Đề tài Giới thiệu chung về IEEE 80211 và IEEE 80211n

Mục lục

LỜI NÓI ĐẦU. 1

Mục lục hình vẽ . 4

Danh mục thuật ngữ viết tắt. 6

CHƯƠNG I. 8

GIỚI THIỆU CHUNG VỀ IEEE 802.11 VÀ 802.11n. 8

1.1 QUÁ TRÌNH HÌNH THÀNH VÀ RA ĐỜI CÔNG NGHỆ KHÔNG DÂY. 8

1.2 LỊCH SỬ HÌNH THÀNH CỦA 802.11. 12

1.3 LỊCH SỬ HÌNH THÀNH VỀ THÔNG LƯỢNG TỐC ĐỘ CAO VÀCHUẨN 802.11n.15

1.3.1 Nhóm nghiên cứu thông lượng tốc độ cao. . 15

1.3.2 Các thiết bị cầm tay (handheld devices) . 15

1.3.3 Môi trường và ứng dụng với 802.11n . 16

1.4 KẾT LUẬN . 20

CHƯƠNG II . 21

PHÂN LỚP MAC TRONG CHUẨN 802.11n. 21

2.1 PHÂN LỚP GIAO THỨC. 22

2.2 CÁC CHỨC NĂNG ĐIỀU KHIỂN . 23

2.2.2 Dò quét . 24

2.4.1 Khoảng cách liên khung ngắn SIFS (The short inter-frame space) . 33

2.4.2 Khe thời gian (Slot time) . 34

2.4.3 Khoảng cách liên khung PIFS của PCF (The PCF inter-frame space) . 34

2.5 TRAO ĐỔI KHUNG DỮ LIỆU VÀ KHUNG ACK XÁC NHẬN. . 35

2.5.1 Phân đoạn khung (Fragmentation) . 36

2.6 HIỆN TƯỢNG ẨN NÚT (HIDDEN NODE) . 39

2.6.1 Network allocation vector (Vecto định vị mạng) . 39

2.7 TĂNG CƯỜNG TRUY NHẬP KÊNH PHÂN TÁN . 41

2.7.1 Thời điểm truyền tải . 43

2.7.3 Các tham số truy cập EDCA . 44

2.7.4 Khoảng cách liên khung mở rộng EIFS (ExtendedInter-frame Space) . 45

CHƯƠNG III . 50

3.1 NHỮNG LÝ DO CHO SỰ CẢI TIẾN . 50

3.1.1 Thông lượng cao mà không cần thay đổi MAC. . 50

3.1.2 Những cải tiến thông lượng của lớp MAC. . 52

3.1.3 Thông lượng với các cải tiến hiệu quả ở lớp MAC. . 54

Giới thiệu chung về IEEE 802.11 và IEEE 802.11n

3

3.2 Móc nối,liên hợp (Aggregation) . 54

3.2.1 Liên hợp các MSDU (A-MSDU) . 55

3.2.2 Liên hợp các MPDU (A-MPDU) . 56

3.2.3 Móc nối PSDU (A-PSDU) . 59

3.3 Xác nhận khối (Block Acknowledgement) . 60

3.3.1 ACK xác nhận khối tức thời và trễ . 60

3.3.2 Sự khởi tạo phiên ACK xác nhận khối . 62

3.3.3 Truyền dữ liệu ở phiên Ack xác nhận khối . 63

3.3.4 Làm đứt (tear down) phiên ACK xác nhận khối . 64

3.3.5 Chính sách ack xác nhận thông thường trong một bất liên hợp (non-aggregate). . 64

3.3.6 Quá trình hoạt động của bộ đệm tái sắp xếp. . 64

3.4 Ack xác nhận khối tức thời thông lượng cao (HT-immediate block ack) . 66

3.4.1 Chính sách của Normal Ack trong một quá trinhliên kết khung. . 66

3.4.2 Nén ack xác nhận khối . 67

3.4.3 Trạng thái đầy đủ và một phần của ack xác nhận khối. . 68

3.5 HT Ack xác nhận khối trễ . 73

3.5.1 Các chuỗi TXOP trong HT ack xác nhận khối trễ. . 74

3.6 Kết Luận . 74

KẾT LUẬN . 79

Tài liệu tham khảo . 80

Giới thiệu chung về IEEE 802.11 và IEEE 802.11n

4

Mục lục hình vẽ

Hình 1.3 biểu đồ tốc độ và băng tần của các chuẩn 802.11. . 14

Hình 1.5 BSS tại nhà riêng . 17

Hình 2.1 Hoạt động giữa các lớp LLC, MAC, PHY. . 23

Hình 2.2 Vị trí khung Beacon. . 24

Hình 2.3 Quét bị động . 24

Hình 2.4 Quét chủ động . 25

Hình 2.6 Xác thực khóa chia sẻ. . 28

Hình 2.7 Hoạt động của RTS/CTS. . 30

Hình 2.8 Hoạt động của RTS/CTS với hai máy trạm không dây. . 31

Hình 2.9 Hoạt động của RTS/CTS giữa máy trạm có dây và máy trạm không dây. . 31

Hình 2.10 Sơ đồ cách thức hoạt động của NAV . 32

Hình 2.11 Một số loại IFS . 33

Hình 2.12 Thời gian trễ do quá trình xử lý hồi đáp khung ở tầng vật lý và lớp MAC. . 33

