Luận văn Bảo đảm công bằng luồng trong các mạng Ad Hoc không dây
i
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ
NGUYỄN HOÀNG CHIẾN
BẢO ĐẢM CÔNG BẰNG LUỒNG TRONG
CÁC MẠNG AD HOC KHÔNG DÂY
LUẬN VĂN THẠC SĨ
Hà Nội - 2009
ii
MỤC LỤC
LỜI MỞ ĐẦU................................................................................................1
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ PHÂN LỚP 802.11 MAC TRONG CÁC
MẠNG KHÔNG DÂY...................................................................................3
1.1. Giới thiệu mô hình trong các mạng LAN không dây.........................3
1.1.1. Ad Hoc (IBSS- Independent Basic Service Set)..................................3
1.1.2. Tập dịch vụ cơ sở hạ tầng (IBSS - Infrastructure Basic Service Set)...4
1.1.3. Tập dịch vụ mở rộng (ESS - Extended Service Set)............................5
1.2. Mô tả chức năng phân lớp MAC ........................................................6
1.2.1. Kiến trúc MAC...................................................................................6
1.2.1.1. Chức năng phối hợp phân tán (DCF) ...........................................6
1.2.1.2. Chức năng phối hợp điểm (PCF)..................................................7
1.2.1.3 Sự cùng tồn tại của DCF và PCF..................................................8
1.2.1.4. Phân mảnh ...................................................................................8
1.2.1.5. Dịch vụ dữ liệu MAC....................................................................9
1.2.1.6. Các kiểu khung.............................................................................9
1.2.1.6.1. Định dạng khung..................................................................10
1.2.1.6.2 Định dạng các khung thông thường ......................................14
1.2.2. DCF..................................................................................................16
1.2.2.1. Cơ chế cảm biến tần số...............................................................18
1.2.2.2. Các thông báo nhận tầng MAC ..................................................18
1.2.2.3. Interframe space (IFS) ...............................................................19
1.2.2.3.1. Short IFS (SIFS)...................................................................19
1.2.2.3.2. PCF IFS (PIFS) ...................................................................20
1.2.2.3.3. DCF IFS (DIFS) ..................................................................20
1.2.2.3.4. Extended IFS (EIFS) ............................................................21
1.2.2.4. Thời gian backoff ngẫu nhiên .....................................................21
1.2.2.5. Thủ tục truy cập DCF.................................................................22
1.2.2.5.1. Truy cập cơ sở......................................................................23
1.2.2.5.2. Thủ tục Backoff ....................................................................24
1.2.2.5.3. Thiết lập và cài đặt lại NAV .................................................25
iii
1.2.2.5.4. Điều khiển kênh....................................................................26
1.2.2.5.5. Cách sử dụng RTS/CTS với phân đoạn.................................28
1.2.2.5.6. Thủ tục CTS .........................................................................29
1.2.2.5.7. Thủ tục ACK ........................................................................30
1.2.2.5.8. Những quan hệ tính toán thời gian DCF ..............................31
CHƯƠNG II: PHÂN TÍCH NGUYÊN NHÂN CỦA SỰ KHÔNG CÔNG
BẰNG LUỒNG TRONG CÁC MẠNG AD HOC KHÔNG DÂY ............34
2.1. Vấn đề không công bằng luồng trong các mạng Ad Hoc không dây
...................................................................................................................34
2.1.1. Không cân bằng luồng gây ra bởi tầng liên kết .................................34
2.1.2. Không cân bằng luồng gây ra bởi tầng MAC....................................36
2.2. Một số cơ chế đảm bảo công bằng luồng trong các mạng không dây
...................................................................................................................38
2.2.1. Mô hình lập lịch tập trung.................................................................38
2.2.1.1 Mô hình mạng và các vấn đề liên quan đến sự công bằng...........39
2.2.1.1.1. Mô hình mạng ......................................................................39
2.2.1.1.2. Vấn đề tranh chấp phụ thuộc vị trí và sử dụng lại không gian
............................................................................................................39
2.2.1.1.3. Vấn đề xung đột giữa sự công bằng và sử dụng kênh tối đa .40
2.2.1.1.4. Giải pháp không gian...........................................................40
2.2.1.2. Mô hình lập lịch gói tin ..............................................................42
2.2.1.2.1. Mô hình fluid và đồ thị tranh chấp luồng .............................42
2.2.1.2.2. Đạt được công bằng tối thiểu thông qua chia sẻ hàng đợi
công bằng............................................................................................43
2.2.1.2.3 Các hàng đợi khe và các hàng đợi gói tin .............................45
2.2.2. Cơ chế phối hợp hàng đợi cho mỗi luồng .........................................46
2.2.2.1. Cô lập lưu lượng dữ liệu nguồn..................................................47
2.2.2.2. Trọng số khác nhau trên lưu lượng dữ liệu chuyển tiếp..............48
2.2.2.3. Hàng đợi cho mỗi luồng.............................................................49
2.2.3. Cơ chế phối hợp điều khiển truyền ...................................................50
2.2.3.1. Cơ chế nghe ...............................................................................50
2.2.3.2. Cơ chế backoff............................................................................51
2.2.3.3. Cơ chế tranh chấp cơ sở.............................................................51
iv
2.2.3.4. Cơ chế điều khiển tốc độ ............................................................52
2.2.3.5. Vấn đề nút ẩn đa chặng..............................................................54
2.2.4. Cơ chế MACAW( Media Access Protocol for Wireless LAN’s) ......55
2.2.4.1. Các quy tắc điều khiển và trao đổi thông báo.............................55
2.2.4.2. Các quy tắc Backoff và sao chép ................................................57
2.2.5. Chuẩn IEEE 802.11 e MAC..............................................................60
CHƯƠNG III: GIẢI PHÁP CẢI THIỆN SỰ CÔNG BẰNG TRONG
CÁC MẠNG AD HOC KHÔNG DÂY.......................................................61
3.1. Giải pháp cải thiện sự công bằng cho mỗi luồng trong tầng liên kết
