Wireless LAN. Jochen Schiller, 'Mobile Communications, Cap.7, Addison-Wesley; 2nd edition, 2003.

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1 Wireless LAN Jochen Schiller, 'Mobile Communications, Cap.7, Addison-Wesley; 2nd edition, 2003.

2 IEEE II Parte

3 PCF (Point Coordination Function) Trasferimento di frame contention-free Un singolo Point Coordinator (PC) controlla l'accesso al mezzo AP agisce come PC Le reti ad-hoc non possono usare questa funzione e, quindi, non forniscono QoS ma solo best effort PC divide il tempo di accesso in periodi di super frame. Un super frame comprende un contention free period CFP ed un contention period CP. All inizio del CFP, PC comincia a trasmettere dati D downstream quando il mezzo è libero per un tempo maggiore di PIFS PCF ha priorità più alta di DCF Durante il CFP, PC polls ciascuna stazione per trasmissione dati D downstream La stazione polled può rispondere con dati U upstream dopo SIFS PC passa alla prossima stazione, dopo un altro SIFS, se la stazione ha risposto, o un PIFS se la stazione non ha risposto Infine, PC può inviare un end marker CF end per indicare che il periodo di contesa CP può ricominciare. PC può anticipare la fine del polling prima della fine del NAV impostato.

4 t 0 t 1 SuperFrame medium busy point coordinator PIFS D 1 SIFS SIFS D 2 SIFS SIFS wireless stations stations NAV U 1 NAV U 2 t 2 t 3 t 4 point coordinator D 3 PIFS D 4 SIFS SIFS CFend wireless stations U 4 stations NAV NAV contention free period contention period t

5 MAC management Sincronizzazione funzioni di supporto nel tentare di trovare una LAN, sincronizzazione di clock interni, generazione di segnali di beacon Power management funzioni per controllare l attività dei nodi per la conservazione di potenza sleep periodici, frame buffering, senza perdere messaggi Roaming funzioni per entrare a far parte di una LAN (Association/Reassociation) cambio di AP scanning di AP, cioè ricerca attiva di una rete MI - Management Information ase tutti i parametri rappresentanti lo stato corrente di una stazione wireless e di un AP per accesso interno ed esterno

6 Sincronizzazione con eacon (infrastruttura) TSF = timing synchronization function Un beacon è un frame trasmesso (quasi) periodicamente da AP e contiene un timestamp ed altre informazioni di gestione. Esso è usato dai nodi per regolare il loro clock locale (necessario per power management, per il coordinamento del PCF e per la sincronizzazione della sequenza di hopping in un sistema FHSS). beacon interval access point medium busy busy busy busy valore del timestamp beacon frame t Gli intervalli di beacon non sono traslati se un beacon è ritardato

7 Sincronizzazione con eacon (ad-hoc) Ogni nodo comincia la trasmissione di un beacon dopo un beacon interval. L algoritmo di backoff è applicato anche ai frame di beacon, così soltanto un beacon vince e tutte le altre stazioni aggiustano il loro clock interno e sopprimono il loro beacon. Se c è collisione, il beacon è perso, ma, ad una seguente sincronizzazione con successo, tutti i nodi avranno nuovamente la stessa vista consistente. beacon interval station station medium busy busy busy busy t valore del timestamp beacon frame random delay

8 Power management Idea per power-saving (PS): spegnere il transceiver quando non è necessario wake up periodico lo spegnimento deve essere trasparente ai protocolli esistenti e deve essere abbastanza flessibile da supportare differenti applicazioni la durata dei periodi di spegnimento deve essere scelta in modo da bilanciare diminuzione di throughput ed aumento di vita della batteria Stati di una stazione PS: sleep ed awake buffering dei dati nei sender fisici le stazioni usano la TSF (Timing Synchronization Function), che funziona anche quando sono nello stato di sleep, e si svegliano allo stesso tempo (periodicamente) per vedere se ci sono dati bufferizzati in sender a loro destinati Infrastructure: dati bufferizzati in AP Ad-hoc: dati bufferizzati in ogni stazione che voglia comunicare con stazioni PS

9 Power saving con wake-up (infrastructure) Infrastructure: dati bufferizzati in AP ad ogni beacon, AP trasmette una Traffic Indication Map (TIM = lista di receiver unicast per cui ci sono dati bufferizzati in AP) le stazioni sono già sveglie: si svegliano ad ogni TIM interval (che coincide con un beacon interval) Delivery Traffic Indication Map DTIM = lista di receiver broadcast/multicast trasmessa da AP ad ogni DTIM interval (pari ad un multiplo di TIM interval) TIM interval DTIM interval access point D T T d D medium busy busy busy busy station T TIM D DTIM p awake d t broadcast/multicast p PS poll d data transmission to/from the station

10 Power saving con wake-up (ad-hoc) Ad-hoc: dati bufferizzati in ogni stazione che voglia comunicare con stazioni PS debbono essere comunicati durante una ATIM (Ad-hoc Traffic Indication Map) window ATIM = lista di receiver per cui ci sono dati bufferizzati in quella stazione ad ogni beacon interval, tutte le stazioni PS si svegliano e rimangono sveglie almeno per una ATIM window Possibili collisioni di ATIM (scalabilità?) ATIM window beacon interval ATIM window beacon interval station 1 A D 1 1 station 1 A D 1 1 station 2 2 a d 2 station beacon frame random delay a d A transmit ATIM t D transmit data t beacon awake frame a random acknowledge delay ATIM Ad transmit acknowledge ATIMdata D transmit data awake a acknowledge ATIM d acknowledge data

