несущими обычно равно ширине полосы входного сигнала. При передаче каждый канал используется в течение фиксированного времени. Последовательность использования каналов задается кодом расширения, который знают приемник и передатчик, синхронно осуществляя переход между каналами.


В схеме 802.11 используются каналы шириной 1МГц. Число каналов колеблется от 23 (Япония) до 70 (США). Параметры схемы FHSS стандартом не задаются. В США минимальная скорость перестройки частоты составляет 2,5 раза в секунду. Минимальное расстояние перехода (по частоте) составляет 6МГц (для США и большей часто Европы), в Японии – 5МГц. Шаблон в США и большей части Европы начинается так: {3, 26, 65, 11, 46, 19, 74, 50, 22, ...}.


В качестве схемы модуляции для скорости 1Мбит\с используется двухуровневая гауссова частотная манипуляция (GFSK). Двоичный 0 и 1 кодируются как отклонение от текущей несущей частоты.


Для скорости 2Мбит\с используется четырехуровневая GFSK, в которой 4 различных отклонения от несущей представляют 4 2-битовые комбинации нулей и единиц.

Управление доступом к среде в 802.11


Уровень MAC охватывает три функциональные области: надежную доставку данных, управление доступом и безопасность.


Надежная доставка данных.

Физический уровень и MAC уровень не надежны, что приводит к потере большого числа кадров. Даже при использовании кодов с коррекцией ошибок успешно принять удается далеко не все кадры MAC. Решение можно перенести на следующий уровень (TCP). Однако это приводит к потере производительности за счет использования таймеров верхнего уровня. Следовательно, обработку ошибок целесообразно проводить на уровне MAC. C этой целью в 802.11 введен протокол обмена кадров. При получении информационного кадра станция возвращает станции-отправителю кадр подтверждения – ACK. Это есть элементарное действие, которое не может быть прервано другой станцией. Если станция не получает ACK (по любой причине), она повторно повторяет информационный кадр.

Для дальнейшего повышения надежности используется схема, состоящая из 4 кадров, в которую включены кадр запроса на передачу – RTS (request to send) и кадр готовности передачи – CTS (clear to send). Кадр RTS оповещает все станции в пределах области приема исходной станции о том, что происходит обмен информацией; все станции, принявшие этот кадр должны воздержаться от передачи, чтобы избежать конфликта вследствие одновременной передачи двух кадров. Кадр CTS оповещает все станции в пределах области приема станции назначения, что происходит обмен информацией. Использование RTS / CTS требуется MAC, но их использование может быть заблокировано.


Управление доступом.

Существует два способа MAC:

принятие решения о передаче распределяется по всем узлам, используя для этого механизм детектирования несущей;

протоколы централизованного доступа, которые включают регулирование передачи централизованным принятием решения.

Первый тип протоколов имеет смысл использовать в эпизодических сетях равноправных станций и в том случае, если траффик носит пульсирующий характер.

Протоколы централизованного доступа подходит для конфигурации, в которой между собой связаны несколько беспроводных станций и имеется базовая станция, подключенная к магистральной проводной ЛВС.

Алгоритм MAC DFWMAC (distributed foundation wireless MAC – распределенный основной беспроводной протокол MAC) разработан для 802.11 и представляет механизм распределенного управления доступом (DCF, distributed coordination function) с возможным надстроенным централизованным механизмом (PCF, point coordination function). DCF использует алгоритм состязаний. Обычный асинхронный информационный поток напрямую использует DCF. PCF (доступ без состязания) надстраивается над DCF, используя его функции.

DCF использует простой алгоритм CSMA. Если станция имеет готовый кадр MAC, она прослушивает среду. Если среда свободна, станция может передавать; если – нет – станция должна дождаться, пока не завершится передача. DCF не содержит функции обнаружения конфликтов (CSMA/CD), т.к. обнаружение конфликтов в беспроводной среде – непрактично. Для обеспечения работы алгоритма используется набор задержек, которые эквивалентны схеме приоритетов.

Рассмотрим задержку IFS (interframe space, межкадровый промежуток). Тогда алгоритм доступа будет следующим:

1) Станция, имеющая готовые к передаче кадры прослушивает среду; если среда свободна, станция ожидает, будет ли среда свободна в течении времени IFS. Если – да, то станция может передавать немедленно.

2) если среда занята (на начало прослушивания или за время IFS), станция откладывает передачу, и наблюдает за средой, пока не будет завершена передача.