...................................................................................................................61
3.2. Giải pháp cải thiện sự công bằng cho mỗi luồng trong tầng MAC.63
3.3. Phân tích những đặc trưng của giải pháp cải thiện sự công bằng ..65
3.3.1. Đánh giá phân tích sự công bằng cho mỗi luồng...............................65
3.3.2. Đánh giá phân tích đối với môi trường tiện ích.................................67
3.4. Đánh giá các giải pháp thông qua mô phỏng ...................................68
3.4.1. Mô hình đơn chặng...........................................................................69
3.4.2. Mô hình đa chặng .............................................................................73
KẾT LUẬN ..................................................................................................77
v
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT
Chữ viết tắt
Tiếng Anh
Acknownledgement
Access Point
Tiếng Việt
Báo nhận
ACK
AP
Điểm truy nhập
BSS
CBR
CFP
CP
Basic Service Set
Constant Bit Rate
Contention Free Period
Contention Period
Tập dịch vụ cơ sở
Tốc độ bit cố định
Chu kỳ không xung đột
Chu kỳ xung đột
CRC
CCA
CW
Cyclic redundancy code Mã dư vòng
Clear channel assessment Đánh giá kênh toàn bộ
Contention window
Cửa sổ xung đột
Carrier Sense Multiple
Access/ Collision
Avoidance
Đa truy nhập cảm nhận
sóng mang nhằm tránh
xung đột
CSMA/CA
Distributed Coordination Chức năng phối hợp
DCF
Function
phân tán
Khoảng cách liên khung
DCF
DIFS
DCF interframe space
DS
Distribution system
Extended service sets
Hệ thống phân phối
Tập dịch vụ mở rộng
ESS
Extended interframe
space
Khoảng cách liên khung
mở rộng
EIFS
FCS
FIFO
IBSS
IFS
Frame check sequence
First in First out
Chuỗi kiểm tra khung
Vào trước ra trước
Independent BSS
Interframe space
BSS không phụ thuộc
Khoảng cách liên khung
Institute of Electrical and Viện các kỹ sư điện điện
IEEE
Electronics Engineers
Local area network
Logical link control
MAC sublayer
tử
LAN
Mạng cục bộ
LLC
Điều khiển liên kết logic
Thực thể quản lý lớp con
MLME
vi
management entity
Medium Access Control
MAC
Điều khiển truy nhập
môi trường
MAC
MAC management
protocol data unit
Đơn vị dữ liệu giao thức
quản lý MAC
MMPDU
MPDU
MSDU
NAV
Đơn vị dữ liệu giao thức
MAC
MAC protocol data unit
MAC service data unit
Đơn vị dữ liệu dịch vụ
MAC
Network Allocation
Vector
Vector định vị mạng
Point Coordination
Function
Chức năng phối hợp
điểm
PCF
Khoảng cách liên khung
ngắn PCF
PIFS
PCF interframe space
Physical layer
convergence protocol
Giao thức hội tụ tầng vật
lý
PLCP
Chế độ tiến kiệm năng
lượng
PS
Power save (mode)
RA
Receiver address
Địa chỉ nhận
Request to Send/ Clear to Yêu cầu gửi/Sẵn sàng để
RTS/CTS
Send
nhận
RR
Rx
Round Robin
Receive or receiver
Source address
Start frame delimiter
Xoay vòng
Nhận hoặc thiết bị nhận
Địa chỉ nguồn
Bắt đầu phạm vi khung
SA
SFD
Khoảng cách liên khung
ngắn
SIFS
TA
Short interframe space
Transmitter address
Transmit or transmitter
Wireless LAN
Địa chỉ thiết bị truyền
Truyền hoặc thiết bị
truyền
Tx
WLAN
WEP
Mạng LAN không dây
Mã truy nhập tương
đương có dây
Wired equivalent privacy
vii
DANH MỤC BẢNG BIỂU, HÌNH VẼ
Tên bảng/ Hình vẽ
Trang
Hình 1.1. Mô hình dịch vụ cơ bản không có cơ sở hạ tầng
Hình 1.2. Mô hình mạng cơ sở hạ tầng
Hình 1.3. Tập hợp dịch vụ mở rộng
3
5
5
Hình 1.4. Mô hình OSI và kiến trúc phân lớp MAC
Hình 1.5. Phân đoạn
6
9
Hình 1.6. Định dạng khung MAC
11
11
14
14
15
15
19
24
25
26
27
28
29
32
35
Hình 1.7. Trường điều khiển khung
Bảng 1.1. Địa chỉ khác nhau của hai bit ToDS và FromDS
Hình 1.8. Khung RTS
Hình 1.9. Khung CTS
Hình 1.10. Khung ACK
Hình 1.11. Một vài mối quan hệ IFS
Hình 1.12. Phương thức truy nhập cơ sở
Hình 1.13. Thủ tục Backoff
Hình 1.14. RTS/CTS/DATA/ACK và thiết lập NAV
Hình 1.15. Minh họa việc truyền một đoạn MSDU sử dụng SIFS
Hình 1.16. RTS/CTS với các MSDU đã phân đoạn
Hình 1.17. RTS/CTS với độ ưu tiên truyền và thiếu báo nhận
Hình 1.18. Các mối quan hệ định thời DCF
Hình 2.1. Mô hình sự không công bằng xuất hiện tại tầng liên kết
viii
Hình 2.2. Mô hình sự không công bằng xuất hiện tại tầng MAC
Hình 2.3. Mô hình truy nhập kênh của cơ chế gốc
37
Hình 2.4. Một mạng không dây đa chặng đơn giản với bốn nút sử dụng
và một gateway
47
48
Hình 2.5. Những sự phối hợp hàng đợi thích hợp cho các mạng không
dây đa chặng. (a) Hàng đợi tầng mạng đơn.(b) Hai hàng đợi công bằng tại
tầng mạng.(c) Hai trọng số hàng đợi tại tầng mạng.(d) Hàng đợi công
bằng cho mỗi luồng tại tầng mạng.
Hình 3.1. Giải thuật xác định số lượng các luồng
Hình 3.2. Giải thuật truyền gói tin
62
64
64
67
67
68
69
70
70
71
Hình 3.3. Một thao tác truy nhập kênh đợi DIFS
Hình 3.4. FairnessIndex của mỗi cơ chế với mô hình mạng trong hình 2.1
Hình 3.5. FairnessIndex của mỗi cơ chế với mô hình mạng trong hình 2.2
Bảng 3.1. Các tham số mô phỏng
Bảng 3.2. Các đặc trưng riêng biệt của mỗi giải pháp
Hình 3.6. Mô hình đơn chặng
Hình 3.7. Thông lượng đạt được bởi mỗi luồng trong mô hình đơn chặng
Hình 3.8. So sánh FairnessIndex của mỗi cơ chế trong mô hình đơn
chặng
Hình 3.9. So sánh FairnessIndex (CBR) với số luồng tại S2 bằng 4
Hình 3.10. So sánh môi trường tiện ích trong mô hình đơn chặng
Hình 3.11. Mô hình đa chặng
72
73
73
74
75
76
Hình 3.12. Thông lượng đạt được bởi mỗi luồng trong mô hình đa chặng
Hình 3.13. So sánh FairnessIndex của mỗi cơ chế trong mô hình đa chặng
Hình 3.14. So sánh môi trường tiện ích trong mô hình đa chặng
1
LỜI MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Các mạng Ad Hoc di động thu hút sự chú ý về một hình mẫu của cấu
hình mạng trong tương lai, với lợi ích là có khả năng triển khai nhanh vì
chúng không cần thiết bị phụ thuộc đã tồn tại. Đồng thời, mạng Ad Hoc hiếm
khi dựa vào các giao thức định tuyến đặc biệt, giao thức này phải được sửa lại
nhằm đáp ứng với sự thay đổi cấu trúc liên kết mạng. Trong những công nghệ
mạng LAN không dây, tiêu chuẩn IEEE 802.11MAC được xem như một công
nghệ nổi bật triển khai trong các mạng Ad Hoc. Sự nhận thức rõ về các mạng
Ad Hoc di động, việc cung cấp QoS (Quality of Service) hỗ trợ trong các
mạng Ad Hoc là một nhiệm vụ quan trọng. Trong số nhiều tham số của QoS,
sự công bằng luồng là một vấn đề quan trọng trong các mạng Ad Hoc. Trong
các mạng có dây truyền thống, sự không công bằng luồng xảy ra chủ yếu tại
tầng liên kết. Tuy nhiên, trong các mạng Ad Hoc di động, ngoài tầng kết nối,
tầng MAC có ảnh hưởng quan trọng trong vấn đề công bằng luồng. Mặc dù
IEEE 802.11 MAC cung cấp sự phân chia băng thông hợp lý cho mỗi nút,
nhưng để đạt được sự công bằng cho mỗi luồng, cần đến một phương thức đưa
ra sự phân chia băng thông công bằng cho mỗi luồng. Đề tài “Bảo đảm công
bằng luồng trong các mạng Ad Hoc không dây” được viết với mong muốn
góp phần giải quyết vấn đề cấp thiết này.
