Be

1
Bežicne i mobilne mreže standard 802.11
2
Elementi bežicne mreže
3
Elementi bežicne mreže - produžetak

• bežicni host-ovi host-ovi su krajnji uredjaji
  koji izvršavaju aplikaciju
• bežicni putevi host se povezuje sa baznom
  stanicom ili drugim bežicnim host-om preko
  bežicne komunikacione veze
• bazna stanica (BS) - kljucni je gradivni blok
  bežicne mrežne infrastrukture. Nasuprot bežicnim
  host-ovima i bežicnim putevima (vezama), BS nema
  svoj jasno izdiferenciran ekvivalenat (tzv.
  pandan uredjaj) kod ožicenih veza. Tacke pristupa
  (Access Points) kod 802.11 bežicnog LAN-a su
  tipicni primeri BS-ova. AP-ovi ne kontrolišu samo
  pristup medijumu nego deluju i kao mostovi ka
  drugim bežicnim i ožicenim mrežama.

4
Karakteristike veze kod tipicnih bežicnih mrežnih
standarda
5
Standard IEEE 802.11
Organizacija IEEE je definisala specifikacije
WLAN-a, nazvan IEEE 802.11, koje se odnose na
1) fizicki nivo i 2) nivo veze. Standardom
IEEE 802.11 definisana su sledeca dva tipa
servisa (usluga) a) skup osnovnog servisa
(basic service set- BSS), i b) prošireni skup
servisa (extended service set- ESS).
6
Osnovni skup servisa
IEEE 802.11 definiše BSS kao gradivni blok
WLAN-a. BSS se sastoji od stacionarnih ili
mobilnih bežicnih stanica i opciono centralnu
baznu stanicu, poznata kao tacka-pristupa (access
point- AP). BSS bez AP-a je samostalna mreža
koja ne može slati podatke drugim BSS-ovima. Za
ovaj tip mreže kažemo da karakteriše ad-hoc
arhitektura. Kod ad-hoc arhitekture stanice mogu
formirati mrežu bez potrebe da postoji AP, pri
cemu se stanice mogu medjusobno locirati i
složiti (dogovoriti) da budu deo BSS-a.
7
Prošireni skup servisa
ESS cini dva ili veci broj BSS-ova sa
AP-ovima. ESS koristi dva tipa stanica mobilne
i stacionarne. Mobilne stanice su standardne
stanice u okviru BSS-a. Stacionarne stanice su
AP stanice koje su deo žicanog LAN-a. Na slici je
prikazan ESS.
8
Tipovi stanica
U zavisnosti od stepena mobilnosti kod WLAN-ova,
standardom se definišu sledeca tri tipa
stanica i) nema-prelaska (no-transition), ii)
prelazak u okviru BSS-a (BSS transition), i iii)
ESS prelazna mobilnost (ESS transition
mobility). Stanica tipa no-transition ne
karakteriše mobilnost i stacionarnog je tipa.
To znaci da se ona, u krajnjem slucaju, može
premeštati samo u okviru BSS-a. Stanica koju
karakteriše BSS mobilnost možemo premeštati iz
jedne BSS mrežu u drugu. Stanica koju
karakteriše ESS prelazna mobilnost možemo
premeštati iz jedne ESS mreže u drugu.
9
Struktura jedne mreže

• Strukturu mreže cine 3 AP-a, 3 bežicne mreže
  (WN) i 1 ožicena mreža

10
Infrastrukturno i ad-hoc bazirane WN

• WN mogu biti
• infrastrukturno bazirane
• Za host-ove koji su pridruženi baznoj stanici
  cesto kažemo da rade u infrastrukturnom režimu
  rada (infrastructure mode)
• Svi tradicionalni mrežni servisi (dodela adresa
  i rutiranje) se obezbedjuju od strane mreže na
  koju je taj host povezan preko BS-a
• ad-hoc
• Kod ad-hoc mreža, bežicni host-ovi ne koriste
  infrastrukturu da bi se povezali.
• Svaki cvor može direktno da komunicira sa drugim
  cvorovima, tako da nije potrebno da postoje
  AP-ovi koji ce, ako je potrebno, kontrolisati
  pristup medijumu.

