Доступ к сети и обеспечение качества обслуживания

Для передачи кадра станция должна занять выделенный частотный канал связи. Основным методом доступа к сети является множественный доступ с контролем несущей и предотвращением коллизий (CSMA/CA – carrier sense multiple access with collision avoidance). Передающая станция проверяет, занят ли канал, и прежде чем начать передачу кадра, ожидает его освобождения.

Доступ к сети абонентских станций и возможность передачи кадров в сетях 802.11 осуществляют с помощью координатных функций. При использовании распределенной координатной функции DCF (distributed coordination function) все станции, включая точку доступа АР, имеют одинаковый приоритет и занимают канал на основе состязаний с таймерами отката. При состязаниях станция устанавливает таймер отката случайным образом в заданном диапазоне (окне состязаний CW ‒ contention window), рис. 4.17[3]. В процессе состязаний происходит считывание содержимого таймера по временным слотам. При достижении нуля станция получает право занять канал.

Рис. 4.17. Возможные значения окон состязаний

Принцип действия DCF поясняет рис. 4.18. На нем показано, как станции занимают каналы; показан также случай возникновения коллизии, т.е. одновременной передачи кадров двумя станциями. Перед началом состязаний обязателен межкадровый интервал DIFS. При этом станция, принявшая кадр, должна ответить отправителю кадром подтверждения. Принятый кадр и кадр подтверждения ACK разделяют коротким межкадровым интервалом SIFS (рис. 4.19)..

Рис. 4.18. Работа станций в режиме DCF

Рис. 4.19. Передача кадра в режиме DCF

Параметры DIFS, SIFS и длительность временных слотов для различных вариантов стандарта приведены в табл. 4.4.

Таблица 4.4

На самом деле в сетях Wi-Fi передача идет суперкадрами, длину которых и структуру регулирует точка доступа (АР). В начале суперкадра АР передает кадр маяка, содержащий системную информацию (в том числе необходимую для подключения станций к сети) и описывающий структуру суперкадра. Кроме доступа к сети на основе DCF, возможен доступ с использованием точечной координатной функции PCF (point coordination function). В этом периоде суперкадра станции выходят на связь только по опросу АР (рис. 4.20). Метод PCF неоптимален с точки зрения использования канального ресурса, но его иногда применяют при передаче IP-телефонии, где необходимо минимизировать задержки сигнала.

Рис. 4.20. Передача данных в суперкадре

Сети Wi-Fi поддерживают 4 класса трафика, расставленные в порядке приоритетов:

Voice – телефонию с качеством передачи на уровне междугородной связи,

Video – передачу телевидения,

Best Effort – чтение Интернет-файлов,

Background – передачу файлов с низким приоритетом.

Для доступа к сети используют гибридную координатную функцию (hybrid coordination function, HCF). HCF определяет два механизма доступа к среде:

· доступ к каналу, основанный на состязании (contention-based channel l access);

· управляемый доступ к каналу (controlled channel access).

Доступу к каналу, основанному на состязании, соответствует расширенный распределенный доступ к каналу (enhanced distributed channel access, EDCA), а управляемому доступу к каналу соответствует доступ к каналу, управляемому HCF (HCF controlled channel access, HCCA). Внутри суперфрейма возможны 2 фазы работы: периоды состязания (CP) и свободные от состязания периоды (CFP). EDCA используют только в CP, а HCCA используют в обоих периодах. HCF объединяет методы DCF и РCF, поэтому ее называют гибридной. В HCF в зависимости от класса трафика можно менять размеры окна состязаний, а также длину межкадрового промежутка при работе с состязаниями. Вместо одинакового для всех станций DIFS вводят регулируемую величину AIFS (Arbitration Interframe Space), длительность которого зависит от класса трафика (рис. 4.21).

Рис. 4.21. Изменение AIFS в зависимости от класса трафика

[1] Фактически при передаче используют дискретное быстрое обратное преобразование Фурье, а при приеме дискретное быстрое прямое преобразование Фурье.

[2] UNII - Unlicensed National Information Infrastructure; ISM - industrial, scientific and medical radio band

[3] Минимальное окно Cmin=15 возможно только в сетях IEEE802.11n и IEEE802.11ac