Hình 2.13 Trao đổi khung dữ liệu và khung xác nhận ACK. 35

Hình 2.14 Mô tả phân đoạn khung . 37

Hình 2.15 Hai trạm cạnh tranh truy nhập. . 38

Hình 2.16 Vấn đề ẩn nút (hidden node). . 39

Hình 2.17 Trao đổi khung RTS/CTS. . 40

Hình 2.21 TXOP với các tốc độ vật lý khác nhau. . 43

Hình 2.22 Một số TXOP theo các kênh truy nhập ưu tiên khác nhau. . 44

Hình 3.1 Thông lượng và tốc độ truyền tầng vật lý giả định khi chưa có thay đổi ở lớp MAC

(giới hạn 3ms/TXOP, xác nhận khối (block ack), 10% mất gói (PER)). . 50

Hình 3.2 Hiệu quả ở lớp MAC và tốc độ truyền tầng vật lý giả định khi chưa có thay đổi ở lớp

MAC (giới hạn 3ms/TXOP, xác nhận khối (block ack), 10% mất gói (PER)). . 51

Hình 3.3 Tổng quan tương đối về đoạn đầu của một khung 1500 byte trên các tốc độ vật lý

khác nhau. . 52

Hình 3.4 Các cải tiến cơ bản của thông lượng trong 802.11 MAC. .52

Hình 3.7 Hai mức liên hợp Aggreation trong trình tựchắc năng ở lớp MAC. . 55

Hình 3.8 Quá trình đóng gói A-MSDU. . 56

Hình 3.9 Quá trình đóng gói A-MPDU. . 57

Hình 2.10 Đề xuất về quá trình đóng gói A-PSDU. . 59

Hình 3.11 Các phiên ACK xác nhận khối tức thời và trễ. . 61

Hình 3.12 Hoạt động của bộ đệm tái sắp xếp với các phân đoạn MSDU. . 65

Hình 3.13 Chính sách Normal Ack trong một liên kết và không liên kết khung. . 66

Hình 3.14 Sử dụng BAR để làm giảm bộ đệm tái sắp xếp. . 67

Hình 3.15 Chức năng chia nhỏ thông thường cho quá trình thực hiện ack xác nhận khối tức