11
Infrastrukturno bazirane WN Struktura
12
Ad-hoc bazirane WN Struktura
13
Handoff

• Kada jedan mobilni host predje iz oblasti
  pokrivanja jedne BS u oblast koju pokriva druga
  BS, tada on promeni svoju tacku pridruživanja
  (pristupa) u odnosu na vecu mrežu.
• Ovaj proces se naziva handoff.
• Ovakva mobilnost radja veci broj problema.
• Kao prvo, ako je host pokretan, postavlja se
  pitanje na koji nacin se odredjuje njegova tekuca
  pozicija u mreži tako da se podaci mogu
  proslediti mobilnom host-u?
• Kao drugo, na koji nacin se vrši adresiranje,
  ako host može da se nadje u jednu od mnogo
  mogucih lokacija?
• Ako se host premešta u toku TCP konekcije (ili
  telefonskog poziva kod GSM-a) tada se ponovo
  pitamo na koji nacin se obavlja rutiranje
  podataka, a da pri tome ne dodje do prekida veze?
  
• Ova i mnoga druga pitanja cine da bežicno i
  mobilno umrežavanje predstavlja jedno izuzetna i
  izazovna oblast rada.

14
Struktura jedne tipicne LAN

• Povezivanje WN na Internet vrši se žicanim
  povezivanjem AP-ova na hub, switch ili router, a
  zatim na Internet

15
Kljucne razlike izmedu žicanih i bežicnih veza

• Kljucne razlike izmedu žicanih i bežicnih veza
  su
• slabljenje
• interferencija
• propagacija duž više razlicitih puteva

16
Slabljenje

• Jacina elektromagnetnog polja slabi nakon
  prolaska talasa kroz neku sredinu, kao na primer
  zid.
• Šta više i u slobodnom prostoru dolazi do
  disperzije radio talasa, a to dovodi do
  slabljenja signala. Ovaj efakat se naziva
  path-loss.
• Takodje do slabljenja signala na prijemnoj starni
  dolazi i kada se rastojanje izmedju predajnika i
  prijemnika povecava.

17
Interferencija

• Ako dva izvora radio signala emituju u istom
  frekventnom opsegu tada dolazi do medjusobne
  interferencije.
• Tako na primer bežicni telefon i bežicni LAN
  802.11 rade u istom frekventnom opsegu od 2.4
  GHz. Zbog toga za ocekivati je da ako oba sistema
  rade istovremeno tada i oba nece raditi dobro,
  prvenstveno zbog medjusobne interferencije.
• Pored toga usled smetnji od drugih izvora, kakve
  su recimo smetnje od motora ili mikrotalasnih
  peci, može doci do indukcije elektromegnetnog
  šuma, a to ce takodje rezultirati do pojave
  interferencije.

18
Antennas simple dipoles
19
Antennas directed and sectorized

• Often used for microwave connections or base
  stations for mobile phones (e.g., radio coverage
  of a valley)

20
Propagacija signala

• Propagation in free space always like light
  (straight line)
• Receiving power proportional to 1/d² (d
  distance between sender and receiver)
• Receiving power additionally influenced by
• fading (frequency dependent)
• shadowing
• reflection at large obstacles
• refraction depending on the density of a medium
• scattering at small obstacles
• diffraction at edges

21
Višestruka refleksija
22
Refrakcija i Frenelove zone
23
Propagacija signala

• Transmission range
• -- communication possible
• -- low error rate
• Detection range
• -- detection of the signal possible
• -- no communication possible
• Interference range
• -- signal may not be detected
• -- signal adds to the background noise

24
Propagacija duž razlicitih puteva multipath
propagation

• Javlja se kada se deo elektromagnetnih talasa
  reflektuje od objekata ili zemlje, pri cemu
  dužine puteva talasa od predajnika do prijemnika
  su razliciti.
• Pokretni objekti izmedju predajnika i prijemnika
  mogu uzrokovati multipath propagation koja je
  promenljiva sa vremenom.
• Multipath propagation zbog uticaja refleksije
  talasa od jonosfere ili drugih objekata može da
  dovede do pojave fadding-a, tj privremenog
  gubitka signala na prijemnoj strani.

25
Multipath propagation

• Signal can take many different paths between
  sender and receiver due to
• reflection
• scattering
• diffraction

26
Efekt mobilnosti

• Channel characteristics change over time and
  location signal paths change different delay
  variations of different signal parts different
  phases of signal parts
• quick changes in the power received (short term
  fading)
• Additional changes in distance to sender
  obstacles further away
• ? slow changes in the average power received
  (long term fading)

27
Pouzdanost bežicnog prenosa

• Bežicne komunikacije su nepouzdanije od žicanih.
• Zbog toga, kod 802.11 protokola koristi se ne
  samo mocna CRC tehnika za otkrivanje grešaka u
  prenosu, nego i ARQ protokol na nivou-veze kojim
  se zahteva kompletna retransmisija puruka u
  slucaju kada dodje do greške u prenosu.