2. Tình hình nghiên cứu
Hiện nay, có rất nhiều công trình nghiên cứu đưa ra nhiều phương pháp
khác nhau nhằm đạt được sự công bằng trong các mạng không dây. Nhưng
những kết quả đạt được không còn đúng nữa khi áp dụng vào trong các mạng
Ad Hoc mà sự hoạt động của mạng không dựa trên sự tồn tại của cơ sở hạ tầng
tập trung.
Do đó, việc nghiên cứu một cách hệ thống các vấn đề về sự công bằng
trong các mạng Ad Hoc không dây nhằm đưa ra các giải pháp để tăng cường
QoS trên mỗi luồng sẽ tạo ra một cơ chế đáp ứng được sự công bằng trong các
mạng Ad Hoc.
2
3. Mục đích nghiên cứu
Trên cơ sở nghiên cứu một số vấn đề lý luận về nguyên lý, cơ chế hoạt
động của giao thức 802.11 và kinh nghiệm dựa trên một số bài viết về sự công
bằng trong mạng không dây, tác giả xác lập các luận cứ khoa học cho việc xây
dựng một cơ chế nhằm đảm bảo sự công bằng trong các mạng Ad Hoc.
Tìm hiểu nguyên nhân gây ra sự không công bằng thông qua việc phân
tích cơ chế hoạt động của giao thức trong các mô hình ứng dụng cụ thể. Từ đó
đưa ra giải pháp nhằm cải thiện sự công bằng cho mỗi luồng cũng như khả
năng thực thi và tiện ích môi trường trên mạng
4. Đối tượng, phạm vi nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu các vấn đề là: Lý luận liên quan đến mô hình, cấu
trúc, hoạt động của phân lớp 802.11 MAC trong các mạng không dây; kinh
nghiệm nghiên cứu sự công bằng trong các mạng không dây; các phân tích và
kết quả đạt được trong việc nghiên cứu sự công bằng trong các mạng Ad Hoc.
Phạm vi nghiên cứu: Cơ chế hoạt động DCF của phân lớp MAC và tầng
liên kết trong chuẩn IEEE 802.11b.
5. Phương pháp nghiên cứu
Để đạt được các mục đích đề ra, tác giả sử dụng các phương pháp nghiên
cứu như sau: Phương pháp phân tích, phương pháp mô tả, phương pháp thống
kê, mô phỏng ...
6. Kết cấu của luận văn
Ngoài Lời mở đầu và kết luận, nội dung của luận văn được trình bày
trong ba chương:
Chương I: “Tổng quan về phân lớp 802.11 MAC trong các mạng không
dây”
Chương II: “Phân tích nguyên nhân của sự không công bằng luồng trong
các mạng Ad Hoc không dây”
Chương III: “Giải pháp cải thiện sự công bằng trong các mạng Ad Hoc
không dây”
3
CHƯƠNG I
TỔNG QUAN VỀ PHÂN LỚP 802.11 MAC TRONG CÁC
MẠNG KHÔNG DÂY
1.1. Giới thiệu mô hình trong các mạng LAN không dây
Hai mô hình cơ bản sử dụng cho mạng LAN không dây là Ad Hoc và
mạng cơ sở hạ tầng. Hai mô hình này có sự khác biệt nhau rõ ràng về giới hạn
không gian sử dụng, cách quản lý mạng, kiến trúc mạng.
1.1.1. Ad Hoc (IBSS- Independent Basic Service Set)
Tập dịch vụ cơ bản không có cơ sở hạ tầng còn gọi là mạng Ad Hoc. Ad
Hoc là mô hình mạng mà trong đó chỉ bao gồm các máy trạm, không có
Access Point (AP). Mỗi thiết bị kết nối trực tiếp với các thiết bị khác trong
mạng. Mô hình này rất thích hợp cho việc kết nối một nhóm nhỏ các thiết bị
và không cần phải giao tiếp với các hệ thống mạng khác.
Hình 1.1. Mô hình dịch vụ cơ bản không có cơ sở hạ tầng
Định tuyến trong mạng Ad Hoc được xử lý bởi giao thức định tuyến Ad
Hoc, cài đặt ở tầng mạng. Trong giao thức định tuyến này, các nút mạng có
chức năng như là router, chúng có khả năng khám phá và duy trì đường đi đến
các nút mạng khác
Giao thức định tuyến Ad Hoc được chia làm 2 loại: sử dụng bảng định
tuyến và thiết lập đường đi theo yêu cầu của nút mạng nguồn. Bảng định tuyến
lưu trữ thông tin về đường đi giữa hai máy và duy trì tính chất “mới” của
4
thông tin định tuyến phát định kỳ trong mạng.
Các giao thức sử dụng bảng định tuyến bao gồm: DSDV (Destination-
Sequenced Distance Vector Routing), CGSR (Clusterhead Gateway Switch
Routing), WRP (Wireless Routing Protocol). Vấn đề chủ yếu đặt ra với giao
thức kiểu này là: cập nhật bảng và số lượng các đường đi cần lưu trữ. Việc cập
nhật thường xuyên dẫn đến tiêu hao nhiều năng lượng của các node và sinh ra
nhiều gói tin định tuyến làm tăng tải mạng, nếu cập nhật không thường xuyên
trong tình huống các nút mạng di chuyển nhanh sẽ dẫn đến định tuyến sai, do
các thông tin đã cũ.
Sử dụng giao thức “thiết lập đường đi theo yêu cầu nút nguồn” sẽ chỉ
thiết lập đường đi khi cần thiết. Khi một máy muốn truyền tin nó gửi gói tin
“khám phá đường đi” đến đích. Đường đi được thiết lập và duy trì cho đến khi
hai máy tính không muốn sử dụng hoặc không thể truy cập được qua kết nối
đó. Một số giao thức kiểu này là: AODV (Ad Hoc On-Demand Distance
Vector Routing), DSR (Distance Source Routing), TORA (Temporally-
Ordered Routing Algorithm), ABR (Associativity Based Routing), SSR
(Signal Stability Routing). Giao thức loại này có điểm lợi là các nút mạng
không phải duy trì thường xuyên đường đi đến các nút mạng khác. Nhược
điểm là khi có nhu cầu gửi, các nút mạng phải đợi một thời gian để đường đi
được thiết lập, do đó tăng độ trễ gói tin.
1.1.2. Tập dịch vụ cơ sở hạ tầng (IBSS - Infrastructure Basic Service Set)
Tập dịch vụ cơ sở hạ tầng là một mô hình mở rộng của một mạng
Wireless LAN (WLAN) đã có bằng cách sử dụng AP. AP đóng vai trò vừa là
cầu nối của mạng WLAN với các mạng khác vừa là trung tâm điều khiển sự
trao đổi thông tin trong mạng. Các AP sử dụng kĩ thuật “thăm dò” để điều
khiển việc truyền thông trong một BSS, kỹ thuật này thường được gọi là PCF
(Point Coordination Function), có nghĩa là thực hiện chức năng điều khiển
truy cập tập trung.
5
Distribution System
Hình 1.2. Mô hình mạng cơ sở hạ tầng
1.1.3. Tập dịch vụ mở rộng (ESS - Extended Service Set)
Tiêu chuẩn 802.11 mở rộng phạm vi di động tới một phạm vi bất kỳ
thông qua ESS. Một ESS là một tập hợp của các tập dịch vụ cơ sở hạ tầng nơi
mà các AP giao tiếp với nhau để chuyển lưu lượng từ một BSS tới một BSS
khác để làm cho việc di chuyển dễ dàng của các trạm giữa các BSS.
