Инфраструктуры беспроводных сетей

Спецификация IEEE 802.11 определяет в качестве основной формы существования беспроводной сети, так называемую, ad hoc сеть (сеть «на скорую руку», сеть «по случаю»). Отличительным признаком такой сети является отсутствие в ней какого-либо «умного» узла, выполняющего координирующую роль. Все станции имеют возможность непосредственно взаимодействовать, координируя при этом доступ к общей среде передачи (рис.7.1). Понятие «ad hoc сеть» иногда трактуется расширительно, обозначая сеть, в которую могут входить и станции, не располагающие возможностью непосредственного взаимодействия, т.е. находящиеся вне зоны радиовидимости какой-то части других станций сети. В этом случае, связь между ними может устанавливаться посредством соседних станций, выступающих в качестве узлов маршрутизации трафика; однако такие сети, строго говоря, не являются объектом спецификации IEEE 802.11.

Службы, необходимые для функционирования «ad hoc сети» (в узком ее смысле), образуют некоторую совокупность, называемую автономным базисным сервисом (Independent Basic Service Set, IBSS). Основной в этой совокупности является служба асинхронной передачи данных с конкурентным доступом к среде. Географическая область, в которой расположены станции, располагающие возможностью реализации всех служб указанного набора (IBSS), называется областью (зоной) базисного сервиса (Basic service area, BSA). Диаметр такой зоны на открытой местности обычно не превышает двухсот метров.

Спецификация IEEE 802.11 допускает формирование беспроводной сети, обладающей внутренней инфраструктурой, центральным элементом которой является специализированная станция, выполняющая функции точки доступа (Access Point, AP). В такой сети передача блоков данных реализуется только посредством точки доступа. Благодаря этому, диаметр BSA удваивается. Сервисы инфраструктурной сети в своей совокупности образуют множество, именуемое базисным сервисом (Basic service set, BSS). В нем асинхронная передача данных остается основной службой, но спецификацией IEEE 802.11 предусмотрена возможность реализации в ней и режима, близкого к синхронной передаче данных с временным разделением беспроводного канала. Кроме этого, BSS содержит ряд дополнительных служб, в частности, службу ассоциации станции с точкой доступа, службы синхронизации системных таймеров, службу роуминга и т.д.

Спецификация 802.11 также определяет механизм объединения отдельных сетей с точками доступа в расширенную сеть (рис.7.2). Эти объединительные функции выполняет распределительная система (Distribution System). Она включает в себя либо сегменты проводной сети, либо радиоканалы, сформированные в другом диапазоне частот; в ее состав могут также входить шлюзы (portal), обеспечивающие доступ к службам корпоративной сети и Интернет.

Все сервисы, реализуемые в расширенной сети (координация доступа к среде, взаимодействие точек доступа, обмен данными между станциями разных BSA и т.д.), образуют блок расширенного сервиса (Extended Service Set, ESS). Основной задачей служб расширенного сервиса является обеспечение прозрачности обмена данными между станциями разных BSA, т.е. для уровня LLC любой из станций вся расширенная система должна представляться единой локальной сетью.

Служба ассоциации-реассоциации решает проблему мобильности, позволяя станциям изменять свою принадлежность к BSS. При вхождении в инфраструктурную сеть станция ассоциируется с определенной точкой доступа и взаимодействуя с нею может вести обмен данными с другими сетевыми устройствами, входящими в расширенную сеть (зону ЕSS).

Станции в сети IEEE 802.11 могут использовать сервис аутентификации для ограничения членства в «своих» сетях. Кроме этого, спецификации стандарта определяют возможность и методы шифрования данных.

МАС-уровень

Дополнительные (в сравнении с проводными сетями) функции управления поведением станций и изменчивость состояния беспроводных каналов связи являются причинами существенного усложнения их МАС-уровня. В спецификации IEEE 802.11, как и в других спецификациях семейства IEEE 802.х, описываются управляющие (координационные) функции МАС-протокола (рис.7.3). Главная из них – это функция управления доступом к физическому каналу.

Распределенный (децентрализованный) алгоритм управления (Distributed Coordination Function, DCF) обеспечивает асинхронный режим передачи кадров с качеством их обслуживания «настолько хорошо, насколько возможно». Режим децентрализованного управления доступом к среде, должен поддерживаться в беспроводных сетях любой архитектуры. Процедуры DCF взаимодействуют с процедурами протокола физического уровня и предоставляют сервис конкурентного доступа к среде. В этом режиме каждая станция получает доступ к каналу для передачи лишь одного кадра, а для передачи следующего она должна снова участвовать в «соревновании» с другими станциями сети за доступ к среде передачи.

В спецификации IEEE 802.11 также определена централизованная функция управления (Point Coordination Function, PCF), реализующая ограниченный во времени, «почти синхронный» режим передачи кадров. Такой режим возможен только в инфраструктурных сетях. PCF определяет процедуру периодического изменения правил доступа к среде: на определенное время вю зоне данной AP может быть установлен состязательный (Contention Period, CP) и на определенное время – управляемый (Contention-free Period, CFP) режим доступа к среде. В CF-периоде доступ к среде каждой станции предоставляется точкой доступа.