28
Standardi kod bežicnih LAN-ova

• U toku devedesetih godina prošlog veka razvijen
  je veliki broj novih tehnologija i donešen veci
  broj standarda koji se odnosi na bežicne LAN-ove.
• Najšire prihvacen standard bio je IEEE 802.11
  bežicni LAN, alternativno pozant i kao Wi-Fi.
• Postoji nekoliko 802.11 standarda za bežicnu LAN
  tehnologiju, ukljucujuci 802.11b, 802.11a,
  802.11g i dr.

standard frekventni opseg brzina prenosa
802.11b 2.4 2.485 GHz do 11 Mbps
802.11a 5.1 5.8 GHz do 54 Mbps
802.11g 2.4 2.485 GHz do 54 Mbps

• Tekuce na tržištu preovladjuju LAN-ovi bazirani
  na standardu 802.11b, ali u skoroj buducnosti
  ocekuje se zanacajan razvoj i na polju standarda
  802.11a kao i 802.11g.
• Sva tri standarda koriste isti protokol za
  pristup medijumu, CSMA-CA.

29
ISM opsezi
30
Dodela kanala na 2.4 GHz
31
Dodela kanala kod 802.11 na 2.4 GHz
32
Dodela kanala kod 802.11 na 5 GHz
Lower and Middle
Upper
33
Sistemska arhitektura kod 802.11

• Komponente 802.11 infrastruktorno-bazirane LAN

34
Komponente 802.11 infrastruktorno-bazirane LAN

• Nekoliko cvorova STA (stations) se povezuje na AP
• Osnovni gradivni makroblok 802.11 je BSS (Basic
  Service Set)
• BSS sadrži jedan ili veci broj STA-ova i jednu AP
• Svi STA i AP koji koriste isti radio kanal
  formiraju BSS
• BSS1, BSS2, ... BSSn se povezuju u distribucioni
  sistem
• Preko AP-ova svi BSS-ovi se povezuju na sprežnu
  mrežu a dalje na Internet
• Mreža se naziva ESS (Extended Service Set)

35
Roaming kod distribucionih sistema

• AP-ovi podržavaju roaming (promena tacke
  pristupa)
• Distribucioni sistem je zadužen za manipulacije
  pri prenosu podataka izmedju razlicitih AP-ova.
• AP-ovi pružaju podršku
• održavanju sinhronizacije izmedju BSS-ova
• power-management-u i
• kontroli pristupa medijumu radi podrške rada
  vremensko-ogranicenim (kriticnim) servisima.

36
Arhitektura bežicnih ad-hoc mreža

• IEEE 802.11 takodje podržava formiranje ad-hoc
  mreža izmedju STA-a, tj. formiranje jedne ili
  više nezavisnih BSS-ova nazvanih IBSS
  (Independent BSS)
• IBSS cini grupu stanica koje koriste istu radio
  frekvenciju. Tako na primer stanice STA1, STA2 i
  STA3 pripadaju grupi IBSS1, a ST4 i ST5 grupi
  IBSS2. To znaci da STA3 može direktno da
  komunicira sa STA2, ali ne i sa STA5.

• IEEE 802.11 ne specificira bilo kakav specijalni
  cvor koji podržava rutiranje, dalje
  prosledjivanje podataka, ili promenu informacije
  o topologiji kao na primer što je to slucaj sa
  bežicnim mrežama tipa Bluetooth ili Hiperlan 1.

37
Protokol arhitektura

• Protokoli koji su specificno definisani za LAN,
  MAN i WAN prenos, zaduženi su za prenos blokova
  podataka preko mreže.
• Sa aspekta OSI referentnog modela komuniciranja,
  viši nivoi protokola (nivoi od 3 do 7) nezavisni
  su od mrežne arhitekture i mogu se primeniti na
  sve LAN, MAN i WAN mreže.
• Nivoi od 3 do 7 su identicni kako za žicane tako
  i bežicne mreže.

38
Odnos izmedju IEEE 802 i OSI referentnog modela
39
Uloga fizickog nivoa

• Najniži nivo IEEE 802 referentnog modela
  odgovara fizickom nivou OSI modela, i obavlja
  funkcije koje se odnose na
• kodiranje i dekodiranje signala
• generisanje preambula / rešavanje problema koji
  se ticu sinhronizacije
• predaja / prijem bitova
• Pored toga, fizicki nivo kod 802 modela
  ukljucuje i specifikacije koje se odnose na
  prenosni medijum i topologiju mreže.