Hình 1.3. Tập hợp dịch vụ mở rộng
6
1.2. Mô tả chức năng phân lớp MAC
1.2.1. Kiến trúc MAC
Phân lớp MAC nằm trong lớp liên kết dữ liệu của mô hình OSI. Phân lớp
MAC xác định cách thức truyền các khung dữ liệu trên môi trường truyền dẫn
bằng cách kết hợp một địa chỉ vật lý cho mỗi thiết bị, xác định tôpô mạng và
thăm dò đường truyền.
Kiến trúc phân lớp MAC bao gồm hai khối chức năng: Khối chức năng
DCF (Distributed Coordination Function là chức năng phối hợp phân tán) và
khối chức năng PCF (Point Coordination Function là chức năng phối hợp
điểm).
Hình 1.4. Mô hình OSI và kiến trúc phân lớp MAC
Các phương thức điều khiển truy cập tới các hệ thống WLAN có thể là
ngẫu nhiên hoặc được sắp xếp. Hoạt động của hệ thống WLAN có thể tập
trung, phân tán hoặc là kết hợp cả hai. Khi hoạt động của hệ thống là ngẫu
nhiên, nó được gọi là DCF. Khi hoạt động của mạng được điều khiển, nó được
gọi là PCF.
1.2.1.1. Chức năng phối hợp phân tán (DCF)
DCF là phương pháp truy nhập theo chuẩn 802.11 cho phép tất cả các
trạm trong một WLAN tranh chấp nhau nhằm dành quyền truy nhập vào môi
trường truyền dẫn không dây có tính chất chia sẻ nhờ sử dụng giao thức
7
CSMA/CA. DCF sẽ được thực hiện trong tất cả các trạm, thay cho việc sử
dụng cả IBSS và cấu hình mạng cơ sở hạ tầng.
DCF cho phép hoạt động độc lập của các thiết bị dữ liệu vô tuyến. Trong
một hệ thống dựa trên sự tranh chấp DCF, các thiết bị trao đổi thông tin yêu
cầu một cách ngẫu nhiên các dịch vụ từ các kênh bên trong một hệ thống trao
đổi thông tin. Bởi vì các yêu cầu trao đổi thông tin xảy ra một cách ngẫu
nhiên, nên hai hay nhiều thiết bị có thể yêu cầu các dịch vụ một cách đồng
thời. Điều khiển truy cập của một phiên DCF thường bao gồm việc yêu cầu
các thiết bị phán đoán các hoạt động trước khi truyền và lắng nghe các dịch vụ
nó yêu cầu có bị xung đột. Nếu thiết bị yêu cầu không nhận được một phản
hồi cho yêu cầu của nó, nó sẽ trì hoãn trong một khoảng thời gian ngẫu nhiên
trước khi truy cập lại. Một cải tiến của phương thức có thể sử dụng trong
nhiều trường hợp khác nhau để giúp làm giảm tối thiểu các xung đột ở trạm
truyền và nhận trao đổi các khung điều khiển ngắn [ yêu cầu gửi (RTS) và sẵn
sàng để nhận (CTS) các khung] sau khi xác định môi trường đang rỗi và sau
mọi sự trì hoãn hoặc backoff (thời gian chờ đợi trong một khoảng thời gian
nhất định), trước khi truyền dữ liệu.
Các mô hình mạng BSS (trong mô hình này chỉ có duy nhất một AP và
các máy trạm), ESS (đây là mô hình mở rộng của BSS cho phép có nhiều AP
và các máy trạm), IBSS (mô hình này không có AP mà chỉ có các máy trạm
kết nối trực tiếp với nhau) đều có thể sử dụng được chế độ DCF.
1.2.1.2. Chức năng phối hợp điểm (PCF)
PCF là chế độ hoạt động của các thiết bị vô tuyến được điều khiển trong
chế độ cơ sở hạ tầng. Trong một hệ thống được điều khiển, các thiết bị trao đổi
thông tin đợi cho đến khi nhận được một thông tin phản hồi trước khi chúng
truyền bất kỳ một thông tin nào. Bởi vì việc trao đổi thông tin giữa các thiết bị
được điều khiển bởi một thiết bị trung tâm nên ít có xung đột xảy ra. Để xác
nhận dữ liệu truyền đã được nhận thành công, thông tin thăm dò sẽ có chứa
thông tin về trạng thái của các gói tin mà đã được nhận. Nếu thiết bị gửi không
nhận một sự xác nhận của việc truyền trong gói tin thăm dò, nó sẽ truyền lại
dữ liệu.
8
Ưu điểm của PCF là đảm bảo được một khoảng thời gian trễ xác định vì
vậy các ứng dụng yêu cầu về QoS (như các ứng dụng thoại hay truyền hình
thời gian thực,…) có thể sử dụng trên nền chế độ truyền dẫn này. Khi sử dụng
PCF, AP sẽ đảm nhiệm chức năng thực hiện thuật toán thăm dò do đó các
mạng Ad Hoc không thể sử dụng chế độ này. PCF phải được sử dụng kết hợp
với DCF.
Có thể để kết hợp các lợi ích của DCF và PCF thành một hệ thống tốt
hơn. Sự kết hợp dựa trên các khoảng thời gian đặc trưng được chỉ định trong
DCF và PCF. Bằng việc kết hợp các quá trình này, có thể đảm bảo việc truyền
dữ liệu dịch vụ thời gian thực và cho phép truy cập ngẫu nhiên.
1.2.1.3 Sự cùng tồn tại của DCF và PCF
DCF và PCF sẽ cùng tồn tại theo một cách mà cho phép cả hai hoạt động
đồng thời trong phạm vi cùng BSS. Khi một PC đang hoạt động trong một
BSS, hai phương thức truy cập luân phiên, với một chu kỳ không xung đột
(CFP -Contension Free Period) đi theo sau bởi một chu kỳ xung đột (CP -
Contension Period).
1.2.1.4. Phân mảnh
Quá trình phân chia một đơn vị dữ liệu dịch vụ MAC (MSDU - MAC
service data unit) hay một đơn vị dữ liệu giao thức quản lý MAC (MMPDU -
MAC management protocol data unit) vào trong các khung MAC cấp nhỏ
hơn, các đơn vị dữ liệu giao thức MAC (MPDU-MAC protocol data units),
được gọi là phân đoạn.
Phân đoạn tạo ra các MPDU nhỏ hơn độ dài MSDU hay MMPDU gốc để
tăng thêm độ tin cậy, bằng việc tăng dần khả năng truyền thành công của
MSDU hay MMPDU trong trường hợp ở nơi mà kênh đặc trưng hạn chế tiếp
nhận độ tin cậy với các khung dài. Phân đoạn được hoàn thành tại mỗi thiết bị
truyền tức thời. Quá trình kết hợp lại MPDU thành một MSDU hoặc MMPDU
đã được định nghĩa khi ghép phân đoạn. Ghép phân đoạn đã hoàn thành tại
mỗi nơi nhận trực tiếp. Chỉ các MPDU với một địa chỉ nơi nhận duy nhất sẽ
được phân đoạn. Các khung broadcast/multicast sẽ không được phân đoạn
ngay cả khi độ dài của chúng vượt quá giới hạn phân đoạn.
9
Khi một MSDU có hướng nhận được từ điều khiển liên kết logic (LLC -
logical link control) hoặc MMPDU có hướng nhận được từ thực thể quản lý
lớp con MAC (MLME – MAC sublayer management entity) với một độ dài
lớn hơn giới hạn phân đoạn, MSDU hoặc MMPDU sẽ được phân đoạn.
MSDU hoặc MMPDU được tách ra thành các MPDU. Mỗi đoạn là một khung
không lớn hơn giới hạn phân đoạn. Điều đó có thể xảy ra khi mà bất cứ đoạn
nào có thể có một khung nhỏ hơn giới hạn phân đoạn.