3) Как только текущая передача завершена, станция выжидает еще один промежуток времени IFS. Если в течение этого времени среда остается свободной, станция освобождает среду и снова прослушивает ее. Если среда остается свободной, станция может начинать передачу. Если в течении времени отсрочки среда занимается, таймер отсрочки останавливается и запускается после освобождения среды.

Для обеспечения устойчивости введен метод экспоненциальной отсрочки. Станция постоянно пытается начать передачу и, каждый раз сталкиваясь с конфликтом, удваивает среднее время случайной задержки. Без подобной задержки могли бы возникать очень частые конфликты. Вводятся следующие значения IFS

SIFS – short IFS, краткий IFS; минимальный IFS, используемый для всех немедленных ответных действий;

PIFS – point coordination function IFS, IFS точечной координационной функции; IFS среднего размера, используется PCF для организации доступа;

DIFS - distributed coordination function IFS, IFS распределенной координационной функции; наибольший IFS, используемый при состязании информационных кадров.

На рисунке показано использование временных промежутков.

SIFS используется в следующих случаях:

Подтверждение (ACK) – когда станция получает кадр, адресованный только ей (не широковещательная рассылка), она отвечает кадром ACK рослее ожидания в течение времени SIFS. Кроме этого SIFS может использоваться для обеспечения эффективной доставки модуля данных протокола (PDU) LLC, которая требует нескольких кадров MAC. При этом станция с готовым к передаче PDU LLCпоследовательно передает кадры MAC. Каждый кадр подтверждается получателем по происшествии времени SIFS. Когда станция получает ACK, она после истечения времени SIFS посылает следующий кадр последовательности. В результате, как только станция захватит канал, она будет удерживать его до окончания передачи всех фрагментов PDU LLC.

«Свободен для передачи» - CTS. Станция может гарантировать доставку своего кадра, выпустив RTS. Станция, которой адресован этот кадр, должна немедленно ответить CTS, если она готова к приему. Все остальные станции получают RTS и ожидают, используя среду, пока не увидят соответствующий CTS или пока не истечет предопределенное время ожидания.

Ответ на опрос (poll response) – будет рассмотрено при анализе PCF.

Следующим по размеру интервалом является PIFS, что делает централизованное управление доступом к среде более приоритетным по сравнению с обычным информационным потоком.

DIFS используется для организации обычного асинхронного информационного потока.


Точечная координационная функция.

Работа PCF заключается в опросе, производимом централизованным мастером опроса (точечным координатором). Точечный координатор использует время PIFS для отправки запросов. Т.к. PIFS < DIFS, точечный координатор может захватывать среду и блокировать асинхронный поток информации на время отправки запросов и получения ответов.

Рассмотрим следующий предельный случай. Сеть сконфигурирована так, что несколько станций с чувствительным ко времени информационным потоком контролируются точечным координатором, тогда как остальные состязаются с использованием CSMA. Точечный координатор может циклически выпускать запросы ко всем станциям, сконфигурированным для упорядоченного опроса. При запуске запроса опрашиваемая станция может ответить, используя SIFS. Если точечный координатор получает ответ, он выпускает другой запрос, используя PIFS. Если в течение предопределенного времени не получено отклика, координатор выпускает запрос. В данной ситуации координатор может полностью заблокировать асинхронный поток, выпуская запросы. Для предотвращения блокировки определяется интервал, известный как суперкадр (superframe). В течение первой части этого интервала точечный координатор циклически выпускает запросы ко всем станциям, сконфигурированным для упорядоченного опроса. Затем точечный координатор выключается на оставшееся время, давая возможность станциям посоревноваться за асинхронный доступ.

В начале суперкадра точечный координатор может захватить управление и выпускать запросы в течение данного периода времени. Этот промежуток переменный, т.к. запрашиваемые станции выпускают кадры переменного размера. К оставшейся части суперкадра имеется доступ, определяемый состязанием. В конце интервала точечный координатор состязается за доступ к среде, используя PIFS. Если среда свободна – точечный координатор получает немедленный доступ, и начинается новый период суперкадра. Если среда занята, то точечный координатор должен подождать, пока среда не освободится, и лишь затем получить доступ; в результате сокращается период суперкадра на следующий цикл.


Кадр MAC.

Frame Control – управление кадром; указывается тип кадра и предоставляется управляющая информация (см. далее)

Duration \ ID - Идентификатор длительности \ соединения – если используется поле длительности, указывается время (в мкс), на которое требуется выделить канал для успешной передачи кадра MAC. В некоторых кадрах в этом поле указывается идентификатор ассоциации, или соединения.