thời ở trạm nhận. . 70

Hình 3.16 Quá trinh hoạt động bảng điểm (scoreboard). 71

Hình 3.17 Các chuỗi TXOP có HT ack xác nhận tức thời thông thường. . 73

pdf77 trang | Chia sẻ: lethao | Lượt xem: 2410 | Lượt tải: 2download
Bạn đang xem trước 20 trang tài liệu Đề tài Giới thiệu chung về IEEE 80211 và IEEE 80211n, để xem tài liệu hoàn chỉnh bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
ng LAN 802.3 để truyền dữ liệu. PCF là một chế độ truyền dẫn cho phép truyền các khung không xung đột trong mạng WLAN bằng cách sử dụng thuật toán thăm dò. Ưu điểm của PCF là đảm bảo khoảng thời gian trễ xác định vì vậy các ứng dụng yêu cầu về QoS (như ứng dụng thoại hay truyền hình thời gian thực) có thể sử dụng trên nền chế độ này. Khi sử dụng PCF, AP sẽ đảm nhiệm chức năng thực hiện thuật toán thăm dò do đó các mạng ad- hoc (có thể không có AP) không thể dùng được chế độ này. PCF phải được kết hợp sử dụng với DCF. Do môi trường truyền dẫn là không dây nên môi trường truyền là half –duplex vì vậy cần đảm bảo cùng 1 thời điểm chỉ có một thiết bị truyền tín hiệu trong môi trường. CSMA/CA là giao thức nhằm đảm bảo điều đó, tuy nhiên thực tế vẫn xảy ra khi hai thiết bị cùng truyền dẫn tại một thời điểm. CSMA/CA thực hiện nhiều biện pháp để có thể giảm thiểu tối đa hiện tượng đó. Chức năng cảm nhận sóng mang để xác định môi trường truyền dẫn bận hay rỗi, bao gồm cảm nhận vật lý nhờ mạch điện tử kiểm tra về cường độ và tần số sóng phản hồi để nhận ra sự xung đột hoặc cảm nhận logic nhờ vào sử dụng giao thức RTS/CTS, trường NAV, báo nhận ACK. Chức năng đa truy nhập nhằm đảm bảo tất cả các trạm trong mạng WLAN đều có cơ hội ngang hàng nhau trong tranh chấp. Chức Phân lớp MAC trong chuẩn 802.11n 30 năng tránh xung đột nhằm đảm bảo tại một thời điểm chỉ có một thiết bị được quyền truyền dữ liệu tránh tối đa xung đột nhờ sử dụng thời gian chờ ngẫu nhiên. Giao thức RTS/CTS nhằm thực hiện chức năng cảm nhận sóng mang logic. Cảm nhận sóng mang logic làm việc bằng cách sử dụng trường NAV (Network Allocation Vector: Vecto định vị mạng) hoạt động như một bộ định giờ trên mỗi máy trạm. Khi một trạm muốn truyền dữ liệu, nó phải gửi một khung tin RTS dưới dạng quảng bá, khung này chứa trường NAV thiết lập trên tất cả các trạm nghe được nó một khoảng thời gian cần thiết để trạm này có thể hoàn thành quá trình truyền dữ liệu của mình công thời gian nhận khung tin ACK trả lời từ trạm thu. Trạm thu sau khi nhận được khung tin RTS sẽ đợi một SIFS (khoảng cách liên khung ngắn) và gửi trả lời trạm phát bằng khung CTS dưới dạng quảng bá. Trạm phát nhận được CTS từ trạm thu lại đợi hết một SIFS và bắt đầu truyền dữ liệu. Sau khi nhận được khung dữ liệu, trạm thu đợi hết một SIFS sẽ gửi trả lời về trạm phát bằng khung ACK báo rằng mình đã nhận đủ dữ liệu. Lúc này khoảng thời gian NAV ở các trạm khác vừa hết và tất cả lại tiếp tục tham gia vào quá trình tranh chấp mới để dành quyền chiếm dụng môi trường truyền thông. Hình 2.7 Hoạt động của RTS/CTS. Nhược điểm của giao thức RTS/CTS là chiếm dụng băng thông do truyền các bản tin RTS và CTS dưới dạng quảng bá. Vì lý do đó mặc định giao thức RTS/CTS không được phép hoạt động, chỉ trong một số trường hợp cần thiết giao thức này mới được bật lên. Khi môi trường truyền dẫn trong mạng WLAN xảy ra quá nhiều xung Phân lớp MAC trong chuẩn 802.11n 31 đột làm giảm băng thông xuống mức bất thường thì RTS/CTS sẽ được sử dụng (thường là hậu quả của hiện tượng hidden node). Hình 2.8 Hoạt động của RTS/CTS với hai máy trạm không dây. Hình 2.9 Hoạt động của RTS/CTS giữa máy trạm có dây và máy trạm không dây. Đối với thời gian chờ ngẫu nhiên NAV, sau khi máy trạm thực hiện cảm nhận sóng mang theo các phương pháp logic và vật lý, phát hiện thấy đường truyền rỗi và giá trị NAV = 0 thì nó bắt đầu quá trình tranh chấp đường truyền trong một khoảng thời gian gọi là một cửa sổ tranh chấp. Bắt đầu lúc này NAV chọn một khoảng thời gian ngẫu nhiên. Giá trị này được chọn ngẫu nhiên từ 0 đến giá trị cửa sổ tranh chấp được khởi tạo ban đầu. Giá trị cửa sổ tranh chấp khởi tạo khác nhau phụ thuộc vào kĩ Phân lớp MAC trong chuẩn 802.11n 32 thuật trải phổ, như DSSS