Một minh hoạ về sự phân đoạn được trình bày trong hình 1.5. Các
MPDU là kết quả từ sự phân đoạn của một MSDU hoặc MMPDU để gửi đi
khi truyền độc lập, mỗi thành phần được nhận tách biệt nhau. Điều này cho
phép truyền lại xảy ra với mỗi đoạn, hơn là mỗi MSDU hoặc MMPDU.
Hình 1.5. Phân đoạn
Trừ khi ngắt do các giới hạn chiếm giữ môi trường đối với một tầng vật
lý nhất định, các đoạn của một MSDU hoặc MMPDU đơn lẻ được gửi đi như
một sự nỗ lực trong khoảng thời gian chu kỳ xung đột, sử dụng chỉ có một dẫn
chứng của thủ tục truy cập môi trường DCF. Các đoạn của một MSDU hoặc
MMPDU đơn lẻ được gửi trong khoảng thời gian một chu kỳ không xung đột
khi những khung riêng lẻ tuân theo những quy tắc của một điểm phối hợp thủ
tục truy cập môi trường.
1.2.1.5. Dịch vụ dữ liệu MAC
Dịch vụ dữ liệu MAC sẽ thông dịch các yêu cầu dịch vụ MAC từ LLC
thành các tín hiệu dữ liệu vào được sử dụng bởi máy trạng thái MAC. Dịch vụ
dữ liệu MAC cũng sẽ thông dịch các tín hiệu dữ liệu ra từ máy trạng thái
MAC thành các dấu hiệu dịch vụ tới LLC.
1.2.1.6. Các kiểu khung
Có ba kiểu khung chính:
10
Khung dữ liệu (Data Frame): được sử dụng để truyền dữ liệu.
Khung điều khiển (Control Frame): được sử dụng để điều khiển truy
cập môi trường (RTS, CTS, và ACK).
Khung quản lý (Management Frame): đó là các khung mà được
truyền theo cùng một cách như các khung dữ liệu để trao đổi thông tin
quản lý, nhưng không chuyển tiếp lên các tầng cao hơn.
Mỗi một kiểu cũng được chia nhỏ thành các kiểu con khác nhau, theo các
chức năng cụ thể.
1.2.1.6.1. Định dạng khung
Tất cả các khung 802.11 bao gồm bởi các thành phần như sau:
Preamble
Trường Preamble
Điều này phụ thuộc vào tầng vật lý, bao gồm:
PLCP Header
MAC Data
CRC
Synch: một chuỗi 80 bít luân phiên các số 0 và 1, chúng được sử
dụng bởi sơ đồ mạnh tầng vật lý để lựa chọn anten thích hợp (nếu
tính đa dạng được sử dụng), và phạm vi khoảng trống tần số xuất
hiện trạng thái dừng để hiệu chỉnh và đồng bộ hoá với việc tính
toán thời gian gói tin nhận được.
SFD: Một khung bắt đầu được phân định gồm có 16 bít nhị phân
có dạng 0000 1100 1011 1101, chúng được sử dụng để định nghĩa
việc tính toán thời gian khung.
Trường PLCP Header
Đoạn đầu PLCP luôn luôn được truyền với 1 Mbit/s và bao gồm
thông tin logic sẽ được sử dụng bởi tầng vật lý để giải mã khung, gồm có:
Độ dài từ PLCP_PDU: miêu tả số lượng các byte được chứa trong
gói tin, điều này hữu ích đối với tầng vật lý để phát hiện chính xác
thời điểm kết thúc của gói tin.
Trường tín hiệu PLCP: hiện thời chỉ chứa tốc độ thông tin, được
mã hoá trong khoảng 0.5 Mbps rồi tăng dần từ 1 Mbit/s đến 4.5
11
Mbit/s.
Trường kiểm tra lỗi tiêu đề: đó là một trường 16 bít CRC để phát
hiện lỗi.
Trường MAC data
Hình sau cho thấy tổng quát định dạng khung MAC, một phần của trường
này chỉ có trong bộ phận của các khung như được miêu tả sau đây.
Hình 1.6 . Định dạng khung MAC
Trường Frame Control
Trường điều khiển khung chứa đựng thông tin sau đây:
Hình 1.7. Trường điều khiển khung
Trường Protocol version
Trường này bao gồm 2 bít mà không thay đổi về kích thước và
được sắp xếp ngang theo các phiên bản của chuẩn 802.11, và sẽ được sử
dụng để nhận ra các phiên bản có thể xảy ra trong tương lai. Trong phiên
bản của chuẩn hiện tại giá trị này được cố định là 0.
Trường Type và subtype
Có 6 bít định nghĩa kiểu và kiểu con của khung.
Trường ToDS
Bít này thiết lập là 1 khi khung được gửi tới AP để chuyển tiếp nó
tới hệ thống phân phối (bao gồm trường hợp ở đó trạm đích là trong cùng
BSS, và AP sắp đặt lại khung). Bít này được thiết lập là 0 trong tất cả các
khung khác.
12
Trường FromDS
Bít này thiết lập là 1 khi mà khung đang đi tới từ hệ thống phân phối
(DS - Distribution System).
Trường More Fragments
Bít này thiêt lập là 1 khi mà có nhiều các đoạn thuộc về cùng một
khung theo sau đoạn hiện thời này.
Trường Retry
Bít này cho biết rằng đoạn này là truyền lại của đoạn đã truyền trước
đó, nó sẽ được sử dụng bởi trạm nhận để nhận ra bản sao truyền của các
khung mà có thể xuất hiện khi một gói báo nhận bị mất.
Trường Power Management
Bít này cho biết chế độ quản lý năng lượng mà trạm muốn có sau
khi truyền khung này. Điều này được sử dụng bởi các trạm mà đang thay
đổi trạng thái hoặc từ chế độ tiết kiệm (PS-Power Save) được Active
hoặc ngược lại.
Trường More Data
Bít này cũng được sử dụng cho chế độ quản lý năng lượng và nó
được sử dụng bởi AP để cho biết rằng có nhiều khung hơn trong vùng
đệm của trạm này. Trạm có thể quyết định sử dụng thông tin này để tiếp
tục kiểm soát vòng hay thậm chí đang thay đổi chế độ tới Active.
Trường WEP
Bít này cho biết rằng thân khung được mã hóa theo giải thuật mã
truy nhập tương đương có dây (WEP - wired equivalent privacy).
Trường Order
Bít này cho biết rằng khung này đang được gửi sử dụng lớp dịch vụ
Strictly-Ordered 2.
Trường Duration/ID
13
Trường này có hai nghĩa độc lập dựa trên kiểu khung: trong các
thông báo thăm dò PS đây là ID của trạm và trong tất cả các khung khác
đây là giá trị khoảng thời gian được sử dụng cho tính toán NAV.
Trường Address Fields
Một khung có thể bao gồm có tới 4 địa chỉ đang phụ thuộc vào các
bít ToDS và FromDS được định nghĩa trong trường điều khiển, như sau:
Address-1
Luôn luôn là địa chỉ nhận (ví dụ một trạm trong BSS mà ngay lập tức
nhận được gói tin), nếu như ToDS được thiết lập đó là địa chỉ của AP, nếu
như ToDS không được thiết lập thì đây là địa chỉ của trạm cuối.
Address-2
Luôn luôn là địa chỉ máy phát (ví dụ một trạm mà về vật lý đang
truyền gói tin), nếu như FromDS được thiết lập đây là địa chỉ của AP, nếu
như nó không được thiết lập thì nó là địa chỉ của máy trạm.