40
Funkcije iznad fizickog nivoa

• Iznad fizickog nivoa funkcije koje obezbedjuju
  servise LAN korisnicima su sledece
• u toku predaje - vrši se asembliranje podataka u
  okvire. Svaki okvir prati adresno polje za
  detekciju grešaka u prenosu podataka
• u toku prijema - disasembliraju se oikviri,
  prepoznaju adrese i detektuju greške u prenosu
  ako postoje
• reguliše se pristup LAN - ovom prenosnom medijumu
• ostvaruje se sprega - sa višim nivoima i
  kontroliše se tok podataka i greške koje mogu
  nastati (za slucaj da se ne prime svi paketi ili
  da je neki okvir primljen sa greškom)
• Nabrojane funkcije od a) do d) svojstvene su
  nivou 2 OSI modela.
• Kada je u pitanju model 802, skup funkcija koje
  se odnose na stavku d) se obicno pridružuje
  LLC-ovom (Logical Link Control) nivou, dok se
  funkcije definisane stavkama a), b) i c)
  tretiraju kao poseban nivo koji se naziva MAC
  (Media Access Control).

41
MAC podnivo

• Postoje dva razlicita MAC podnivoa kod ovog
  protokola.
• Ipak, najcešce se koristi onaj koji se zasniva na
  CSMA/CA (carrier sense multiple access with
  collision avoidance). Na slici je prikazan
  dijagram toka ove tehnike pristupa medijumu za
  prenos.

42
Zašto se ne može implementirati CSMA/CD?

• Postoje sledeca 3 razloga
• 1. Da bi detektovala koliziju stanica mora biti
  istovremeno u stanju predaje i prijema signala.
  Kako je amplituda prijemnog signala mnogo manja
  (slabljenje signala kroz etar slabi sa kvadratom
  rastojanja) veoma je teško realizovati prijemnik
  koji ce izdvojiti prijemni signal od predajnog
  signala (prijemni signal bice tretiran više kao
  šum).
• 2. Kolizije se ne mogu detektovati kod problema
  koji se javlja kod skrivenih terminala.
• 3. Rastojanje izmedju dve stanice može biti
  veliko. Feding u signalu može da dovede do toga
  da jedna od stanica koja osluškuje medijum (etar)
  ne detektuje koliziju koja se javlja zbog toga
  što i neka druga stanica u tom trenutku emituje
  signal.

43
Razdvajanje LLC i MAC nivoa

• Razdvajanje LLC i MAC nivoa je izvršeno iz
  sledecih razloga
• logika koja je potrebna da se upravlja
  pristupom nad deljivim medijumom ne srece se kod
  tradicionalnog upravljanja na nivou 2 OSI modela,
• za isti LLC postoje po nekoliko MAC opcija

44
Razdvajanje LLC i MAC nivoa
45
Odnos izmedu nivoa i arhitektura kod IEEE 802

• IP nivo predaje podatke LLC-u. LLC pridružuje
  upravljacku informaciju kao zaglavlje i formira
  LLC-ov PDU koji se predaje prema MAC-u. MAC nivo
  pridružuje informaciju na pocetku i na kraju
  paketa i formira MAC okvir. Upravljacka
  informacija okvira je potrebna za rad MAC
  protokola.

46
Protokoli kod IEEE 802
47
Protokoli kod IEEE 802
48
Nivovska protokol arhitektura

• Najcešci scenario Povezivanje bežicnog 802.11
  LAN-a na komutirani 802.3 Ethernet koje je
  ostvareno preko mosta/komutatora
  (bridge/switch-a).
• Veci broj laptop-ova se povezuje preko WLAN-a na
  backbone (kicmu) žicanog LAN-a. U svakom laptop-u
  instalirana je kartica kojom se ostvaruje bežicna
  veza, a tacka povezivanja sa backbone-om je AP.
  Sa svoje strane i AP ima karticu koja obezbedjuje
  povezivanja sa bežicnim LAN-on i portalom.

49
Prakticna implementacija

• Kartice u laptop-u i AP uredjaju podržavaju MAC
  i PHY nivoe standarda 802.11.
• Ostatak AP uredjaja deluje kao most i konvertuje
  protokol 802.11 u MAC i PHY nivoe backbone-a DS-a
  koji je tipicno IEEE 802.3 Ethernet LAN.
• Laptop-ovi koji se povezuju na LAN preko AP-a
  mogu da komuniciraju sa drugim uredjajima, kakvi
  su server
• ESS (Extended Service Set) se formira
  instaliranjem veceg broja AP-ova na razlicitim
  lokacijama backbone-a didtribuiranog sistema
  (DS-a) cime se želi ostvariti veca pokrivenost
  neke oblasti.

