Распределенный режим доступа DCF

В сетях 802.11 уровень MAC обеспечивает два режима доступа к разделяемой среде (см. рис. 14.9): распределенный режим DCF (Distributed Coordination Function) и централизованный режим PCF (Point Coordination Function).

Рассмотрим сначала, как обеспечивается доступ в распределенном режиме DCF. В этом режиме реализуется хорошо известный нам метод CSMA/CA. Вместо не­эффективного в беспроводных сетях прямого распознавания коллизий по мето­ду CSMA/CD, здесь используется их косвенное выявление. Для этого каждый переданный кадр должен подтверждаться кадром положительной квитанции, по­сылаемым станцией назначения. Если же по истечении оговоренного тайм-аута квитанция не поступает, станция-отправитель считает, что произошла коллизия.

Режим доступа DCF требует синхронизации станций. В спецификации 802.11 эта проблема решается достаточно элегантно — временные интервалы начинают отсчитываться от момента окончания передачи очередного кадра (рис. 14.12). Это не требует передачи каких-либо специальных синхронизирующих сигналов и не ограничивает размер пакета размером слота, так как слоты принимаются во внимание только при принятии решения о начале передачи кадра.

Слот

<4г>

Станция А

Рис. 14.12. Режим доступа DCF

Станция, которая хочет передать кадр, обязана предварительно прослушать сре­ду. Как только она фиксирует окончание передачи кадра, она обязана отсчитать интервал времени, равный межкадровому интервалу (IFS). Если после истече­ния IFS среда все еще свободна, то начинается отсчет слотов фиксированной дли­тельности. Кадр можно начать передавать только в начале какого-либо из слотов при условии, что среда свободна. Станция выбирает для передачи слот на осно­вании усеченного экспоненциального двоичного алгоритма отсрочки, аналогично­го используемому в методе CSMA/CD. Номер слота выбирается как случайное целое число, равномерно распределенное в интервале [0, CW], где CW означает Contention Window (конкурентное окно).

О том, как выбирается размер слота и величина конкурентного окна, будет ска­зано немного позже. А сейчас рассмотрим этот довольно непростой метод досту­па на примере (см. рис. 14.12). Пусть станция А выбрала для передачи на основа­нии усеченного экспоненциального двоичного алгоритма отсрочки слот 3. При этом она присваивает таймеру отсрочки (назначение которого будет ясно из дальнейшего описания) значение 3 и начинает проверять состояние среды в на­чале каждого слота. Если среда свободна, то из значения таймера отсрочки вычи­тается 1, и если результат равен нулю, то начинается передача кадра.

Таким образом; обеспечивается условие незанятости йсех слотов* включая выбранный* Это условие является необходимым для напала передачи, _: -

Если же в начале какого-нибудь слота среда оказывается занятой, то вычитания единицы не происходит, и таймер «замораживается». В этом случае станция на­
чинает новый цикл доступа к среде, изменяя только алгоритм выбора слота для передачи. Как и в предыдущем цикле, станция следит за средой и при ее освобо­ждении делает паузу в течение межкадрового интервала. Если среда осталась свободной, то станция использует значение «замороженного» таймера в каче­стве номера слота и выполняет описанную выше процедуру проверки свобод­ных слотов с вычитанием единиц, начиная с замороженного значения таймера отсрочки.

Размер слота зависит от способа кодирования сигнала; так, для метода FHSS размер слота равен 28 мкс, а для метода DSSS — 1 мкс. Размер слота выбирается таким образом, чтобы он превосходил время распространения сигнала между любыми двумя станциями сети плюс время, затрачиваемое станцией на распо­знавание занятости среды. Если такое условие соблюдается, то каждая станция сети сумеет правильно распознать начало передачи кадра при прослушивании слотов, предшествующих выбранному ею для передачи слоту. Это, в свою оче­редь, означает следующее.

. Коллизия может случиться только а том случае, когда несколько станций выбирают один и тот же слот для передачи,....

В этом случае кадры искажаются, и квитанции от станций назначения не при­ходят. Не получив в течение определенного времени квитанцию, отправители фиксируют факт коллизии и пытаются передать свои кадры снова. При каждой повторной неудачной попытке передачи кадра интервал [О, CW], из которого выбирается номер слота, удваивается. Если, например, начальный размер окна выбран равным 8 (то есть CW = 7), то после первой коллизии размер окна дол­жен быть равен 16 (CW = 15), после второй последовательной коллизии — 32 и т. д. Начальное значение CW в соответствии со стандартом 802.11 должно вы­бираться в зависимости от типа физического уровня, используемого в беспро­водной локальной сети.

Как и в методе CSMA/CD, в данном методе количество неудачных попыток пе­редачи одного кадра ограничено, но стандарт 802.11 не дает точного значения этого верхнего предела. Когда верхний предел в N попыток достигнут, то кадр отбрасывается, а счетчик последовательных коллизий устанавливается в нуль. Этот счетчик также устанавливается в нуль, если кадр после некоторого количе­ства неудачных попыток все же передается успешно.

В режиме доступа DFC применяются меры для устранения эффекта скрытого терминала. Для этого станция, которая хочет захватить среду и в соответствии с описанным алгоритмом начинает передачу кадра в определенном слоте, вместо кадра данных сначала посылает станции назначения короткий служебный кадр RTS (Request То Send — запрос на передачу). На этот запрос станция назначе­ния должна ответить служебным кадром CTS (Clear То Send — свободна для пе­редачи), после чего станция-отправитель посылает кадр данных. Кадр CTS дол* жен оповестить о захвате среды те станции, которые находятся вне зоны сигнала станции-отправителя, но в зоне досягаемости станции-получателя, то есть явля­ются скрытыми терминалами для станции-отправителя.

ПРИМЕЧАНИЕ ----------------------------------------------------------------------------------------------------

Максимальная длина кадра данных 802.11 равна 2346 байт, длина RTS-кадра — 20 байт, CTS-кадра — 14 байт. Так как RTS- и CTS-кадры гораздо короче, чем кадр данных, то по­тери данных в результате коллизии RTS- или CTS-кадров гораздо меньше, чем при колли­зии кадров данных. Процедура обмена RTS- и CTS-кадрами не обязательна. От нее можно отказаться при небольшой нагрузке сети, поскольку в такой ситуации коллизии случают­ся редко, а значит, не стоит тратить дополнительное время на выполнение процедуры об­мена RTS- и CTS-кадрами.