Address-3
Trong đa số những trường hợp còn lại, mất địa chỉ, trên một khung với
FromDS được thiết lập là 1, sau đó Address-3 là địa chỉ nguồn gốc, nếu
như khung có ToDS thiết lập thì Address-3 là địa chỉ đích.
Address-4
Được sử dụng trên trường hợp đặc biệt nơi mà hệ thống phân phối
không dây được sử dụng, và khung đang được truyền từ một điểm truy
nhập tới một điểm khác, trong trường hợp này cả hai bít ToDS và FromDS
được thiết lập, cho nên cả hai đích gốc và địa chỉ nguồn gốc là thiếu.
Theo bảng tổng kết cách sử dụng các địa chỉ khác nhau theo sự bố trí các
bít ToDS và FromDS.
14
Bảng 1.1. Sử dụng các địa chỉ khác nhau của hai bít ToDS và FromDS
ToDS From DS Address 1 Address 2 Address 3 Address 4
0
0
1
1
0
1
0
1
DA
DA
SA
BSSID
SA
BSSID
SA
N/A
N/A
N/A
SA
BSSID
RA
DA
TA
DA
Trường Sequence Control
Trường Sequence Control được sử dụng để miêu tả thứ tự của các đoạn
khác nhau đang thuộc về cùng một khung, và nhận ra các bản sao gói tin, nó
bao gồm hai trường con Fragment Number, và Sequence Number, chúng định
nghĩa khung và số lượng đoạn trong một khung.
CRC (Cyclic Redundancy Check)
CRC là một trường 32 bít kiểm tra mã dư vòng.
1.2.1.6.2 Định dạng các khung thông thường
RTS Frame Format
Cấu trúc khung RTS như sau:
Hình1.8. Khung RTS
RA (Receiver Address) của một khung RTS là địa chỉ của trạm, trên môi
trường không dây, được dự định trực tiếp nhận dữ liệu kế tiếp hoặc khung
quản lý.
15
TA (Transmitter address) sẽ là địa chỉ của trạm đang truyền khung RTS.
Giá trị Duration là khoảng thời gian, trong một phần triệu của giây, được yêu
cầu truyền dữ liệu kế tiếp hoặc khung quản lý, cộng với một khung CTS, cộng
với một khung ACK, cộng với ba khoảng thời gian SIFS.
CTS Frame Format
Cấu trúc khung RTS như sau:
Hình1.9. Khung CTS
RA của khung CTS được sao chép từ trường TA của khung RTS liền
trước trực tiếp tới CTS mà đang trả lời. Giá trị Duration là giá trị đạt được từ
trường Duration của khung RTS liền trước trực tiếp, trừ thời gian, trong một
phần triệu của giây, yêu cầu truyền khung CTS và khoảng thời gian SIFS của
nó.
ACK Frame Format
Cấu trúc khung ACK như sau:
Hình 1.10. Khung ACK
RA của khung ACK được sao chép từ địa chỉ Address-2 của khung liền
trước trực tiếp. Nếu như nhiều đoạn bít đã thiết lập là 0 trong trường Frame
Control của khung liền trước, giá trị Duration được thiết lập là 0, nếu không
giá trị Duration đạt được từ trường Duration của khung liền trước, trừ thời
gian, trong một phần triệu giây, yêu cầu truyền khung ACK và khoảng thời
gian SIFS của nó.
16
1.2.2. DCF
Giao thức truy cập môi trường cơ bản là DCF cho phép tự động chia sẻ
môi trường giữa các tầng vật lý tương thích thông qua sử dụng giao thức
CSMA/CA và thời gian backoff ngẫu nhiên theo sau một trạng thái môi
trường bận. Ngoài ra, tất cả lưu lượng có hướng sử dụng khung báo nhận xác
thực trực tiếp (ACK) ở nơi mà việc truyền lại được lập lịch bởi nơi gửi nếu
như không có khung ACK nào nhận được.
Giao thức CSMA/CA được thiết kể để giảm bớt khả năng có thể xảy ra
xung đột giữa các trạm cùng truy cập một môi trường, tại một điểm mà ở đó
các xung đột có nhiều khả năng xảy ra. Ngay sau khi môi trường trở nên rỗi
tiếp theo một môi trường bận (như được biểu thị bởi chức năng cảm biến tần
số) là khi khả năng cao nhất xảy ra của một xung đột đã tồn tại. Đó là bởi vì
nhiều trạm có thể đang đợi môi trường trở nên sẵn sàng để sử dụng trở lại.
Đây là trạng thái cần phải có một thủ tục backoff ngẫu nhiên để giải quyết
tranh chấp xung đột môi trường.
Cảm biến tần số sẽ được thực hiện thông qua cả hai cơ chế ảo và vật lý.
Cơ chế cảm biến tần số ảo đạt được bởi việc phân phối thông tin riêng biệt
thông báo sắp xảy ra sử dụng môi trường. Sự trao đổi của các khung RTS và
CTS trước khung dữ liệu hiện thời là một cách thức để phân phối thông tin
môi trường riêng biệt này. Các khung RTS và CTS bao gồm một trường
Duration/ ID để định nghĩa chu kỳ thời gian mà môi trường đã dành riêng để
truyền khung dữ liệu hiện thời và gửi trả lại khung ACK. Tất cả trạm bên
trong dải tiếp nhận của trạm nguồn (truyền RTS) hoặc trạm đích (truyền CTS)
sẽ được biết về môi trường dự trữ. Kết quả là, một trạm có thể không nhận
được dữ liệu từ trạm nguồn, nhưng vẫn biết rằng đang xảy ra việc sử dụng môi
trường để truyền một khung dữ liệu.
Một cách khác để phân phối thông tin môi trường riêng biệt là trường
Duration/ID trong những khung có hướng. Trường này đưa ra thời gian mà
môi trường đã dự trữ, hoặc kết thúc ngay lập tức theo sau ACK, hoặc trong
trường hợp của một chuỗi phân đoạn, cho tới khi kết thúc của ACK sau đoạn
kế tiếp. Sự trao đổi RTS/CTS cũng thực hiện cả hai kiểu phát hiện xung đột
nhanh và kiểm tra đường truyền. Nếu như CTS trả lại không được phát hiện
17
bởi RTS các trạm nguồn, trạm nguồn có thể lặp lại quá trình (sau khi quan sát
quy tắc sử dụng môi trường) nhanh hơn nếu như khung dữ liệu dài đã được
truyền và khung ACK trả lại không được phát hiện.
Một lợi thế khác của cơ chế RTS/CTS xảy ra ở nơi mà sử dụng nhiều
BSS giống như một kênh chồng chéo. Cơ chế hạn chế môi trường làm việc
thông qua các ranh giới vùng dịch vụ cơ sở (BSA-basic service area). Cơ chế
RTS/CTS cũng có thể cải thiện quá trình hoạt động trong một trạng thái điển
hình ở nơi mà tất cả các trạm có thể nhận từ AP, nhưng không thể nhận từ tất
cả các trạm khác trong BSA.
Cơ chế RTS/CTS không thể sử dụng được cho các MPDU với địa chỉ tức
thời broadcast và multicast bởi vì có nhiều đích đến RTS, và như vậy nhiều
khả năng các nguồn gửi cùng một lúc về CTS trong lúc trả lời. Cơ chế
RTS/CTS không cần thiết phải sử dụng để truyền với mọi khung dữ liệu. Bởi
vì việc bổ sung các khung RTS và CTS thêm vào ở phần đầu không có hiệu
quả, cơ chế này không phải lúc nào cũng đúng, đặc biệt là với các khung dữ
liệu ngắn. Sử dụng bằng cơ chế RTS/CTS là dưới quyền điều khiển của thuộc
tính giới hạn RTS. Thuộc tính này có thể thiết lập trong mỗi trạm cơ sở. Cơ
chế này cho phép các trạm được cấu hình sử dụng RTS/CTS hoặc thường
xuyên, không bao giờ, hay chỉ trong các khung dài hơn so với chiều dài lý
thuyết.