50
Celine protokol stack-a standarda 802.11

• Sa ciljem da se specifikacije procesa ucine
  lakšim definicije standardnih MAC i PHY nivoa kod
  IEEE 802 se razbijaju na druge podnivoe.
• U konkretnom slucaju MAC nivo se deli na sledece
  celine
• MAC podnivo
• MAC management podnivo

51
MAC podnivo i MAC layer management

• MAC podnivo je zadužen da obezbedi
• mehanizam pristupa,
• fragmentaciju i
• asembliranje paketa.
• MAC layer management podnivo odgovorno je za
• roaming kod ESS-a,
• power managemant-om,
• upravljenje procesom za udruživanje
  (association), razdrživanje (dissaciation) i
  reasocijaciju kod upravljanja procesom koji se
  odnosi na registraciju kod konektiranja.

52
Podnivoi PHY nivoa

• PHY se deli na sledeca tri podnivoa
• PHY Layer Convergence Protocol (PLCP) zadužen
  je za generisanje nosioca (carrier sensing
  assesment) i formiranje pakete za razlicite PHY
  nivoe.
• PHY Medium Dependent Protocol (PMD) specificira
  modulaciju i tehniku kodiranja za signalizaciju
  sa medijumom
• PHY Layer Management odlucuje o podešenosti
  kanala na razlicite opcije za svaki PHY nivo.
• Pored toga 802.11 specificira i Station
  managemant podnivo koji je odgovoran za
  koordinaciju i interakciju izmedju MAC i PHY
  nivoa.

53
Fizicki nivo kod 802.11

• IEEE 802.11 podržava tri razližita fizicka
  nivoa jedan nivo se zasniva na infra-crvenom
  prenosu, a druga dva na radio prenosu,
  prvenstveno u ISM (Industrial, Scientific,
  Medical) opsegu od 2.4 GHz koji je dostupan svuda
  u svetu

2.4 GHz HFSS 1 Mbps 2 Mbps 2.4 GHz DSSS 1 Mbps 2 Mbps IR 1Mbps 2 Mbps 5 GHz OFDM 6, 9, 12, 18, 24, 36, 48, 54 Mbps 2 4 GHz DSSS 5.5 Mbps 11 Mbps
Napomena FHSS- Frequency Hopping Spread
Spectrum DSSS Direct Sequence Spread Spectrum
OFDM Orthogonal Frequency Division Multiplexing
54
Definisanje triju fizickih medijuma
2.4 GHz HFSS 1 Mbps 2 Mbps 2.4 GHz DSSS 1 Mbps 2 Mbps IR 1Mbps 2 Mbps 5 GHz OFDM 6, 9, 12, 18, 24, 36, 48, 54 Mbps 2 4 GHz DSSS 5.5 Mbps 11 Mbps

• Sledeca tri fizicka medijuma su definisana u
  originalnom standardu 802.11
• DSSS koji radi u 2.4 GHz ISM-ovom opsegu, sa
  brzinama od 1 Mbps ili 2 Mbps.
• HFSS koji radi u 2.4 GHz ISM-ovom opsegu, sa
  brzinama od 1 Mbps ili 2 Mbps.
• Infra-crveni (Infra Red IR) koji radi sa
  brzinama od 1 Mbps i 2 Mbps, i talasnim dužinama
  od 850 nm do 950 nm.

55
Specifikacije fizickog nivoa
56
Format MAC okvira

• MAC nivo prima blok podataka od LLC nivoa i
  odgovoran je za obavljanje funkcija koje se ticu
  se pristupa medijumu i transformisanju podataka.
• MAC implementira pomenute funkcije formirajuci
  MAC okvir.
• Tacna forma MAC okvira razlikuje se od verzije
  MAC protokola koji se tekuce koristi.

57
Format MAC okvira
58
Sadržaj polja MAC okvira

• Polja MAC okvira su sledeca
• MAC Control sadrži informaciju o upravljanju
  protokolom koja je neophodna radi korektnog
  funkcionisanja MAC protokola. Tako na primer,
  specificira se nivo prioriteta.
• Odredišna MAC adresa Odredišna fizicka tacka
  pristupa na LAN-u koja važi za ovaj okvir
• Izvorišma MAC adresa Izvorišna fizicka tacka
  pristupa na LAN-u koja važi za ovaj okvir
• Podaci Telo MAC okvira. To mogu biti LLC-ovi
  podaci koji se prihvataju od višeg nivoa
  protokola, ili upravljacka informacija koja je
  relevantna za rad MAC protokola.
• CRC Polje za ciklicno redundantnu proveru. Ovo
  polje se naziva takodje i FCS (Frame Check
  Sequence). CRC je kôd koji se koristi za
  detekciju grešaka u prenosu podataka.

