RCO2 : IEEE 802.11 1
: Wireless Local Area Network Redes locais sem-fio Grande demanda por comunicação sem-fio: Elimina necessidade de cabeamento Provê o acesso à rede em qualquer localização Provê acesso à rede para usuários móveis Grande cobertura hoje em dia: Universidades Aeroportos Escritórios de empresas Restaurantes e cafés Supermercados! 2
: alguns cenários... 3
Muitos fatores influenciam a qualidade do sinal: Obstáculos Interferências Entre equipamentos da Devido a ruído Distância Reduz a intensidade do sinal Relação sinal/ruído (SNR) diminui mais erros! Diferença de ganhos das antenas enlaces assimétricos! 4
Comunicação feita por sinal de rádio: impedimentos Intensidade decai com o quadrado da distância: 5
Comunicação feita por sinal de rádio: impedimentos Fading (decaimento) por interferência por reflexão: 6
Comunicação feita por sinal de rádio: impedimentos Fading (decaimento) por sombreamento (shadowing): 7
Comunicação feita por sinal de rádio: impedimentos Variação da intensidade ao longo do tempo: 8
Comunicação feita por sinal de rádio: impedimentos Interferência por reflexões que chegam com diferentes atrasos (devido a multipath): 9
: problemas clássicos para acesso ao meio Considere acesso ao meio do tipo CSMA Não é possível escutar o meio e transmitir ao mesmo tempo Então não é possível detectar colisões! Interferências (colisões) nem sempre são relevantes... depende da intensidade relativa entre os sinais Sinal decai com o quadrado da distância de sua fonte 10
: problemas clássicos para acesso ao meio Considere acesso ao meio do tipo CSMA Nodos escondidos: Nodos A e D transmitem ao mesmo tempo para C: A não escuta D D não escuta A Colisão em C! 11
: problemas clássicos para acesso ao meio Considere acesso ao meio do tipo CSMA Nodos expostos: Nodo C transmite para A Nodo B transmite para D Nodo C escuta B, e viceversa Ambos não transmitem ao mesmo tempo (mas poderiam!) Menor aproveitamento do 12
: IEEE 802.11 Um grande conjunto de padrões para : 802.11: MAC e PHY 1 Mbps e 2 Mbps 802.11a: PHY 6 a 54 Mbps 802.11b: PHY 5.5 e 11 Mbps 802.11g: PHY para taxas > 20 Mbps 802.11e: qualidade de serviço (QoS) 802.11i: segurança e controle de acesso 802.11n: melhorias para maiores taxas de dados 802.11s: redes mesh... e outros! 13
IEEE 802.11: Arquitetura BSS (Basic Station Set): conjunto de estações que se comunicam diretamente. Podem ter estação central (Access Point AP) ou não Rede Ad Hoc: sem AP 14
IEEE 802.11: Arquitetura IBSS: BSS Independente (sem AP).. rede ad hoc BSS infraestruturado (com AP) 15
IEEE 802.11: Arquitetura ESS (Extended Station Set): conjunto de dois ou mais BSS 16
IEEE 802.11: Arquitetura DS (Distribution System): mecanismos que encaminham os quadros entre quaisquer comibinações da rede sem-fio e da rede cabeada... mesmo quadros entre estações sem-fio (WSTA) devem passar pelo DS! 17
IEEE 802.11: Arquitetura DS (Distribution System): Cada WSTA pode estar associada a um único AP por vez Em um DS, um AP deve saber que estações estão associadas a cada outro AP IAPP (Inter Access-Point Protocol): protocolo para APs informarem entre si as WSTA associadas WDS (Wireless Distribution System) Um DS em que APs estão conectados por enlaces sem-fio 18
IEEE 802.11: Arquitetura DS (Distribution System): BSS sobrepostos Um ESS pode ter BSS sobrepostos Desejável para manter a cobertura em todo o espaço Requer projeto cuidadoso da rede sem-fio 19
IEEE 802.11: Arquitetura DS (Distribution System): BSS sobrepostos e mobilidade WSTA pode migrar de um BSS a outro (em um mesmo ESS) com mínima interrupção de comunicação 20
IEEE 802.11: Arquitetura Camada física: vários tipos de modulação FHSS: Frequency-Hopping Spread Spectrum DSSS: Direct Sequence Spread Spectrum OFDM: Orthogonal Frequency Division Multiplexing 21
IEEE 802.11: Arquitetura Camada física: FHSS Camada física: DSSS 22
IEEE 802.11: Arquitetura Camada física: OFDM (IEEE 802.11 a/g) 23
