IEEE MAC IEEE MAC

Transcripción

1 La capa MAC IEEE cubre tres áreas funcionales. Entrega confiable de datos (Reliable data delivery) Control de Acceso Seguridad 49 Entrega confiable de datos Una WLAN está sujeta a ruido, interferencia, y otros efectos de propagación que pueden resultar en un número significativo de tramas perdidas. A pesar de tener códigos correctores de error habrán tramas con error. Se podría delegar a mecanismos de confiabilidad de las capas superiores. Temporizadores usados para retransmisión en capas superiores pueden estar en el orden de segundos. Es mas eficiente manejar los errores en la capa MAC. Cuando una estación recibe una trama de datos, retorna un ACK al origen. Este intercambio se toma como una unidad atómica, que no debe ser interrumpida por una transmisión de otra estación. Si el origen no recibe el ACK en un intervalo de tiempo establecido, retransmite la trama. Su trama de datos fue dañada. El ACK fue dañado. Para mejorar la confiabilidad, se utiliza el protocolo basado en el intercambio de 4 tramas (explicado anteriormente). Para disminuir la probabilidad de colisiones, producto de que dos nodos no puedan escucharse, a mas de sensar el canal físicamente, el estándar implementa un mecanismo de sensado virtual de portadora (usando los tiempos del NAV) basado en: RTS, CTS, DATOS, ACK. 50

2 Protocolo de acceso distribuido Distribuye la decisión de transmitir a todos los nodos. Como en Ethernet. Usando un mecanismo de detección de portadora. Útil en redes ad hoc. Útil para configuraciones en donde se tiene tráfico principalmente de tipo ráfaga. Protocolo de acceso centralizado Un ente central toma la decisión. Útil cuando se tiene un número de estaciones y un punto que hace las veces de estación base y se conecta a una LAN alámbrica. Especialmente eficaz si parte de los datos son de alta prioridad o sensibles al retardo. La MAC de IEEE se denomina DFWMAC (Distributed Foundation Wireless MAC) Provee un mecanismo de control de acceso distribuido con un control centralizado opcional, construido sobre el distribuido. La capa MAC consta de dos subcapas: PCF y DCF

3 DCF (Distributed Coordination Function) Utiliza un algoritmo de contención CSMA/CA (Carrier Sense Multiple Access/Collision Avoidance) Si una estación desea transmitir (solución inicial básica): Escucha el medio Si el medio está libre puede transmitir Si el medio no está libre debe esperar a que la transmisión en curso termine Una combinación de mecanismos de sensado físico y virtual permite determinar si el medio está libre u ocupado. El resultado del sensado físico es enviado a la MAC. No incluye una función para detección de colisiones. El rango dinámico de las señales en el medio es muy grande y una estación no puede distinguir señales débiles del ruido, y los efectos causados por su propia transmisión. Para la adecuada operación del algoritmo se utiliza un conjunto de retardos que configuran un esquema de prioridades. IFS (InterFrame Space): retardo. Existen tres tipos de IFS. Se explica el algoritmo considerando primero un solo tipo de IFS

4 DCF (Distributed Coordination Function) 1. Una estación que desea transmitir sensa el medio. Si el medio está libre, espera un periodo igual IFS para ver si el medio sigue libre. Si es así, la estación transmite inmediatamente. 2. Si el medio está ocupado (ya sea porque inicialmente la estación encontró al medio ocupado o porque el medio es ocupado durante el periodo IFS), la estación difiere la transmisión y continua monitoreando el medio hasta que la transmisión en marcha concluya. 3. Cuando la transmisión concluye, la estación espera otro IFS. Si el medio continua libre, la estación espera un tiempo extra (backoff time) determinado de forma aleatoria. Al final de este tiempo, sensa el medio nuevamente (esto no se aprecia en la figura); si el medio está aún libre, la estación puede transmitir. Si durante el tiempo extra (backoff), el medio es ocupado, el marcador del tiempo extra (backoff) es detenido, y continuará su cuenta cuando el medio sea liberado. 4. Si la transmisión fracasa, determinado por la ausencia de un ACK, se asume que ha ocurrido una colisión. 55 Control de acceso al medio BackOff Time= Random( )*SlotTime Comparar con la figura anterior que explica la lógica 56

5 Para garantizar estabilidad en el backoff se utiliza la técnica binary exponential backoff. Una estación intentará transmitir repetidamente frente a repetidas colisiones. Después de cada colisión, se duplica el valor medio del retardo aleatorio (hasta que se alcanza algún máximo). Binary exponential backoff ayuda a manejar condiciones de alto tráfico. Repetidos intentos fallidos resultan en tiempos cada vez mayores de backoff. 57 Control de acceso al medio DCF (Distributed Coordination Function) Se refina el esquema presentado para ofrecer acceso basado en prioridades usando 3 IFS: SIFS (short IFS): El IF mas pequeño. Se usa para acciones de respuesta inmediata. PIFS (Point coordination function IFS) IFS de duración intermedia. Utilizado por el controlador centralizado en el esquema PCF para emitir polls. DIFS (Distributed coordination function IFS) El IFS de mayor duración. Se utiliza como un retardo mínimo cuando se compite por el acceso para tramas asincrónicas. Para tráfico normal (ordinario) asincrónico. 58