59
802.11 MAC protokol

• Nakon što je mreža formirana, bežicna stanica
  može da pocne sa predajom/prijemom okvira
  podataka ka/iz AP-a.
• Pri ovome se može dogoditi, da ce veci broj
  stanica istovremeno hteti, preko istog kanala, da
  prenosi podatke.
• Sa ciljem da se prenos koordinira neophodno je
  koristiti Multiple Access Protocol (MAP).
• Globalno posmatrano, postoje sledece cetiri
  klase MAP-ova
• particionisanje kanala (Channel Partitioning
  Protocol- CPP)
• proizvoljan pristup (Random Access Protocol- RAP)
• opsluživanje po redosledu (Taking Turns Protocol-
  TTP)
• CDMA (Collision Detect Multiple Access Protocol-
  CDMAP)

60
RAP

• Inspirisani ogromnim uspehom Ethernet-a kao i
  njegovim RAP-om, projektanti 802.11 izabrali su
  RAP za 801.11 bežicne LAN-ove.
• RAP se naziva CSMA/CA (Carrier Sense Multiple
  Access with Collision Avoidance), što znaci da
  svaka stanica pre predaje nadgleda kanal i
  uzdržava se od predaje ako ustanovi da je kanal
  zauzet.
• I pored toga što oba sistema, Ethernet i 802.11
  koriste CSRA (Carrier Sense Random Access) ipak
  se ova dva sistema u zanacajnoj meri razlikuju.
• Prvo, umesto da koristi tehniku detekciju
  kolizije (collision detection) standard 802.11
  koristi tehniku izbegavanje kolizije (collision
  avoidance).
• Drugo, zbog relativno velikog broja grešaka kod
  bežicnog prenosa, nasuprot Ethernet-u, 802.11 na
  nivou veze (link-level) koristi ARQ
  (acknowledgment/retransmission) šemu.

61
Zbog cega 802.11 MAC protokol ne implementira
tehniku za detekciju kolizije?

• Da bi se detektovala kolizija neophodno je da
  stanica u trenutku kada predaje bude u stanju i
  da sluša svoj (sopstveni) signal, a takodje primi
  signal od drugog predajnika i odredi da li i
  druga stanica istovremeno vrši predaju. S obzirom
  da je na prijemnom 802.11 adapteru snaga
  prijemnog signala od druge stanice mnogo manja od
  snage sopstvenog predajnog signala, veoma je
  teško konstruisati adapter koji ce detektovati
  ovakav tip kolizije.
• Što je još važnije, cak i da je adapter u stanju
  istovremeno da sluša i predaje (i prekine predaju
  ako detektuje da je medijum zauzet), adapter nece
  biti u stanju da detektuje sve kolizije
  prvenstveno zbog postojanja fedinga ili skrivenog
  (nevidljivog) terminala (slucaj kada se dve
  stanice medjusobno ne vide zbog toga što nisu u
  medjusobnom dometu, a pri tome obe stanice jedino
  vidi AP).

62
Kako radi bežicni LAN?

• S obzirom da 802.11 bežicni LAN ne koristi
  tehniku za detekciju kolizije, nakon što stanica
  pocne sa predajom okvira, ona predaje ceo okvir.
• Od trenutka kada stanica pocne sa predajom
  predaja se ne prekida sve do svog kraja.
• Kao što se i može ocekivati, predaja celih
  okvira, posebno ako su okviri dugacki, za slucaj
  da je kolizija preovladjujuca, može u znacajnoj
  meri da degradira performanse MAP-a.
• Sa ciljem da se smanji verovatnoca pojave
  kolizije, 802.11 koristi nekoliko tehnika za
  izbegavanje kolizija.

63
Princip rada šeme LLA (Link Layer Acknowledgement)

• Kada jedna stanica u bežicnom LAN-u pošalje
  okvir, tada može da se desi da okvir ne pristigne
  do odredišne stanice iz brojnih razloga.
• Da bi se izašlo na kraj sa ovakvim nedostatkom
  802.11 koristi LLA (Link Layer Acknowledgement).
• Kada odredišna stanica primi okvir koji je
  prošao CRC proveru, ona ceka kratak vremenski
  period nazvan SIFS (Short Inter-Frame Spacing) pa
  tek nakog isteka tog perioda šalje nazad okvir
  potvrde (acknowledgment frame).
• Ako predajna stanica ne primi potvrdu o okviru
  nakon odredjenog vremenskog perioda, ona
  pretpostavlja da je došlo do greške u predaju
  okvira, i ponovo koristi CSMA/CA protokol da bi
  pristupila kanalu.
• Ako se potvrda o prijemu ne primi nakon
  odredjenog broja retransmisija, predajna stanica
  se otkazuje od predaje i poništava okvir
  (izbacuje ga).