IEEE 802.11: Arquitetura Canais e frequências para 802.11b/g Note que os canais se sobrepõem 24
IEEE 802.11: Arquitetura Subcamada MAC 25
IEEE 802.11: Arquitetura Todo quadro transmitido é reconhecido com um quadro de controle ACK 26
: IEEE 802.11 MAC Nodos escondidos: uso da sequência RTS CTS Receptor usa CTS para avisar sua vizinhança de que irá receber um quadro de dados 27
: IEEE 802.11 MAC Funcões de coordenação: controlam o acesso ao meio DCF: Distributed Coordination Function PCF: Point Coordination Function HCF: Hybrid Coordination Function 28
: IEEE 802.11 MAC Funcões de coordenação: DCF: Distributed Coordination Function Estações transmitem de forma independente Acesso ao meio com contenção (CSMA/CA) Pode usar o mecanismo RTS/CTS PCF: Point Coordination Function AP coordena o acesso ao meio AP convida as estações a transmitir Acesso ao meio livre de contenção (não usa CSMA/CA) HCF: Hybrid Coordination Function Acesso diferenciado ao meio para prover QoS 29
: IEEE 802.11 MAC Detecção de portadora Detecção física: por recepção de sinal no transceiver Detecção virtual: providas pelo NAV (Network Allocation Vector), iniciado pelos quadros RTS e CTS 30
NAV (Network Allocation Vector): detecção virtual de portadora 31
Intervalos entre quadros Temporizações usadas pelo MAC: DIFS (Distributed Interframe Space): quadros em modo DCF PIFS (PCF Interframe Space): quadros em modo PCF SIFS (Short Interframe Space): quadros de controle 32
Intervalos entre quadros: priorizam o acesso ao meio DIFS: intervalo mínimo antes de transmitir um quadro de dados PIFS: intervalo antes de transmitir um quadro em modo livre de contenção (PCF) Note que PIFS < DIFS, então uma WSTA operando em PCF tem prioridade no acesso ao meio! SIFS: intervalo antes de quadros de controle (ex: ACK ou CTS) Note que SIFS < PIFS < DIFS, portanto um quadro de controle tem a maior prioridade no 33
DCF: Acesso ao meio com CSMA/CA Obs: se meio está ocupado no momento da detecção de portadora, WSTA faz obrigatoriamente um backoff 34
DCF: backoff (espera antes da transmissão) Depende de duas variáveis: CW: Contention Window (janela de contenção) BO: Backoff Count (contador de backoff) BO é um inteiro pseudo-aleatório entre 0 e CW Após cada transmissão com sucesso: CW = CWmin Após cada transmissão sem sucesso: CW = min{2 CW + 1, CWmax} Uma WSA em backoff interrompe seu BO ao detectar uma transmissão, e o reinicia após DIFS depois do término da transmissão 35
DCF: backoff (espera antes da transmissão) Exemplo de contenção e backoff entre 5 WSTA 36
DCF: duração do backoff 37
DCF: valores para tempos: 38
IEEE 802.11: quadros Quadro MAC: Repare que há quatro endereços no quadro! O esquema de endereçamento reflete as várias diferentes interações entre estações e APs. 39
IEEE 802.11: quadros Quadro MAC: campos 40
IEEE 802.11: Arquitetura Quadros MAC de controle: RTS, CTS, ACK 41
IEEE 802.11: Arquitetura Esquema de endereçamento: Endereço 1: próximo dispositivo Endereço 2: estação de onde vem dados ou informação de controle Endereço 3: Estação final (se não o endereço 1) Endereço 4: estação de origem (se não for endereço 2) 42
IEEE 802.11: Arquitetura Esquema de endereçamento: Caso 1: To DS = 0 e From DS = 0: Quadro diretamente entre duas estações Não passa pelo AP 43
IEEE 802.11: Arquitetura Esquema de endereçamento: Caso 2: To DS = 0 e From DS = 1: Quadro vindo de um AP para uma estação Passa então por um AP 44
IEEE 802.11: Arquitetura Esquema de endereçamento: Caso 3: To DS = 1 e From DS = 0: Quadro vindo de uma estação para um AP 45
IEEE 802.11: Arquitetura Esquema de endereçamento: Caso 4: To DS = 1 e From DS = 1: Quadro entre APs via enlace sem-fio 46
Referências Mattew Gast. 802.11 Wireless Networks: The Definitive Guide, 2nd edition. O'Reilly, 2005. IEEE 802.11 Standard: http://www.sj.ifsc.edu.br/~msobral/rco2/docs/ieee/802.11-2007.p Andrew Tanenbaum. Redes de Computadores, 4a ed. Capítulo 4. 47