6 DCF / SIFS Una estación que utilice SIFS para determinar la oportunidad para transmitir tiene la prioridad mas alta. Siempre ganarán acceso respecto a otras estaciones que usen PIFS o DIFS. Uso de SIFS con ACKs Cuando una estación recibe una trama direccionada de forma exclusiva para ella (no multicast ni broadcast), responde con un ACK luego de esperar solo un SIFS. Provee un método eficiente para recuperarse de colisiones (si no recibo ACK hubo colisión de la trama enviada o se dañó la trama del ACK), y se debe considerar que la probabilidad de colisiones es mas alta por que no se usa CSMA-CD. Para entregar de forma eficiente PDUs LLC que requieren varias tramas. Se envía de trama en trama. Por cada trama el receptor envía un ACK esperando solo SIFS. Cuando el origen de las tramas recibe ACK, envía la siguiente esperando solo SIFS. Resultado neto es que una vez que la estación obtiene el acceso, mantiene el control del canal hasta que envíe todos los fragmentos de su PDU LLC. Uso de SIFS con CTS Luego de recibir un RTS, una estación emite un CTS si está lista a recibir. Uso de SIFS en respuesta a polls (consultas). Se discute al hablar de PCF. 59 Control de acceso al medio PCF (Point Coordination Function) /basado en prioridad Provee transferencia de tramas sin contención (Contention Free, CF). No se compite por el medio, el coordinador coordina el acceso. Se usa para transferencia de información para aplicaciones en las cuales el tiempo (retardos) es crítico. Se bloquea al tráfico asincrónico. Es opcional Se pueden tener las dos opciones en operación simultáneamente: DCF y PCF. Existe un periodo denominado Contention-free period durante el cual se utiliza esta modalidad (mas sobre el gráfico al hablar de Superframe). 60

7 PCF (Point Coordination Function) El Coordinador de Punto reside en el AP pata controlar la transmisión de tramas desde las estaciones. Todas las estaciones obedecen al Coordinador de Punto seteando su NAV al inicio de cada periodo libre de contención. Al inicio del periodo libre de contención, el coordinador de punto tiene la oportunidad de obtener el control del medio y mantener dicho control durante el periodo en mención. El coordinador de punto utiliza PIFS para acceder al medio. Espera menos que estaciones que operan bajo DCF (Distributed Coordination Function). Si el medio está libre luego de PIFS, el coordinador de punto envía una trama de beacon que incluye el elemento CF Parameter Set (duración máxima). Este valor indica la duración del periodo libre de contención. Cuando las estaciones reciben el beacon, todas cambian su valor de NAV a lo indicado en CF Parameter Set, lo que previene que las estaciones tomen control del medio hasta que se termine el periodo libre de contención. 61 Control de acceso al medio PCF (Point Coordination Function) Luego de enviar la trama de beacon, el Coordinador de Punto transmite una de las siguientes tramas, después de esperar al menos un SIFS. CF Poll Frame (Trama de consulta CF) El Coordinador de Punto envía esta trama a una estación particular, asignando a la estación el permiso de transmitir una sola trama a cualquier destino. Si la estación a la que se le hizo el poll no tiene tramas que transmitir, debe enviar una trama de datos NULL. Si la estación que transmite no recibe ACK (del AP), no puede retransmitir la trama a menos que el Coordinador de Punto le haga un poll otra vez. Data Frame Desde el Coordinador de Punto del AP a una estación particular. Si el Coordinador de Punto no recibe una trama ACK de la estación receptora, el Coordinador de Punto puede retransmitir la trama durante le periodo libre de contención después de PIFS. 62

8 PCF (Point Coordination Function) Data + CF Poll Frame El Coordinador de Punto envía una trama de dato y realiza un poll al mismo tiempo para que envíe una trama libre de contención. Forma de piggybacking para reducir sobrecarga en la red. CF End Frame Indica el fin del periodo libre de contención. Si el tiempo restante de CF expira. Si el Coordinador de Punto no tiene tramas que transmitir o estaciones a la que enviar polls. 63 Control de acceso al medio PCF (Point Coordination Function) Las estaciones tienen una opción de ser pollable (sujetas a recibir polls). Usando la trama de pedido de asociación. Se puede cambiar el valor usando una trama de pedido de reasociación. El Coordinador de Punto mantiene una lista de las estaciones que pueden recibir polls durante el periodo libre de contención. Por defecto, las estaciones que cumplen operan usando DCF. Como una opción, se pueden inicializar las estaciones para que utilicen PCF. En la mayoría de casos DCF será suficiente. Considera PCF si se requiere transmitir información crítica (limitada por el tiempo) como audio y video. PCF impone mayor sobrecarga en la red debido a la transmisión de tramas para el polling. 64

