9.2 Схема распределенного управления

В режиме распределенного управления (схема DCF) информационные пакеты передаются в общем случае двумя способами. Короткие пакеты, чья длина не превышает некоторого предела Р, передаются с помощью механизма Базового Доступа. При этом механизме, показанном на рис. 9.1, станция, успешно принявшая фрейм DATA (фреймы - это пакеты уровня MAC IEEE 802.11), содержащий информационный пакет, спустя короткий интервал SIFS немедленно отвечает положительным подтверждением АСК. Для пакетов с длиной, большей Р, используется механизм Request-To-Send/Clear-To-Send (RTS/CTS). В этом случае, изображенном на рис. 9.2, передача фрейма DATA предваряется запросом на передачу (RTS), направляемым к принимающей станции, которая спустя SIFS отвечает разрешающим фреймом CTS. И только по получении фрейма CTS передается фрейм DATA, который подтверждается фреймом АСК. Таким образом, значение Р выбирается в результате разумного компромисса между накладными расходами механизма RTS/CTS, заключающимися в передаче двух дополнительных фреймов RTS и CTS, и выигрыша в длительности коллизии.

Как видно из сравнения рис. 9.1 и 9.2, длительность коллизии при Базовом Доступе определяется максимальной длиной коллизирующих фреймов DATA, а при использовании механизма RTS/CTS она равна длительности передачи короткого фрейма RTS.

Рис. 9.1. Механизм Базового Доступа - SIFS, - слоты отложенного времени

Рис. 9.2. Механизм RTS/CTS

После завершения попытки передачи очередного пакета станция переходит в отложенное состояние спустя интервал DIFS, если попытка была успешной (т.е. коллизия отсутствовала и все фреймы, относящиеся к данному пакету, были переданы корректно, без искажения помехами), или EIFS при неудачной попытке.

При этом счетчик времени нахождения в отложенном состоянии устанавливается в начальное значение b, которое называется отложенным временем, измеряется в слотах длительностью а и равновероятно выбирается из множества Значение w, называемое конкурентным окном, зависит от значения числа сделанных попыток передачи текущего пакета:

где - максимальное конкурентное окно.

В процессе передачи текущего пакета каждая станция, инициировавшая передачу, подсчитывает число неудачных попыток передачи коротких и длинных фреймов. Пусть станция передала фрейм DATA с пакетом, длина которого меньше либо равна Р, или фрейм RTS. Тогда если в течение тайм-аута поступит ответный корректный фрейм, соответственно АСК или CTS, то значение счетчика обнуляется, а иначе значение увеличивается на единицу. Аналогично значение счетчика обнуляется или увеличивается на единицу в случаях соответственно приема или отсутствия (в течение тайм-аута) корректного фрейма АСК, подтверждающего успешную передачу фрейма DATA с пакетом, длина которого больше Р. Если значение любого из счетчиков достигает некоторых предельных значений соответственно то текущий пакет отбрасывается и (ввиду ситуации насыщения) выбирается следующий пакет для передачи с обнулением значений

Для снижения влияния помех стандарт [298] рекомендует разбивать пакеты, размер которых больше некоторого порога фрагментации на фрагменты, размер каждого из которых (кроме последнего) равен . Таким образом, пакет передается в виде цепочки фреймов DATA, содержащих последовательные фрагменты и перемежаемых ответными фреймами АСК, а также короткими межфреймовыми промежутками SIFS (см. рис. 9.3). При искажении некоторого фрагмента станция переходит в состояние отложенной передачи, увеличивая на единицу значение счетчика попыток и повторная передача начнется именно с этого фрагмента, а не с начала всего пакета.

Процесс передачи первого фрагмента в общем случае складывается из обмена четырьмя фреймами: запрос на передачу (фрейм RTS), разрешения на передачу (фрейм CTS), сам фрагмент с заголовком (фрейм DATA) и подтверждение успешной передачи (фрейм АСК). Эти фазы обмена разделяются коротким временным интервалом SIFS.

Рис. 9.3. Передача фрагментированных пакетов

При длине фрагмента, меньшей некоторого предела Р, фреймы RTS и CTS не используются. Если станция в течение определенного тайм-аута не получает ответные корректные фреймы CTS и АСК (а также сразу по приему искаженных фреймов или фреймов, относящихся к другой станции), она считает, что либо произошла коллизия, либо последний переданный фрейм был искажен, и переходит в состояние отложенной передачи, увеличивая на единицу свой счетчик коллизий . После успешной передачи фрагмента (по получении АСК) станция спустя SIFS начинает передачу следующего фрагмента. Передача последующих фрагментов пакета отличается лишь тем, что при первой попытке не используются фреймы RTS и CTS независимо от длины фрагмента. После успешной передачи последнего фрагмента пакета станция переходит в состояние отложенной передачи, обнуляя счетчики

Станция начинает передачу при выполнении следующих условий: 1) истекло отложенное время с момента последней передачи данной станции; 2) эфир этой станции был свободен в течение интервала задержки (равного DIFS, если последний «услышанный» фрейм не был искаженным, а иначе - EIFS); и 3) в очереди на передачу имеются готовые пакеты. В частности, при поступлении нового пакета в пустую очередь на передачу станция либо сразу начинает передачу фрейма RTS или DATA (см. выше), если на момент поступления пакета эфир был свободен в течение интервала задержки, либо переходит в состояние отложенной передачи с Этот переход в общем случае состоит из двух фаз: а) ожидание освобождения канала, если он занят, и б) интервал задержки. Если в течение этого интервала канал был свободен, машина начинает отсчет отложенного времени (а иначе обе фазы перехода повторяются). Отсчет прекращается по получении сигнала о занятости канала и возобновляется только спустя интервал задержки с момента освобождения канала.

По окончании отсчета отложенного времени передающая машина либо сразу же посылает фрейм RTS или (DATA при длине фрагмента, меньшей Р), либо простаивает в ожидании нового пакета (при пустой очереди на передачу).

Для повышения надежности слежения за состоянием эфира протокол Radio-Ethernet наряду с регистрацией «физической» занятости эфира предусматривает механизм отслеживания «виртуальной» занятости. Для этого фреймы содержат поле предполагаемой длительности передачи :

- для фрейма RTS значение tnav равно сумме времен передачи CTS, DATA и АСК;

- для CTS оно равно сумме времен передачи DATA и АСК;

- для DATA оно равно сумме времен передачи АСК данного фрагмента и DATA и АСК следующего фрагмента (если он есть);

- наконец, для АСК равно сумме времен передачи DATA и АСК следующего фрагмента.

Все эти суммы включают соответствующее число интервалов SIFS между фреймами, причем при расчете времен передачи (как и тайм-аутов) используется максимальное время распространения сигнала установленное для данной радиосети. Станция, принявшая фрейм, не предназначенный ей, считывает из него значение и считает эфир «виртуально» занятым в течение соответствующего интервала (в случае фрейма RTS механизм более сложен -см. [19,40,298]). Механизм отслеживания «виртуальной» занятости особенно полезен в случае скрытых станций, причем особенности схемы DCF в этом случае будут рассмотрены в разделе 9.4.

Изложение особенностей протокола для технологии FHSS дадим в подразделе 9.4.3, а сейчас перейдем к описанию используемых моделей локальных и городских беспроводных сетей на основе протокола IEEE 802.11.