11 Roaming Cattiva o nessuna connessione? Allora effettuare: Scanning Esaminare l ambiente, cioè ascoltare il mezzo se ci sono segnali di beacon (scanning passivo), o inviare messaggi di probe nel mezzo (scanning attivo), ed attendere una risposta. eacon e risposte a probe contengono le informazioni per richiedere di entrare a far parte di un nuovo SS Association Request la stazione manda una richiesta ad uno o diversi AP Association Response successo: AP ha risposto, la stazione può ora far parte del nuovo SS fallimento: continua lo scanning Quando AP accetta la Association Request segnala la nuova stazione al distribution system DS il DS aggiorna il suo database, che contiene la locazione corrente delle stazioni wireless il DS ora informa il vecchio AP in modo che possa rilasciare risorse f : Inter Access Point Protocol - IAPP roaming, load balancing, e generazione di chiavi per sicurezza

12 IEEE e QoS a livello MAC

13 è sufficiente per la QoS? DCF ovviamente non può fornire QoS PCF non è sufficiente Limitazioni alla QoS in DCF - DCF può supportare solo servizi best effort, nessuna garanzia di QoS. - In DCF, tutte le stazioni in un SS e tutti i flussi in una stazione competono per le risorse ed il canale con le stesse priorità. - Non c è meccanismo di differenziazione per garantire bandwidth, packet delay e jitter per stazioni ad alta priorità o flussi multimediali. - Asimmetria tra le quantità di traffico in uplink e downlink, in quanto l AP ha la stessa priorità delle altre stazioni, sebbene la sua richiesta di throughput sia molto più elevata. - Degradazione di throughput ed alto delay sono causati dall aumento del tempo usato per la contesa di accesso del canale specialmente ad alto carico. Limitazioni della QoS in PCF - In modo PCF, tutte le comunicazioni debbono essere gestite da AP. Questo meccanismo degrada le prestazioni in bandwidth della WLAN. - Cooperazione incompatibile tra i modi CP e CFP che porta a ritardi non predicibili dei beacon. - I tempi di trasmissione delle stazioni polled sono sconosciuti. - Ad una stazione che è stata polled dal PC è consentito di inviare un frame che può essere frammentato. Ritarda la trasmissione di traffico time-bounded. - Problema delle stazioni nascoste Potrebbero trasmettere frame interferenti durante i CFP

14 HCF (Hybrid Coordination Function) Le due funzioni di coordinamento, DCF e PCF, vengono sostituite in e da una unica funzione HCF HCF include in un unico protocollo due meccanismi differenti di accesso al canale: uno basato sulla contesa e uno senza contesa basato sul polling Come in PCF, è necessaria la presenza di un controllore centralizzato, detto Hybrid Coordinator (HC), che normalmente risiede nell AP Come PC, HC suddivide il tempo in superframe costituiti da due fasi Contention Period (CP), Contention-Free Period (CFP) Di HCF fa parte EDCF (Enhanced Distributed Coordination Function), usata durante i CP EDCF gestisce frame con otto possibili differenti priorità che vengono mapped in quattro differenti categorie di accesso (AC) Priorità 0, 1, 2 AC0; 3 AC1; 4, 5 AC2; 6, 7 AC3 Ciascuna AC corrisponde ad una singola coda FIFO Le probabilità di servizio delle differenti code sono differenziate rendendo dipendenti da AC CWmin e CWmax e quindi O introducendo un nuovo tipo di IFS: AIFS (Arbitration Inter Frame Space) > DIFS, anch esso dipendente da AC

15 Ciascuna AC all interno di una stessa stazione si comporta come se fosse una stazione virtuale si contende il canale assieme alle altre ed effettua la procedura di backoff utilizzando i propri parametri AIFS[AC] e CW[AC] Ogni stazione può trasmettere per una TXOP (Transmission Opportunity) TXOP è definita da un istante di partenza e da una durata Polled-TXOP: quando è ottenuta tramite un QoS CF-Poll, inviato da HC dopo un PIFS Inizio e durata specificata da HC all interno del poll frame EDCF-TXOP: quando la stazione ottiene l accesso al canale tramite contesa dopo un AIFS + O Inizio è il momento di vittoria della contesa e durata limite specificata nel beacon frame HC può allocare delle TXOP per se stesso ogni volta che deve trasmettere HC gode della massima priorità rispetto a tutte le altre stazioni perché deve attendere solo un PIFS

16 Superframe in IEEE e Durante CFP HC polls le STA e dà loro il permesso di accedere al canale (QoS CF-Poll) il tempo di partenza e la massima durata di ciascun TXOP sono specificati da HC le stazioni che non adottano e settano il NAV per la durata della TXOP Durante CP le stazioni ottengono l accesso al canale tramite contesa dopo un AIFS + O per una EDCF-TXOP HC può inviare polled-txop nel CP inviando CF-Poll dopo un periodo PIFS idle: Controlled Contention permette alle STA di richiedere l'allocazione di polled-txop, con la AC e la durata TXOP desiderate, senza alcuna procedura di backoff durante un periodo di tempo stabilito da un frame speciale inviato da HC se non c è stata collisione, HC manda un ACK ed assegna le risorse