là 31 khe thời gian hay FSSS là 15 khe thời gian.Cũng cần lưu ý giá trị mỗi khe thời gian đối với FSSS là 50µs còn DSSS là 20µs. Sau khi chọn được một giá trị thời gian chờ, nó bắt đầu đếm ngược, sau mỗi khe thời gian giá trị thời gian này sẽ giảm một đơn vị. Hình 2.10 Sơ đồ cách thức hoạt động của NAV Trong suốt quá trình này, máy trạm liên tục thực hiện cảm nhận sóng mang qua mỗi khe thời gian. Nếu phát hiện đường truyền bận hay giá trị NAV được thiết lập thì quá trình đếm lùi này sẽ ngừng và máy trạm sẽ quay lại giai đoạn cảm nhận sóng mang. Nếu đến khi giá trị thời gian chờ này được đếm ngược về 0 mà vẫn không có sự thay đổi trạng thái đường truyền thì máy trạm sẽ bắt đầu truyền dữ liệu. Nếu sau khi truyền dữ liệu mà máy trạm không nhận được bản tin ACK trả lời từ trạm thu thì máy trạm này sẽ coi như đường truyền có xung đột xảy ra. Lúc này giá trị cửa sổ tranh chấp trong lần tiếp sau sẽ tăng lên theo công thức: Tn=2*Tn-1+1. Giá trị lớn nhất của cửa sổ tranh chấp là 1023 khe thời gian. Phân lớp MAC trong chuẩn 802.11n 33 2.4 Khoảng thời gian cơ bản truy nhập kênh Chuẩn 802.11 có một số khoảng thời gian cơ bản xảy ra. Ta có thể xem hình 2.11. Khoảng cách liên khung (The different inter-frame space: IFS) là thời lượng cung cấp truy nhập một cách hiệu quả trên đường truyền không dây tùy theo mức độ ưu tiên khác nhau. Hình 2.11 Một số loại IFS 2.4.1 Khoảng cách liên khung ngắn SIFS (The short inter-frame space) Khoảng cách liên khung ngắn SIFS dùng để tách riêng một khung hồi đáp từ khung xin được hồi đáp, ví dụ khoảng giữa một khung dữ liệu và một bản tin phản hồi ACK. SIFS được thiết kế ngắn nhất có thể nhưng vẫn đủ để chứa các khoảng thời gian chờ phát sinh trong khi thực thi một nhiệm vụ nào đó. Các khoảng phát sinh này bao gồm giải quyết độ trễ trong tầng vật lý để giải điều chế các khung tin nhận, Xử lý thời gian ở lớp MAC để nhận khung tin và xây dựng hồi đáp, thiết bị truyền khởi động thời gian để gửi hồi đáp. Hình 2.12 Thời gian trễ do quá trình xử lý hồi đáp khung ở tầng vật lý và lớp MAC. Phân lớp MAC trong chuẩn 802.11n 34 SIFS cũng được dùng để tách riêng các khung trong khi bùng nổ dữ liệu. Các trạm đang truy nhập trên đường truyền sử dụng SIFS không cần phải kiểm tra nếu đường truyền bận, nhưng đơn giản là chuyển sang trạng thái truyền (nếu không ở trạng thái truyền) và bắt đầu truyền tại ranh giới của SIFS. Khoảng thời gian SIFS cho các chuẩn 802.11a, 802.11g và 802.11n có giá trị bằng 16 µs. 2.4.2 Khe thời gian (Slot time) Khe thời gian à khoảng thời gian cho các khoảng IFS như SIFS cộng thêm vào khi bắt đầu truyền. Trong thực tế, do độ trễ khi truyền, ở mức nhỏ, sẽ làm cho mỗi trạm thấy ranh giới của khe thời gian sai khác đi một chút. Khe thời gian được thiết kế để chứa các biến sai khác do trễ này và cung cấp đủ thời gian để việc bắt đầu truyền của trạm này sẽ được phát hiện bởi các trạm khác trước khi tới ranh giới khe thời gian tiếp theo. Trong mỗi khe thời gian, trạm chưa truyền dữ liệu vẫn trong trạng thái nhận và vẫn kiểm tra xem đường truyền có rỗi không. Khe thời gian cho các chuẩn 802.11a, 802.11g và 802.11n có giá trị bằng 9 µs. 2.4.3 Khoảng cách liên khung PIFS của PCF (The PCF inter-frame space) Khoảng cách liên khung PCF trì hoãn việc cung cấp các ưu tiên truy cập cao nhất tiếp theo sau SIFS và được sử dụng để đạt được ưu tiên truy cập vào đường truyền. PIFS được xác định theo công thức sau: PIFS = aSIFSTime + aSlotTime. AP dùng PIFS trì hoãn để truy cập vào đường truyền rồi gửi một khung Beacon, để bắt đầu lại tranh chấp, hoặc để lấy lại quyền truy cập vào đường truyền nếu một khung hồi đáp dự kiến không nhận được khoảng thời gian tranh chấp. Dù tên gọi của nó như vậy vì ban đầu để dùng cho khối PCF. Hiện nay nó dùng để xử lý các quyền ưu tiên ví dụ như một trạm cần gửi một khung Channel Switch Announcement (802.11h). 