64
Korišcenje LLA-ova
65
Kako radi 802.11 CSMA/CD protokol?

• Pretpostavimo da stanica (bežicna stanica ili
  AP) ima okvir za predaju
• 1. putem testiranja, stanica ustanovi da je kanal
  u stanje pasivan (idle). Kraci vremenski period
  nakon toga, nazvan DIFS (Distribution Inter-Frame
  Space), stanica pocinje sa predajom

66
Kako radi 802.11 CSMA/CD protokol?
2. U trenutku kada detektuje da je kanal pasivan,
stanica odabira jedan slucajan broj i odredjuje
da taj broj bude brojac petlje. Nakon svake
iteracije u petlji, ako je kanal pasivan brojac
se dekrementira za jedan, a u slucaju kada je
kanal zauzet tada stanje brojaca ostaje
nepromenjeno (zamrznuto).
67
Kako radi 802.11 CSMA/CD protokol?
3. Kada vrednost brojaca postane jednaka nuli (to
se može desiti samo kada je kanal u pasivno
stanje) stanica predaje ceo okvir, a zatim ceka
na potvrdu (acknowledgment- ack)
68
Kako radi 802.11 CSMA/CD protokol?
4. Ako se primi ack, predajna stanica zna da je
poslati okvir korektno primljen od strane
odredišne stanice. Ako stanica ima da šalje još
jedan okvir, ona pocinje sa CSMA/CA protokolom od
koraka 2. Za slucaj da se ack ne primi, predajna
stanica ponovo ulazi u izvršenje petlje u koraku
2 samo što se sada brojac petlje postavlja na
vecu vrednost (to odgovara dužem vremenskom
intervalu).
69
Kako radi CSMA/CD protokol

• U opisanoj proceduri (koja se bazira na CSMA/CD
  protokolu) karakteristicno je to što
• stanica bira jedan slucajni broj
• postavlja taj broj da bude brojac petlje
• pocinje da obrojava naniže
• efektivno posmatrano unosi kašnjenje na pocetku
  predaje od trenutka kada ustanovi (detektuje) da
  je kanal pasivan.
• Kod Ethernet CSMA/CD protokola stanica odmah
  pocinje sa predajom onog trenutka kada ustanovi
  da je kanal pasivan

70
Zbog cega CSMA/CD i CDMA/CA imaju razlicite
pristupe

• Odgovor
• Neka dve stanice imaju spremne okvire za
  predaju.
• Nijedna od njih ne pocinje sa predajom jer je
  detektovala da je neka treca stanica u fazi
  predaje.
• Kod Ethernet CSMA/CD obe stanice pocece sa
  predajom onog trenutka kada detektuju da je treca
  završila sa predajom.
• Istovremena predaja dovešce do pojave kolizije,
  što i nije tako ozbiljan problem kod CSMA/CD jer
  ce obe stanice prestati sa predajom onog trenutka
  kada detektuju koliziju.
• Time se nakon detekcije kolizije izbegava
  nekorisna predaja ostatka okvira.

71
Kako je to kod 802.11?

• Odgovor
• S obzirom da 802.11 ne detektuje koliziju i ne
  prekida zapoceti prenos, ceo okvir u toku cijeg
  prenosa je detektovana kolizija bice prenet.
• Cilj kod 802.11 je da se izbegne kolizija kada
  je god to moguce.
• Kod 802.11 ako dve stanice detektuju da je kanal
  zauzet one postavljaju svoje brojace petlje na
  proizvoljne vrednosti.
• Pri tome svaka stanica postavlja svoj brojac na
  razlicitu vrednost.
• Kako su ove vrednosti stvarno razlicite, jedna
  od stanica ce poceti sa predajom pre druge.
• Ako se stanice medjusobno vide (u dometu su)
  tada stanica gubitnik onog trenutka kada oslušne
  signal pobednicke stanice trenutno zamrzava
  stanje svog brojaca i uzdržava se od predaje sve
  dok pobednicka stanica ne završi sa predajom.
• Na ovaj nacin se izbegava kolizija.
• Do kolizije kod 802.11 može da dodje pod
  sledecim uslovima
• Dve stanice se medjusobno ne vide (medjusobno su
  van dometa), ili
• kada su obe stanice izabrale istu vrednost na
  koju postavljaju svoj brojac u petlji.

72
Nevidljivi terminali

• Sastavni deo 802.11 MAC protokola je
  rezervaciona šema koja nam omogucava da se
  izbegne kolizija i za slucaj kada postoje
  nevidljivi terminali (stanice).

73
Primer nevidljivih terminala

• Obe stanice se nalaze u opsegu pokrivanja AP-a.
• Zbog pojave fedinga i slabljenja signala duž
  puta, oblasti pokrivanja bežicnih stanica H1 i H2
  su ogranicene na levi i desni odsecak krugova,
  respektivno
• Zbog ovoga stanice H1 i H2 medusobno se ne vide
  (H1 ne prima signal od H2 i obratno), ali su obe
  vidljive od strane AP-a (AP prima signal kako od
  H1 tako i od H2).