Адреса – число и значение полей адреса зависит от контекста. Возможны следующие типы адреса: источника, назначения, принимающей и передающей станции.

SeqCtl - Управление очередностью – содержит 4-битовое подполе номера фрагмента, используемое для фрагментации и повторной сборки и 12 битовый порядковый номер, используемый для нумерации кадров, передаваемых между данными приемником и передатчиком.

Тело кадра – содержит модуль или фрагмент MSDU. В данном случае MSDU – модуль данных протокола LLC или управляющая информация MAC.

Контрольная последовательность кадра – 32 битовая проверка четности с избыточностью.

Поле управления кадром состоит из следующих полей – версия протокола (текущая версия - 0)

Тип – определяет тип кадра (контроль, управление или данные)

Подтип – дальнейшая идентификация функций кадра.

К DS – координационная функция MAC присваивает биту значение 1, если кадр предназначен распределительной системе;

От DS – координационная функция MAC присваивает биту значение 0, если кадр исходит от распределительной системы;

Больше фрагментов. 1, если за данным кадром следуют еще несколько;

Повтор; 1, если данный кадр является повторной передачей предыдущего.

Управление мощностью – 1, если передающая станция находится в режиме ожидания;

Больше данных; указывает, что станция передала не все данные; каждый блок может передаваться как один кадр или как группа фрагментов в нескольких кадрах.

WEP; 1, если алгоритм WEP реализован;

Порядок; 1, если используется услуга строгого упорядочения, указывающая адресату, что кадры должны обрабатываться строго по порядку.


Контрольные кадры

Опрос выхода из экономичного режима (PS-опрос). Данный кадр передается любой станцией станции, имеющей точку доступа. В кадре запрашивается передача кадра, прибывшего, когда станция находилась в режиме энергосбережения, и в данный момент размещенного в буфере точки доступа.

Запрос передачи (RTS), Готов к передаче (CTS), Подтверждение (ACK) – см. ранее;

Без состязания (CF) – конец – объявляет конец периода без состязания; часть стратегии использования точечной координационной функции;

CF–конец + CF–подтверждение – подтверждает кадр CF–конец. Данный кадр завершает период без состязания и снимает со станций все ограничения, связанные с этим периодом.


Информационные кадры.

Данные – просто информационный кадр; может использоваться как в период состязания, так и в период без состязания.

Данные + CF-подтверждение – может использоваться в период без состязания. Помимо данных в этом кадре имеется подтверждение ранее полученной информации;

Данные + CF-опрос – используется точечным координатором для доставки данных к мобильной станции и для запроса у мобильной станции информации, которая находится у нее в буфере;

Данные + CF-подтверждение + CF-опрос – объединяет в одном кадре функции двух описанных выше кадров;


Остальные четыре подтипа информационных кадров не переносят данных пользователя. Информационный кадр «нулевая функция» не переносит ни данных, ни запросов, ни подтверждений, а используется для передаче точке доступа бита управления питанием в поле управления кадром, указывая, что станция перешла в режим с пониженным энергопотреблением. Оставшиеся три кадра (CF-подтверждение, CF-опрос, CF-подтверждение + CF-опрос) имеют те же функции, что описаны выше, но не несут пользовательских данных.

Кадры управления.

Используются для управления связью станций и точек доступа.

Запрос ассоциации – посылается станцией к точке доступа с целью запроса ассоциации с данными BSS. Кадр включает информацию о возможностях, например, будет ли использоваться шифрование, или способна ли станция отвечать при опросе.

Ответ на запрос ассоциации. Возвращается точкой доступа и указывает, что запрос ассоциации принят.

Запрос повторной ассоциации – посылается станцией при переходе между BSS, когда требуется установить ассоциацию с точкой доступа в новом BSS. Использование повторной ассоциации позволяет новой точке доступа договориться со старой о передаче информационных кадров по новому адресу.

Ответ на запрос повторной ассоциации – см. выше.

Пробный запрос – используется станцией для получения информации от другой станции или точки доступа. Кадр используется для локализации BSS стандарта 802.11.

Ответ на пробный запрос – см. выше

Сигнальный кадр – передается периодически, позволяет мобильным станциям локализовать BSS.

Объявление начала трафика – посылается мобильной станцией с целью уведомления других (могут находиться в режиме пониженного энергопотребления), что в буфере станции находятся кадры, адресованные другим.

Разрыв ассоциации – используется станцией для аннулирования ассоциации;

Аутентификация – для аутентификации станцией используются множественные кадры

Отмена аутентификации – передается для прекращения безопасного соединения.