2.4.4 Khoảng cách liên khung DIFS của DCF (The DCF inter-frame space) Khoảng cách liên khung DCF được sử dụng bởi các trạm hoạt động theo DCF để truyền khung dữ liệu và khung quản lý, nó được tính theo công thức sau: Phân lớp MAC trong chuẩn 802.11n 35 DIFS = sSIFSTime + 2 * aSlotTime Một trạm sử dụng DCF được phép truyền tải nếu nó xác định được đường truyền rỗi trong khoảng DIFS, hoặc nếu nó xác định được đường truyền rỗi trong khoảng DIFS cộng với thời gian đếm ngược còn lại sau khi tiếp nhận một khung chính xác. 2.5 TRAO ĐỔI KHUNG DỮ LIỆU VÀ KHUNG ACK XÁC NHẬN. Truyền tải trên môi trường không dây rất dễ xảy ra lỗi. Dữ liệu truyền có lợi từ việc có độ trễ thấp, cơ chế cho phép truyền lại các khung không được giải điều chế thành công lúc nhận. Cơ chế này khá đơn giản: Máy trạm nhận được chính xác một khung dữ liệu thì ngay lập tức gửi lại một khung tin cho bên phát một khung xác nhận gọi là khung ACK. Nếu trạm gửi dữ liệu không nhận được khung ACK, nó sẽ tự hiểu là khung dữ liệu truyền đi chưa nhận được và sẽ truyền lại. Không phải tất cả các khung tin dữ liệu đều có thể được xác nhận theo cách này. Khung tin quảng bá broadcast và đa hướng multicast được gửi cho tất cả hoặc một số máy trạm khác trong mạng WLAN và không được xác nhận theo cách này. Trong 802.11 WLAN, khung tin broadcast và multicast không có lợi từ việc tăng độ tin cậy bằng cách thêm cơ chế xác nhận. Truyền dữ liệu sử dụng trao đổi khung dữ liệu và xác nhận ACK được mô tả trong ví dụ ở hình 2.13 sau đây: Hình 2.13 Trao đổi khung dữ liệu và khung xác nhận ACK. Ta kí hiệu các máy trạm là STA (station). Ở đây máy trạm STA 1 truyền dữ liệu cho máy trạm STA 2. STA 1 truy cập thành vào đường truyền sau khi tranh chấp, theo đó xuất hiện DIFS và khoảng thời gian ngẫu nhiên đếm ngược. Nếu đường truyền rỗi, STA 1 bắt đầu truyền một khung dữ liệu gửi tới STA 2. Nếu STA 2 phát hiện và giải điều chế thành công khung tin đó nó sẽ gửi một khung ACK tới STA 1 để xác Phân lớp MAC trong chuẩn 802.11n 36 nhận đã truyền thành công. Nếu STA 1 nhận được khung tin ACK do STA 2 gửi tới nó sẽ biết đã truyền dữ liệu thành công và lại truyền khung tiếp theo. Nếu với khung dữ liệu thứ 2 trong hình 2.13 , STA 2 thất bại trong giải điều chế khung tin đó, sau đó STA 1 không nhận được khung tin ACK và sẽ bắt đầu truyền lại khung tin vừa bị hỏng cho STA 2. Số lượng khung tái phát sóng trên một MSDU cụ thể là có giới hạn. Máy trạm đang truyền sẽ liệt kê số lượng phải truyền lại trên một MSDU và khi đếm tới số lượng vượt quá số cho phép, MSDU sẽ bị hủy. Để nâng cao độ tin cậy mà thông tin xác nhận phản hồi được cung cấp, khung ACK cần phải được điều chế mạnh và tăng khả năng phục hồi ví dụ như khung ACK phải được gửi đi với tốc độ thấp các khung dữ liệu từ cùng trạm. Ngoài ra các vấn đề phát sinh thêm hầu như rất ít bởi bản thân khung ACK rất nhỏ. 2.5.1 Phân đoạn khung (Fragmentation) Phân đoạn khung dùng để cắt nhỏ các MSDU lớn để có thể truyền MSDU được trên môi trường không dây. Ở tốc độ truyền thấp, một MSDU chưa cắt có thể chiếm dung lượng khá lớn trong môi trường không khí. Ví dụ một khung dữ liệu 1500 byte được truyền trên tốc độ 1 Mbps của 802.11b mất gần 12 ms để truyền, như vậy dễ bị thay đổi do ngoại cảnh. Một bit hỏng trên khung sẽ làm cho cả khung đó phải truyền lại. Vì thế việc cắt nhỏ MSDU thành nhiều phần nhỏ và mỗi phần nhỏ sẽ được đóng gói thành một MPDU. Mỗi MPDU được gửi trong một PPDU cụ thế có thể cung cấp một kênh mới. một bit hỏng thì chỉ hỏng trên một MPDU hỏng, sau đó đoạn hỏng sẽ được truyền lại. Các mảnh nhỏ của MSDU được gửi như các MPDU riêng biệt. Một máy trạm có thể gửi mỗi phần trên một kênh truy nhập riêng biệt, hoặc các phần nhỏ của MSDU có thể được gửi như nhiều MPDU theo một kênh truy nhập, ta có thể xem hình 2.14 để rõ hơn. Một MSDU bị phân nhỏ khi độ dài vượt quá một mức qui định cụ thể. Mỗi mảnh có chứa một số chẵn các byte và tất cả các mảnh này có kích thước tương tự, trừ mảnh cuối cùng, có thể nhỏ hơn. Các mảnh nhỏ này được gửi theo thứ tự. Các thiết bị phát của MSDU bị phân nhỏ sẽ duy trì một bộ đếm thời gian. Nó sẽ qui định một thời gian truyền tải tối đa cho một MSDU. Các trạm nguồn bắt đầu hẹn Phân lớp MAC trong chuẩn 802.11n 37 giờ vào việc thử đầu tiên truyền tải các đoạn đầu tiên của MSDU. Nếu tính giờ vượt quá khoảng thời gian qui định thì tất cả các mảnh còn lại là bỏ đi. Hình 2.14 Mô tả phân đoạn khung Việc cắt nhỏ này cũng làm tăng độ tin