9 PCF/ Superframe Se utiliza PIFS cuando se emiten los polls. Como PIFS<DIFS, el maestro aprovecha el medio y bloquea al tráfico asincrónico mientras emite los polls y recibe las respuestas. Puede llegar a bloquear totalmente el tráfico asincrónico lo que debe prevenirse. Se usa un intervalo de tiempo conocido como superframe. Considerar la situación en la que la WLAN se configura así: El maestro controla un número de estaciones con tráfico sensible a los retardos. El resto del tráfico pelea (contends) por el medio con CSMA. El coordinador emite polls utilizando un esquema round robin a las estaciones configuradas para polling. La estación que recibe el poll, contesta usando SIFS. Si el coordinador recibe la respuesta, emite otro poll usando PIFS. Si el coordinador no recibe respuesta durante el tiempo establecido, emite otro poll. 65 Control de acceso al medio PCF/ Superframe Durante la primera parte del intervalo, el coordinador emite los polls usando un esquema round robin a todas las estaciones configuradas para polling. Recordar que esto es opcional. La duración de esta etapa es variable debido a que el tamaño de las respuestas es variable. El coordinador descansa el tiempo restante del superframe, permitiendo un periodo de contención para acceso asincrónico. Al final del superframe, el coordinador busca el control del medio usando PIFS. Si el medio está libre, el coordinador gana acceso inmediato y se inicia un nuevo periodo completo superframe. Si el medio está ocupado, el coordinador debe esperar a que el medio esté libre. Se tiene entonces un tiempo reducido para el superframe para el siguiente ciclo. 66

10 PCF/ Superframe 67 Management 68

11 Sincronización Management Encontrar y permanecer en WLAN. Funciones de sincronización. Temporizador TSF (Timing Synchronization Function), Generación de Beacon. Administración de potencia Modo de Dormir sin perder ningún mensaje. Funciones de Administración de Potencia. Buffering de tramas, TIM (Traffic Indication Map). Asociación y Reasociación Asociarse a una red Roaming Scanning Management Information Base (MIB) 69 Management Timing Synchronization Function (TSF) Se usa para la Administración de Potencia. Beacons enviados a intervalos preestablecidos y bien conocidos. Todos los temporizadores (timers) de las estaciones en un BSS están sincronizados. Todas las estaciones mantienen timers locales. Se usa para Temporización de Point Coordination. Temporizador TSF se usa para predecir el inicio del periodo libre de contención. Se usa para temporizar los saltos de frecuencia en FH (Frequency Hopping). Todas las estaciones están sincronizadas para que salten al mismo tiempo. Control de la temporización. Los APs controlan la temporización en redes de infraestructura. Es una función distribuida en IBSS. 70

12 Management Timing Synchronization Function (TSF) Beacons Se usan para transportar Temporización. No se requiere escuchar a todos los beacons para permanecer sincronizado. Se emiten en instantes planificados (beacon interval). Los APs envían los beacons en las redes de infraestructura. Contienen: Timestamps para todo el BSS. Un Timestamp se usa (en el receptor) para calibrar reloj local. Un Timestamp tiene el valor del timer (del transmisor) en el instante de transmitir y no el tiempo en el que se planificó. Otra información de administración. Para Administración de Potencia. Para Roaming. 71 Management Timing Synchronization Function (TSF) Beacons Transmisión del beacon puede retrasarse por uso del canal. Las transmisiones posteriores se envían en los instantes en los que se planificó, considerando el beacon interval. No se considera como referencia el momento en el que se transmitió el último beacon. 72

13 Administración de potencia Management Fundamental para disponer de movilidad. Se tiene el Protocolo de Administración de Potencia Permite que el transceiver esté off el mayor tiempo posible. Es transparente a los protocolos existentes. Se soporta con el uso de APs. Los APs conocen que estaciones están en power-save mode. Los APs ponen en buffers los paquetes direccionados a estaciones en power-save mode. Los APs envían estos paquetes a las estaciones respectivas cuando éstas retornan a modo activo o cuando las estaciones lo solicitan (con una trama power-save poll ). Los APs saben que una estación ha despertado cuando la estación lo indica cambiando el valor de un bit en el campo de control de la trama MAC. Una estación conoce que tiene tramas almacenadas en el AP, escuchando (despertándose periódicamente) a las señales de beacon enviadas (periódicamente) por el AP. TSF timer sigue corriendo (en las estaciones) cuando las estaciones están durmiendo. Las señales de beacon contienen una lista (TIM, Traffic Indication Map) de estaciones que tienen tramas almacenadas en el AP. Algunas referencias mencionan que se tiene un mecanismo similar pero distribuido para IBSSs. 73 Management Administración de potencia. 74