74
Korišcenje handshake-a
75
Zbog cega skriveni terminali mogu biti
problematicni

• Pretpostavimo da stanica H1 šalje okvir.
• Neka na polovini vremena predaje stanice H1,
  mrežni nivo stanice H2 preda okvir svom MAC
  nivou.
• Ovaj okvir cemo zvati DATA okvir.
• S obzirom da H2 ne prima signal od H1, ona ce
  sacekati jedan proizvoljan vremenski interval i
  nakon toga poceti sa predajom okvira DATA, što ce
  dovesti do kolizije.
• Shodno prethodnom, prenosni kanal bice
  neupotrebljiv u toku celog prenosa od strane
  stanice H1 i delimicno u toku prenosa od stanice
  H2.

76
Kako se izbegava problem kolizije

• Sa ciljem da se izbegne ovaj problem, protokol
  802.11 dozvoljava stanici da koristi jedan kratak
  Request to Send (RTS) upravljacki okvir, kao i
  jedan kratak Clear to Send (CTS) upravljacki
  okvir pomocu kojih se rezerviše pristup kanalu.
• Kada predajnik želi da preda okvir DATA, on
  pošalje okvir RTS prema AP-u, kojim informiše AP
  o tome koliko vremena ce biti potrebno za prenos
  okvira DATA i okvira ACK.
• Kada AP primi RTS okvir, ona se odaziva na taj
  nacin što svim stanicama u njenom dometu preda
  okvir CTS.
• Ovaj CTS okvir se koristi za sledece dve namene
  on daje predajniku eksplicitnu dozvolu da preda
  svoj okvir, ali nareduje ostalim stanicama da ne
  predaju podatke za rezervisani period trajanja.

77
Izbegavanje kolizije korišcenjem RTS i CTS
78
Mrežno-alokacioni vektor NAV
Kada stanica predaje okvir RTS u tom okviru se
sadrži i informacija koja ukazuje na to koliko je
vremena potrebno predajnoj stanici da okupira
(zauzme ili zadrži) kanal. Stanice koje su
kandidati za predaju i za koje je ova informacija
od važnosti aktiviraju svoj tajmer nazvan network
allocation vector, NAV, koji ukazuje na to koliko
je vremena potrebno da prodje pre nego što je
svim stanicama ponovo dozvoljeno da provere
zauzetost kanala.
79
Izbegavanje kolizije - produžetak

• Pre pocetka slanja okvira DATA, H1 prvo emituje
  svima (broadcast) okvir RTS, koga primaju sve
  stanice koje se nalaze u njenom dometu,
  ukljucujuci i AP.
• AP se zatim odaziva okvirom CTS, koga cuju sve
  stanice u njenom dometu, ukljucujuci H1 i H2.
• Nakon što je H2 prihvatila CTS ona se uzdržava
  od predaje za vremenski interval koji se
  specifiicira u CTS okviru.

80
Korišcenjem RTS i CTS poboljšavaju se performanse

• Korišcenjem RTS i CTS okvira poboljšavaju se
  performanse komunikacionog sistema iz sledeca dva
  razloga
• Problem nevidljive stanice je ublažen, jer se
  dugacki DATA okvir prenosi tek nakon što je kanal
  rezervisan.
• S obzirom da su RTS i CTS okviri kratki, kolizije
  koje nastaju u toku RTS ili CTS okvira dovešce do
  gubitaka samo RTS ili CTS okvira. Nakon što su
  RTS i CTS preneti, DATA i ACK okviri se mogu
  prenositi bez kolizije.
• I pored toga što se RTS/CTS razmenom znacajno
  smanjuje kolizija, ipak ona unosi kašnjenje i
  troši resurse kanala.
• Zbog ovoga, RTS/CTS razmena se koristi samo kada
  je potrebno rezervisati kanal u slucajevima kada
  je okvir DATA dugacak.

81
Problem izložene stanice
Sada cemo razmotriti situaciju koja je suprotna u
odnosu na prethodnu, a naziva se problem
izložene stanice (exposed station). U ovom
slucaju kada je kanal dostupan stanica se
uzdržava od korišcenja kanala. Na slici stanica
A predaje podatke stanici B, dok stanica C ima da
preda podatke stanici D, pri cemu prenos može da
se ostvari bez interferencije sa A, ali se
stanica C uzdržava od predaje. Drugim recima, C
je suviše konzervativna i svesno žrtvuje
kapacitet kanala.
82
Korišcenje handshake-a kod izložene stanice