cậy khi có hiện tượng giao thoa sóng xảy ra. Giao thoa trong mạng thường được gây ra bởi nhiều nguồn khác nhau. Giao thoa trong mạng thường xuất hiện bởi các sóng có tần số khoảng 2.4 GHz. Sóng điện từ sinh ra bởi ống magnetron và luôn biến đổi theo hình sin, vì thế các sóng phát ra thường giao thoa nửa thời gian. Ngay có sóng điện thoại di dộng cũng có thể gây ra giao thoa. Ngoài ra khi phát sóng ở môi trường khác nhau cũng giao thoa khác nhau do độ rộng khác nhau. 2.5.2 Phát hiện trùng lặp (Duplicate detection) Với trường hợp truyền lại, có khả năng một khung đã được xác nhận lại được truyền lại lần nữa. Ví dụ như nếu thiết bị truyền sẽ truyền lại khung bởi ACK xác nhận không giải điều chế được. Để chống lại hiện tượng trùng lặp khung dữ liệu, khung dữ liệu bao gồm một bit Retry và một trường Sequence Control để đánh dấu số các phân đoạn và số thứ tự phân đoạn đó. Bit Retry sẽ được bật lên khi bất cứ khung nào được truyền lại. Các số thứ tự được tạo ra như là một chuỗi tăng dần các số nguyên được qui định bởi các MSDU và khung quản lý. Nếu MSDU hoặc khung quản lý được phân đoạn sau đó mỗi phần nhỏ sẽ nhận được số thứ tự với số đoạn tăng dần. Để phát hiện trùng lặp khung, trạm tiếp nhận sẽ theo dõi những số thứ tự, số đoạn của MSDU cuối hoặc khung quản lý mà nó nhận được từ mỗi trạm giao tiếp với nó. Nói cách khác, nó duy trì một bộ nhớ đệm của bộ dữ liệu <địa chỉ truyền (transmit Phân lớp MAC trong chuẩn 802.11n 38 address), số thứ tự ( sequence number), số lượng đoạn phân nhỏ (fragment number)> cho từng mảnh nhận được cho các số thứ tự cuối nhìn thấy từ mỗi địa chỉ khác với địa chỉ broadcast hoặc multicast. Nếu trạm nhận được một MPDU với bit Retry được bật , sau đó sẽ đối chiếu trong bộ nhớ đệm xem MPDU có bị trùng lặp không. 2.5.3 Tiêu đề và sự bình đẳng thứ tự dữ liệu/ACK. Trao đổi khung dữ liệu/ACK cơ bản có một tiêu đề cố định liên hệ với nó. Từ lúc khung dữ liệu được truyền thành công, tiêu đề này bao gồm quá trình cạnh tranh để dành lấy đường truyền rỗi, các thông tin liên quan đến truyền khung dữ liệu cụ thể, các sóng radio xung quanh thời điểm nhận (SIFS), và quá trình truyền khung ACK xác nhận. Trong khi tiêu đề này là cố định thì khoảng thời gian khung dữ liệu là không cố định bởi nó còn phụ thuộc vào quá trình điều chế và mã hóa để đưa xuống tầng vật lý. Cơ chế phân phối kênh truy nhập thúc đẩy sự bình đẳng trong khi nghe với tất cả các trạm trong mạng: trung bình mỗi lần gửi đi số lượng khung dữ liệu thường bằng nhau giữa các trạm. Nếu như giả sử kích thước các gói tin là bằng nhau ta sẽ thấy thông lượng giữa các trạm có tốc độ truyền không khác nhau. Ví dụ với hình 2.15, ta thấy 2 trạm trên mạng, STA1 và STA 2, cả 2 đều truy nhập để gửi đến STA 3. STA 1 sử dụng tốc độ truyền cao trong khi STA 2 có tốc độ truyền thấp hơn. Hình 2.15 Hai trạm cạnh tranh truy nhập. Mỗi trạm cạnh tranh để truy cập kênh để gửi một frame dữ liệu và mỗi trạm sẽ nhận được trung bình cùng một số cơ hội truyền. Tuy nhiên do sử dụng tốc độ truyền thấp nên nó sẽ sử dụng không khí nhiều thời gian hơn tỷ lệ tương ứng để gửi dữ liệu của nó khung hơn STA 1. Phân lớp MAC trong chuẩn 802.11n 39 2.6 HIỆN TƯỢNG ẨN NÚT (HIDDEN NODE) Hình 2.16 Vấn đề ẩn nút (hidden node). Bản chất của truy nhập kênh phân phối trong WLAN 802.11 làm cho cơ chế hoạt động sóng mạng quan trọng cho sự va chạm tự do. Sóng mang vật lý, một cách logic thuộc lớp vật lý, chịu trách nhiệm trong việc phát hiện sự truyền tải của các trạm. Tuy nhiên, trong một số tình huống nó không thể phát hiện tất cả các trạm. Như trong hình 2.16 dữ liệu truyền giữa STA 1 và AP. Sự truyền tải từ STA 1 có thể phát hiện bởi AP và STA 2. Một nút xa như STA 3 có thể phát hiện sự truyền tải từ AP nhưng không thể phát hiện từ STA 1. STA 3 là một nút ẩn với kết nối giữa STA 1 và AP. Khi STA 1 truyền khung tới AP có một cơ hội rằng STA 3 sẽ vẫn thấy như kênh truyền rỗi và cũng bắt đầu truyền đi 1 khung. 