IEEE 802.11 - Portal IFSC SJ

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