Một trạm đã cấu hình không bắt đầu bằng cơ chế RTS/CTS sẽ vẫn cập
nhật cơ chế cảm biến tần số ảo của nó với khoảng thời gian thông tin đã chứa
đựng trong một khung RTS hoặc CTS nhận được, và sẽ thường xuyên đáp trả
lại với một RTS được gửi tới nó bằng một CTS.
Giao thức truy cập môi trường cho phép các trạm được hỗ trợ tập hợp có
tốc độ dữ liệu khác nhau. Tất cả các trạm sẽ nhận toàn bộ tốc độ dữ liệu trong
một tập tốc độ cơ sở và truyền một hoặc nhiều hơn tốc độ dữ liệu trong một
tập tốc độ cơ sở. Để hỗ trợ quy trình hoạt động thích hợp của RTS/CTS và cơ
chế cảm biến tần số ảo, tất cả các trạm sẽ có khả năng phát hiện các khung
RTS và CTS. Vì lý do này các khung RTS và CTS sẽ được truyền với một tốc
độ của tập tốc độ cơ sở. Các khung dữ liệu được gửi theo DCF sẽ sử dụng dữ
liệu kiểu khung và dữ liệu con hoặc hàm Null. Các trạm đang nhận dữ liệu
18
kiểu khung sẽ chỉ xem xét thân khung như cơ sở của một chỉ định có thể xảy
ra tới LLC.
1.2.2.1. Cơ chế cảm biến tần số
Những chức năng vật lý và cảm biến tần số ảo được dùng để xác định
trạng thái của môi trường. Khi một trong hai chức năng này cho biết môi
trường đang bận, môi trường sẽ được coi là bận; mặt khác, nó sẽ được coi là
rỗi. Một cơ chế cảm biến tần số vật lý sẽ được cung cấp bởi tầng vật lý.
Những chi tiết về cảm biến tần số vật lý được cung cấp trong các đặc điểm kỹ
thuật tầng vật lý riêng biệt. Một cơ chế cảm biến tần số ảo sẽ được cung cấp
bởi MAC. Cơ chế này được nhắc tới như vectơ định vị mạng (NAV-network
allocation vector). NAV duy trì một dự đoán về lưu lượng tương lai trong môi
trường được dựa trên thông tin về khoảng thời gian mà được thông báo trong
các khung RTS/CTS trước khi trao đổi dữ liệu thực tế. Thông tin khoảng thời
gian cũng sẵn có trong phần đầu MAC của tất cả các khung được gửi trong
khoảng thời gian chu kỳ xung đột khác với các khung điều khiển thăm dò tiết
kiệm năng lượng.
Cơ chế cảm biến tần số phối hợp trạng thái NAV và tình trạng truyền các
trạm với cảm biến tần số vật lý để xác định trạng thái bận/ rỗi của môi trường.
NAV có thể nghĩ đến như một máy đếm, nó đếm ngược tới 0 với một tốc độ
không đổi. Khi máy đếm là 0, biểu thị cảm biến tần số ảo là môi trường đang
rỗi; khi không phải là 0, biểu hiện đang bận. Môi trường sẽ được xác định bận
mỗi khi một trạm đang truyền.
1.2.2.2. Các thông báo nhận tầng MAC
Sự tiếp nhận một số các khung, phụ thuộc vào trạm đang nhận trả lời lại
với thông báo nhận, thông thường là một khung ACK, nếu như chuỗi kiểm tra
khung (FCS-frame check sequence) của khung vừa nhận được là đúng. Kỹ
thuật này được biết đến để xác thực thông báo nhận.
Thiếu sự tiếp nhận trong một khung ACK biểu thị rằng trạm nguồn có lỗi
xảy ra. Lưu ý, tuy nhiên, trạm đích có thể đã nhận được chính xác khung, và
lỗi đó có thể đã xảy ra trong khi tiếp nhận khung ACK. Khi trạm bắt đầu trao
đổi khung, đây là điều kiện không thể phân biệt được lỗi khi xảy ra trong
19
khung ban đầu.
1.2.2.3. Interframe space (IFS)
Khoảng thời gian giữa các khung được gọi là IFS. Một trạm sẽ xác định
xem môi trường có rỗi thông qua sử dụng chức năng cảm biến tần số với một
khoảng thời gian xác định. Bốn IFS khác nhau được định nghĩa để cung cấp
các mức độ ưu tiên trong truy cập với môi trường không dây. Chúng được liệt
kê theo thứ tự, từ ngắn nhất đến dài nhất. Hình 1.11 cho thấy một số những
mối quan hệ này.
SIFS - short interframe space
PIFS - PCF interframe space
DIFS - DCF interframe space
EIFS - extended interframe space
Các IFS khác nhau sẽ độc lập về tốc độ bít mỗi trạm. Thời gian IFS sẽ
được định nghĩa như thời gian trống trên môi trường, và sẽ được cố định với
mỗi tầng vật lý (thậm chí trong các tầng vật lý có khả năng nhiều tốc độ). Các
giá trị IFS được xác định từ các thuộc tính được xác định bởi tầng vật lý.
Hình 1.11. Một vài mối quan hệ IFS
1.2.2.3.1. Short IFS (SIFS)
SIFS sẽ được sử dụng cho một khung ACK, một khung CTS, thứ hai
hoặc MPDU kế tiếp của một chùm đoạn, và do một trạm trả lời với bất kỳ sự
kiểm tra tuần tự bởi PCF. Nó cũng có thể được sử dụng bởi một điểm phối
hợp cho bất kỳ kiểu khung trong khoảng thời gian chu kỳ không xung đột.
SIFS là thời gian từ khi kết thúc biểu tượng cuối cùng của khung liền trước tới
khi bắt đầu biểu tượng đầu tiên với phần đầu của khung kế tiếp như được nhìn
20
thấy tại giao diện trình bày.
SIFS sẽ tính toán thời gian đạt được khi truyền khung kế tiếp được bắt
đầu tại ranh giới khe TxSIFS. Sự thi hành chuẩn IEEE 802.11 sẽ không cho
phép khoảng trống giữa các khung được định nghĩa phân chia bằng thời gian
SIFS, khi đã đều đặn trên môi trường, tới sự thay đổi từ giá trị SIFS quy định
bằng nhiều hơn ±10% của một khe thời gian trong tầng vật lý đang sử dụng.
SIFS là ngắn nhất trong IFS. SIFS sẽ được sử dụng khi các trạm cho là đã
nắm được môi trường và cần thiết phải giữ nó trong một khoảng thời gian của
chuỗi trao đổi khung để thực hiện. Việc sử dụng khoảng trống nhỏ nhất giữa
các phiên truyền bên trong chuỗi trao đổi khung ngăn chặn các trạm khác, mà
được yêu cầu chờ đợi môi trường rỗi trong một khoảng trống thời gian dài
hơn, từ sự cố gắng sử dụng môi trường, do đó dành quyền ưu tiên để hoàn
thành chuỗi trao đổi khung trong tiến trình.