2.6.1 Network allocation vector (Vecto định vị mạng) Một cơ cấu được đề ra để khắc phục vấn đề ẩn nút là NAV (network allocation vector). NAV là một chức năng nằm trong lớp MAC và cung cấp một sóng mang ảo để bổ sung cho sóng mang vật lý. Mỗi khung MAC mang một trường Duration được sử dụng để cập nhật NAV trong các trạm khác. Trường Duration chứa một giá trị cho biết khoảng thời gian mà trạm gửi mong đợi kênh truyền bận tham chiếu từ ký tự cuối cùng của PPDU trên khung MAC. Tất cả các khung bao gồm cả trường Duration có thể thiết lập NAV trong trạm bên cạnh. Tuy nhiên, để đảm bảo khung phải được giải điều chế bởi trạm bên cạnh. Phân lớp MAC trong chuẩn 802.11n 40 NAV là thiết lập hiệu quả nhất trong các trạm hàng xóm sử dụng giải điều chế bền vững điều khiển các khung, như là trao đổi RTS/CTS. A. Trao đổi khung RTS/CTS Để giúp cho sự truyền tải tránh khỏi vấn đề ẩn nút, một trạm có thể bắt đầu một chuỗi trao đổi RTS/CTS được minh họa trong hình 2.17. RTS được gửi đi bởi STA 1 và trạm đánh địa chỉ phản hồi với một khung CTS. Khung RTS chiếm giữ ít không gian hơn khung dữ liệu và ít bị tổn thương do xung đột hơn khung dữ liệu. Ngoài ra, mất mát của RTS trong xung đột nhanh chóng được phát hiện. Các RTS và CTS được giải điều chế bền vững để chúng có thể được nhận rộng rãi. Trường Duration của khung RTS mang một thiết lập NAV để bao gói thời gian cộng thêm cần thiết cho việc trao đổi khung đến sau. Trong sơ đồ, nút ẩn (STA 3) sẽ nhận khung CTS và thiết lập NAV của nó để thực hiện yêu cầu cho việc trao đổi khung đến sau. STA 2 thấy đồng thời cả RTS và CTS. Hình 2.17 Trao đổi khung RTS/CTS. Việc trao đổi khung RTS/CTS được yêu cầu khi độ dài của khung dữ liệu hay khung quản lý vượt quá ngưỡng thiết lập bởi thuộc tính dot11RTSThreshold. dot11RTSThreshold là thuộc tính quản lý cục bộ và có thể được thiết lập 0 khi tất cả MPDU được phân phối bằng một trao đổi RTS/CTS, với chiều dài tối đa cho phép MPDU để các RTS / CTS không cần phải được sử dụng tất cả, hoặc giá trị nào ở giữa. Phân lớp MAC trong chuẩn 802.11n 41 2.6.2 Khoảng cách liên khung mở rộng EIFS (Extended inter-frame space) Một cơ cấu khác được sử dụng để chống lại việc ẩn nút là mở rộng khoảng cách liên khung (EIFS). Một trạm sử dụng EIFS bao gồm DIFS để xác định nếu một khung được phát hiện nhưng không nhận được, có nghĩa lúc đó lớp MAC xác định trình tự kiểm tra khung (Frame check sequence: FCS) là sai. EIFS được xác định như sau: EIFS = aSIFSTime + ACKTxTime + DIFS ACKTxTime là thời gian cần thiết để truyền một khung ẠCK ở tốc độ thấp nhất. 2.7 TĂNG CƯỜNG TRUY NHẬP KÊNH PHÂN TÁN Tăng cường sự truy nhập kênh phân tán (Enhanced distributed channel access: EDCA) là sự mở rộng của DCF cơ bản được giới thiệu trong 802.11e để hỗ trợ cho chất lượng dịch vụ(QoS). Cơ cấu EDCA xác định 4 loại truy nhập (Access categories: ACs). Mỗi AC được biểu thị một giá trị riêng biệt cho việc thiết lập các tham số truy nhập ưu tiên truy nhập vào kênh hơn AC khác. Một MSDU với người dùng ưu tiên cụ thể được cho là thuộc về một loại lưu lượng (Traffic category: TC) với người dùng ưu tiên đó. Dưới hoạt động của EDCA, lưu lượng đi ra (lưu lượng ra khỏi hệ thống) được sắp xếp một cách logic thành bốn hàng đợi, một cho mỗi AC. Một tác động của chức năng truy cập EDCA hoạt động cho mỗi hàng đợi tranh chấp để truy cập với các thông số truy cập của AC khi hàng đợi không rỗng. Các chức năng EDCA, như DCF, cạnh tranh để truy cập vào kênh truyền do trì hoãn trong một thời gian cố định và khoảng liên khung phân xử (arbitration inter-frame space: AIFS) , khi kênh truyền vừa rỗi và sau 1 khoảng đếm lùi ngẫu nhiên. Các thông số cho EDCA truy cập tương tự như các tham số được sử dụng cho các DCF, nhưng quy định mỗi cho AC. Giá trị AIFS cho từng AC được tham chiếu như AIFS[AC]. Cửa sổ tranh chấp cho một AC cụ thể, CW [AC], bắt đầu với giá trị CWmin [AC]. Nếu một quá trình truyền khung cho một AC cụ thể là không thành công, CW [AC] tăng gấp đôi như mô tả trong mục 7.3.1.5. Nếu CW [AC] đạt CWmax [AC] nó vẫn ở đó cho đến khi được thiết lập lại. CW [AC] được thiết lập lại thành CWmin[AC] sau khi truyền thành công MPDU trong AC đó. Phân lớp MAC trong chuẩn 802.11n 42 Nếu có 2 hoặc nhiều hơn nữa truy cập EDCA đồng thời, va chạm nội bộ xảy ra và giải quyết truy cập cho AC được ưu tiên cao nhất. Các AC còn lại tăng gấp đôi cửa sổ tranh chấp