Управление доступом к среде
В беспроводных сетях для управления конкурентным доступом к среде естественно было бы использовать обычный для технологии Ethernet метод доступа с контролем несущей и обнаружением коллизий (CSMA/CD). Напомним, что этот метод предполагает возможность фиксации состояния среды (свободна/занята) а задачу индикации коллизии возлагает на передающую станцию. В проводных сетях это оказалось возможным, поскольку станция может одновременно с передачей сигнала контролировать аналоговое состояние линии связи. В эфирной же среде конфликты, возникающие в точке приема, «невидимы» для передатчика, поскольку станция не может одновременно вести передачу и прием в том же частотном канале (мощность излучения существенно больше мощности принимаемого сигнала). Поэтому, в беспроводном канале возможен только полудуплексный режим работы с подтверждением каждого принятого кадра. Отсутствие подтверждения приема кадра рассматривается как свидетельство его утраты вследствие коллизии или нарушения целостности, что, в данном случае, равносильно.
Отметим, что при возникновении коллизии, станции, вовлеченные в нее, не имея возможности непосредственной индикации этого события, будут продолжать передачу своих кадров. Таким образом, потеря эффективной пропускной способности беспроводного канала будет пропорциональна длительности передачи кадра, а не двойному времени распространения электромагнитного колебания между двумя станциями, как это имело место в проводной сети Ethernet. Отсюда ясно, что проблема коллизий в радиоканале приобретает большую значимость и требует более тонких механизмов предупреждения в сравнении с проводными сетями. Поэтому для спецификации IEEE 802.11 был разработан усовершенствованный алгоритм управления доступом к среде, а именно - множественный доступ с контролем несущей и предупреждением коллизий (Carrier Sensing Multiple Access with Collision Avoidance, CSMA-CA).
Важной особенностью локальных беспроводных сетей является то, что расстояния между станциями относительно малы и это дает определенную возможность контроля состояния среды передачи; благодаря этому становится возможным применение алгоритма доступа к среде с «контролем несущей», а не ALOHA. Проблема индикации состояния канала приобретает особое значение в сетях, где расстояние между некоторыми узлами превышает дистанцию их взаимной радиовидимости. Две характерные для такой сети ситуации представлены рис. 7.4.
1. Расстояния между станциями таковы, что станции А и В могут взаимодействовать, а станция С может взаимодействовать с В и D, но не с А. Когда А будет вести передачу к В (рис. 7.4.а), то станция С, находясь вне зоны действия А, не будет «слышать» передачу А и может начать передачу к Вили кD; это приведет к искажению принимаемого станцией B сигнала и снижению общей производительности сети по причине коллизии. Такое явление называется проблемой скрытой станции (станция А является «скрытой» для станции C).
2. В случае, представленном на рис. 7.4.б, узел В ведет передачу к А; хост С,находится в зоне радиовидимости станции В,но передача хоста С не может привести к искажению кадров, принимаемых хостом А.Когда В ведет передачу к А хост С ложно заключает, что среда занята и он не может передавать данные к станции D, хотя станция А находится вне зоны радиовидимости хоста C и его излучение приему данных станциейА помешать не может. Здесь потеря производительности сети связана с недоиспользованием пропускной способности среды передачи и эта ситуация называется проблемой мнимойстанции.
Для снижения вероятности возникновения коллизий, связанных с наличием скрытых станций, в алгоритме СSМА/СА предусмотрена опциональная процедура предварительного обмена станциями короткими служебными сообщениями. Целью этого обмена является увеличение числа узлов, получающих информацию о времени, в течение которого среда будет занята планируемой передачей. Этот процесс подготовки передачи информационного кадра иллюстрирует рис.7.5.
Станция А имеет кадр данных для станции В.Но прежде чем начать отправку этого кадра станция А передает специальный кадр RTS (Request To Send, 20 байт), который несет информацию о предполагаемой длительность передачи кадра данных. Этот кадр, наряду со станцией В, принимают все станции в зоне радиовидимости станции А. Станция В отвечает посылкой сообщения CTS (Clear To Send, 14 байт), в котором повторяются данные о длительности передачи кадра, который станция А собирается отправить. Этот кадр принимают все станции, находящиеся в зоне радиовидимости станции В. Получив сообщение СTS станция А начинает передачу своего кадра данных, а все другие станции сети, зная период времени, необходимый для его передачи, будут воздерживаться от попыток доступа к среде.
Описанный механизм в основном решает проблему скрытой станции в пределах BSA, хотя коллизии кадров RTS и CTS, конечно, возможны.