Подуровень MAC стандартов сетей Wi-Fi

Протокол подуровня управления доступом к среде MAC (Medium Access Control) в стандарте 802.11 отличается от аналогичного протокола в проводной сети Ethernet. В Ethernet используется механизм множественного доступа к общему каналу связи с контролем несущей и обнаружением конфликтов CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection). Станция может начать передачу, если канал свободен. Если шумовой всплеск не приходит обратно в течение определённого времени, то кадр доставлен корректно. Таким образом, даже при передаче устройство должно контролировать канал, т.е. работать на приём. В беспроводных сетях такой способ не годится. Существуют в беспроводной сети проблемы скрытой и засвеченной станции. В результате не получается прослушать эфир и осуществить передачу только тогда, когда он никем не занят. Эти проблемы рассмотрим на участках сети, приведенных на рис. 24.3 и 24.4. Мощность передатчиков такова, что радиус действия ограничен только соседними станциями, т.е. A и B, C и B, C и D.

Рассмотрим проблему скрытой станции (рис. 24.3). Станция А передает сообщение станции В. Станция C передаёт сообщение станции B. Если станция С опрашивает канал, то она не будет слышать станцию А, находящуюся вне ее зоны действия. В результате станция С не слышит, что станция В уже занята и начнет передавать сообщение ей. В результате это сообщение исказит сообщение, принимаемое В от А.

Рис. 24.3. Проблема скрытой станции

Рассмотрим проблему засвеченной станции (рис. 24.4). Станция В передает станции А сообщение. Станция С при опросе канала слышит выполняемую передачу и может ошибочно предположить, что она не в состоянии передавать данные станции D. В действительности такая передача создала бы только помехи в зоне от станции В до станции С, где в данный момент не ведется прием.

Рис. 24.4. Проблема засвеченной станции

Для устранения этих проблем в стандарте 802.11 для режима Ad Hoc без точки доступа принят режим CSMA/CA (Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance) - множественный доступ с контролем несущей и предотвращением коллизий. Сети Ad Hoc должны поддерживать этот протокол. На рис. 24.5 и 24.6 показан пример использования режима CSMA/CA, основанного на протоколе MACAW. Станция D входит в зону действия B, но не входит в зону действия А. Станция С находится в зоне действия А, а также возможно в зоне действия В.

Рис. 24.5. Расположение станций примера использования протокола MACAW

На рис. 24.6. показан принцип работы протокола MACAW для предотвращения коллизий. Станция А посылает станции В кадр RTS запроса разрешения на передачу. Рассмотрим процесс с точки зрения станции А. Если В может принять данные, она отправляет в А подтверждение готовности приема – кадр CTS. После приема CTS станция А запускает таймер АСК и начинает передачу данных. В случае приема неискаженного сообщения станция В передает в А кадр о конце передачи данных АСК.

Рис. 24.6. Принцип работы протокола MACAW для предотвращения коллизий

Рассмотрим процесс с точки зрения станций C и D. Станция С находится в зоне действия А, поэтому она также принимает кадр RTS, в котором указано, сколько времени займет передача данных из А в В. В течение этого времени С считает, что канал занят, и она не должна передавать данные. Индикацией такого состояния является состояние NAV. Станция D не охвачена зоной действия А, а поэтому кадр RTS не поступает к ней. Зато кадр CTS, посланный станцией В поступает в D, которая также выставляет состояние NAV. В результате D считает канал занятым и не передает в течение определенного времени данные в адрес станции В.

Приведем основные поля кадра 802.11:

· поле управления кадром. Указывает тип кадра (информационный, контрольный, управления). Примером информационного кадра являются данные или сообщение о переходе станции в режим работы с пониженным энергопотреблением. Примером контрольного кадра являются приведенные выше кадры RTS, CTS, ACK. Кадры управления используются для управления связью станций и точек доступа (например, кадры аутентификации пользователя или отмены аутентификации);

· поле идентификатор длительности. (например, приведенное выше поле NAV);

· поле адресов. Возможны следующие типы адресов: отправителя, получателя, исходящей ячейки точки доступа, входящей ячейки точки доступа;

· поле данные. Длина данных кадра может достигать 2312 байт. Коэффициент ошибок в канале беспроводных локальных вычислительных сетях БЛВС значительно хуже, чем в проводных ЛВС. Для повышения производительности БЛВС применяется разбиение кадров на фрагменты, которые содержат собственную контрольно-проверочную сумму. Фрагментация повышает производительность путем принудительной повторной пересылки коротких фрагментов, в которых произошла ошибка, а не кадров целиком;

· поле номер позволяет нумеровать фрагменты. Из 16 бит поля 12 идентифицируют кадр, а 4 – фрагмент;

· поле контрольно проверочная комбинация циклического кода.