của nó và tiếp tục cạnh tranh giành quyền truy cập. Sau đây là bảng 2.18 cho thấy độ ưu tiên và ánh xạ trong 802.11d: Độ ưu tiên Mức ưu tiên sử dụng ở 802.11d Kí hiệu trong 802.11d AC Tên dịch vụ Thấp nhất 1 BK AC_BK Các dịch vụ không quan trọng 2 BK 0 BE AC_BE Các dịch vụ cần tốt nhất 3 EE 4 CL AC_VI Video 5 VI Cao nhất 6 VO AC_VO Voice 7 NC Hình 2.19 EIFS Phân lớp MAC trong chuẩn 802.11n 43 Lược đồ các AC muốn truy cập. Hàng đợi cho AC. Các chức năng phân giải đụng độ của các hàng đợi EDCA. Hình 2.20 Hàng đợi EDCA Hình 2.21 TXOP với các tốc độ vật lý khác nhau. 2.7.1 Thời điểm truyền tải Một khái niệm khóa được giới thiệu trong 802.11e bổ sung là thời điểm truyền (TXOP). Một TXOP là một khoảng thời gian xuyên suốt mà một trạm có thể truyền dữ liệu trong một lớp lưu lượng riêng biệt. Một TXOP đạt được bởi thủ tục truy nhập kênh sử dụng các tham số cho lớp lưu lượng riêng biệt. Một khi các TXOP đã thu được, các trạm có thể tiếp tục truyền dữ liệu, điều khiển, quản lý khung và nhận được Phân lớp MAC trong chuẩn 802.11n 44 khung phản ứng, cung cấp khung trình tự thời gian không vượt quá giới hạn TXOP đặt cho AC đó. 2.7.2 Khoảng thời gian truy nhập kênh với EDCA Hình 2.22 cho thấy khoảng thời gian EDCA truy cập với các mức ưu tiên khác nhau cho 4 AC. AIFS cho mỗi AC cụ thể được tính theo công thức sau: AIFS[AC] = aSIFSTime + AIFSN[AC] × aSlotTime Hình 2.22 Một số TXOP theo các kênh truy nhập ưu tiên khác nhau. 2.7.3 Các tham số truy cập EDCA Các tham số truy cập EDCA được cung cấp trong phần thông tin EDCA Parameter Set được cho bởi khung Beacon và Probe Response. Các trạm trong BSS sử dụng phiên bản được xem cuối cùng của các tham số và AP có thể điều chỉnh các thông số theo thời gian, ví dụ như dựa trên tải mạng hoặc số trạm liên kết. Các tham số truy cập EDCA mặc định cho 802.11a, 802,11 b, và 802.11n vật lý được cho trong Bảng 2.23. Các thông số EDCA mặc định được sử dụng nếu AP không phát quảng bá broadcast một bộ khác nhau của các tham số. Trong khi không phải là một loại truy cập, bảng 2.23 cũng cho thấy để so sánh các thông số tương đương cho DCF (có nhãn cũ). Phân lớp MAC trong chuẩn 802.11n 45 Các tham số truy cập EDCA xác định mức độ mà theo đó một AC được ưu tiên AC hơn khác. Tham số AIFSN cho sự khác biệt nhỏ. Các AC có giá trị thấp hơn có thể truy cập thường xuyên hơn các AC có giá trị cao hơn, các thông số khác là như nhau. Tham số CWmin cung cấp sự khác biệt mạnh hơn. Việc đếm lùi ngẫu nhiên được chọn trong khoảng [0, CW], nơi CW thường bằng CWmin. Việc tăng khoảng đó từ lúc đếm lùi được chọn có ảnh hưởng lớn hơn tới khoảng hoãn thời gian hơn so với sự khác biệt trong AIFSN. Giới hạn TXOP cũng là một khác biệt mạnh. Một AC với một giới hạn TXOP lớn sẽ nhận được khoảng thời gian trong không khí nhiều hơn một AC với một giới hạn TXOP nhỏ giả định các TXOP phân bổ bình đẳng. Bảng 2.23 Các tham số truy nhập EDCA mặc định cho 802.11a, g, và 802.11n. AC CWmin CWmax AIFSN Giới hạn TXOP AC_BK 31 1023 7 0 AC_BE 31 1023 3 0 AC_VI 15 31 2 3,008 ms AC_VO 7 15 2 1,504 ms legacy 15 1023 2 0 2.7.4 Khoảng cách liên khung mở rộng EIFS (Extended Inter-frame Space) Trong DCF, một trạm phải hoãn để EIFS thay thế cho DIFS theo một khung được phát hiện là giải điều chế không thành công. Mục đích của việc thay thế này là để bảo vệ một phản hồi ACK về một khung giải điều chế không thành công từ một nút ở xa hơn mà trạm không phát hiện được. Dưới EDCA, tác động này sẽ như sau: Một trạm phải hoãn theo một khoảng bằng (EIFS – DIFS + AIFS[AC]) theo một khung được phát hiện nhưng giải điều chế không thành công. 2.7.5 Phát hiện xung đột Khi một trạm thu được một TXOP nó có thể truyền trong khoảng thời gian của TXOP, không giốn như một truyền tải đơn. Có một thời điểm mà 2 trạm sẽ cùng được truy nhập kênh đồng thời và kết quả va chạm có thể là không tin được cho bên nhận được. Phân lớp MAC trong chuẩn 802.11n 46 Để tối thiểu hóa mất mát do xung đột gây ra, các trạm phải trao đổi một khung ngắn vào lúc bắt đầu của TXOP để phát hiện xung đột. Kh

Các file đính kèm theo tài liệu này:

  • pdfGiới thiệu chung về IEEE 80211 và IEEE 80211n.pdf
Tài liệu liên quan