1.2.2.3.2. PCF IFS (PIFS)
PIFS sẽ được sử dụng duy nhất bởi các trạm đang hoạt động dưới PCF để
lấy được quyền ưu tiên truy cập môi trường khi bắt đầu chu kỳ không xung
đột. Một trạm đang sử dụng PCF sẽ cho phép truyền lưu lượng không tranh
chấp sau khi cơ chế cảm biến tần số của nó xác định rằng môi trường đang rỗi
tại khe ranh giới TxPIFS.
1.2.2.3.3. DCF IFS (DIFS)
DIFS sẽ được sử dụng bởi các trạm đang hoạt động dưới DCF để truyền
các khung dữ liệu MPDU và các khung quản lý MMPDU. Một trạm đang sử
dụng DCF sẽ cho phép truyền nếu cơ chế cảm biến tần số của nó xác định
rằng môi trường đang rỗi tại khe ranh giới TxPIFS sau khi một khung được
nhận chính xác, và thời gian backoff của nó hết hạn. Một trạm đang sử dụng
DCF sẽ không truyền trong phạm vi một EIFS sau khi nó xác định rằng môi
trường đang rỗi, tiếp theo sẽ tiếp nhận một khung đối với báo hiệu kết thúc
nhận tầng vật lý gốc chứa đựng một lỗi hoặc một khung với một giá trị MAC
FCS nào đó không chính xác. Một trạm có thể truyền sau khi nhận tiếp một
khung không có lỗi, tái đồng bộ hoá trạm. Điều này cho phép trạm truyền sử
dụng DIFS theo sau khung đó.
21
1.2.2.3.4. Extended IFS (EIFS)
EIFS sẽ được sử dụng bởi DCF bất cứ khi nào tầng vật lý có chỉ thị tới
MAC rằng một khung truyền đã bắt đầu mà kết quả là không nhận được chính
xác về một khung MAC đầy đủ với một giá trị FCS chính xác. Khoảng thời
gian giữa hai EIFS sẽ bắt đầu sau chỉ thị do tầng vật lý cho rằng môi trường
rỗi sau khi phát hiện khung lỗi, không liên quan đến cơ chế cảm biến tần số
ảo. EIFS được định nghĩa để cung cấp đủ thời gian cho một trạm khác để báo
nhận được những gì, từ trạm này, một khung được nhận không chính xác
trước khi trạm này bắt đầu truyền. Sự tiếp nhận một khung không có lỗi trong
khoảng thời gian EIFS để đồng bộ hoá trạm gây ra trạng thái bận/rỗi hiện tại
của môi trường, vì vậy EIFS được kết thúc và tiếp tục truy cập môi trường
bình thường (sử dụng DIFS và, nếu cần thiết, backoff) sau khi nhận được
khung đó.
1.2.2.4. Thời gian backoff ngẫu nhiên
Một trạm yêu cầu bắt đầu truyền dữ liệu MPDU và/hoặc quản lý
MMPDU sẽ gọi cơ chế cảm biến tần số để xác định trạng thái bận/rỗi của môi
trường. Nếu như môi trường bận, trạm sẽ hoãn cho đến khi môi trường được
xác định là rỗi mà không cần gián đoạn trong một khoảng thời gian bằng DIFS
khi mà khung cuối cùng được phát hiện ra trên môi trường là đã được nhận
chính xác, hoặc sau khi môi trường được xác định là rỗi không cần gián đoạn
trong một khoảng thời gian bằng EIFS khi khung cuối cùng được được phát
hiện ra trên môi trường là không được nhận chính xác. Sau thời gian rỗi của
môi trường DIFS hay EIFS này, trạm tiếp theo sẽ phát ra một chu kỳ backoff
ngẫu nhiên trong thời gian trì hoãn để bổ sung vào trước khi truyền, trừ khi
thiết bị bấm giờ backoff đã chứa đựng một giá trị khác không, trong trường
hợp này sự lựa chọn một số ngẫu nhiên là không cần thiết và không được thực
hiện. Quá trình này làm giảm tổi thiểu các xung đột trong thời gian tranh chấp
giữa các trạm mà đang trì hoãn với cùng một sự kiện.
Backoff Time = Random() x aSlotTime
Ở đây Random() là số nguyên giả ngẫu nhiên được lấy ra từ sự phân phối
giống nhau lên trên khoảng thời gian [0,CW], CW(Contention window) là
22
một số nguyên trong phạm vi dải của các giá trị thuộc những đặc trưng tầng
vật lý aCWmin và aCWmax, aCWmin ≤ CW ≤ aCWmax.
aSlotTime là giá trị đặc trưng tầng vật lý có tên tương ứng.
Tham số cửa sổ xung đột (CW) sẽ giữ một giá trị ban đầu của aCWmin.
Mỗi trạm sẽ duy trì một trạm đếm lại ngắn (SSRC-station short retry count)
cũng như một trạm đếm lại dài (SLRC-station long retry count ), cả hai cách
đếm sẽ giữ một giá trị ban đầu là không. SSRC sẽ được tăng lên bất kỳ khi nào
mọi sự đếm thử lại ngắn được kết hợp với bất cứ MSDU nào được tăng lên.
SLRC sẽ được tăng lên bất kỳ khi nào mọi sự đếm thử lại dài được kết hợp với
bất cứ MSDU nào được tăng lên. CW sẽ giữ giá trị tiếp theo trong các chuỗi
lần nào cũng cố gắng để truyền một MPDU mà không thành công nhiều
nguyên nhân hoặc là máy đếm thử lại STA được tăng lên, cho đến khi CW đạt
đến giá trị aCWmax. Thử lại được định nghĩa như toàn bộ chuỗi của các
khung được gửi, được phân chia bằng các khoảng thời gian SIFS, trong một
cố gắng để thực hiện một MPDU. Khi mà nó đạt được aCWmax, CW sẽ giữ
nguyên giá trị của aCWmax cho đến khi nó xác lập lại. Điều này cải thiện độ
ổn định của giao thức truy cập dưới nhiều điều kiện. CW sẽ xác lập lại với
aCWmin sau khi mọi cố gắng để truyền một MSDU hay MMPDU thành công,
khi SLRC đạt được một giới hạn thử lại dài, hay là khi SSRC đạt được giới
hạn thử lại ngắn. SSRC sẽ xác lập lại về 0 mỗi khi một khung CTS nhận được
trả lời với một khung RTS, mỗi khi một khung ACK nhận được trả lời với
việc truyền một MPDU hoặc MMPDU, hoặc mỗi khi một khung với một
nhóm địa chỉ trong trường Address-1 đã được truyền. SLRC sẽ xác lập lại về 0
mỗi khi một khung ACK nhận được trả lời với việc truyền một MPDU hoặc
MMPDU bằng độ dài lớn hơn so với bắt đầu RTS, hoặc mỗi khi một khung
với một nhóm địa chỉ trong trường Address-1 đã được truyền.
Tập hợp các giá trị của CW sẽ liên tục tăng với số nguyên luỹ thừa của 2,
trừ 1, lúc bắt đầu với một giá trị aCWmin tầng vật lý riêng biệt, và tiếp tục
tăng lên và bao gồm cả một giá trị aCWmax tầng vật lý riêng biệt.
1.2.2.5. Thủ tục truy cập DCF
Phương thức truy cập CSMA/CA là nền tảng của DCF. Các quy tắc cho
quá trình hoạt động thay đổi không đáng kể giữa DCF và PCF.
Tải về để xem bản đầy đủ
87 trang
12/05/2025
160
Bạn đang xem 30 trang mẫu của tài liệu "Luận văn Bảo đảm công bằng luồng trong các mạng Ad Hoc không dây", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên.
File đính kèm:
- luan_van_bao_dam_cong_bang_luong_trong_cac_mang_ad_hoc_khong.pdf
