в течение этого времени остается свободным, станция начинает передачу данных.

Дополнительным и опциональным механизмом доступа, предусмотренным стандартом IEEE 802.11 в качестве дополнения DCF, является PCF, функция централизованного управления (Point Coordination Function), при которой станция-координатор производит по определенному правилу последовательный опрос остальных станций, осуществляя таким образом механизм поллинга.

Остановимся подробнее на описании функций распределенного и централизованного управления.

3.1.Схема распределенного управления (DCF)

Структура региональной беспроводной сети представляет собой радиосота, в центре которой находится базовая станция (БС) со всенаправленной или сектоной антенной, на которую сфокусированы антенны оконечных станций (ОС). Оконечные станции могут выступать в качестве радиобриджей между беспроводной сетью и локальными проводными сетями. Как правило, в условиях такой сети оконечные станции зачастую не имеют взаимной радиоводимости и являются скрытыми друг от друга, а взаимодействие между ними осуществляется только через базовую станцию-ретранслятор. Топологически структура такой сети является звездообразной.

Далее опишем основные принципы работы этой сети, функционирующей под управлением протокола IEEE 802.11 с распределенным механизмом управления (DCF) в предположении высокой нагрузки на оконечных станциях. Последнее предположение означает, что на станции всегда есть пакет для передачи, это в свою очередь упрощает первичный анализ такого режима работы, поскольку нет необходимости учитывать время до поступления пакета для передачи и позволяет сфокусироваться лишь на процессе его передачи по беспроводному каналу согласно схеме распределенного управления [95].

31

Схема DCF распределенного управления позволяет осуществлять передачу пакетов данных двумя основными способами. Первый способ – это механизм базового доступа, который применяется для предачи коротких пакетов данных, длина

которых не превышает определенного значения ¯.

P

В процессе передачи данных на основе механизма базового доступа (Рис. 1) станция, успешно принявшая фрейм DATA, где под фреймом понимается пакет уровня MAC, выждав интервал SIFS (Short InterFrame Space), отвечает фреймом ACK, сообщением, подтверждающим успешное получение DATA.

Рис. 1: Механизм базового доступа.

Второй способ – это механизм RTS/CTS (Request-To- Send/Clear-To-Send, запрос на отправку/разрешение отправки). Данный механизм используется для относительно длинный паке-

тов данных с длиной, большей ¯. Данный случай представлен на

P

Рис. 2, где s означает SIFS, а b.s. – backoff slots, слоты отложенного времени. Перед тем, как отправить фрейм DATA, станция делает запрос с помощью фрейма RTS (запрос на отправку), который направляется к станции-адресату. Станция-адресат, получив RTS, через короткий интервал SIFS отвечает фреймом CTS (разрешение отправки), который позволяет начать передачу. Как только станция-отправитель получила фрейм CTS, она немедленно начинает передавать фрейм DATA, после чего ждет от станции-адресата ответный подтверждающий фрейм ACK.

Стоит заметить, что ¯ не является фиксированным и может

P

варьироваться в зависимости от оптимального соотношения меж-

32

ду накладными расходами механизма RTS/CTS, которые предполагают передачу двух дополнительных фреймов RTS и CTS, и потерь от коллизии, зависящей от ее длительности.

Как следует из Рис. 1 и 2, длительность коллизии при механизме базового доступа определяется наибольшей длиной фреймов DATA, которые попали в коллизию, а в случае использования механизма RTS/CTS длительность коллизии есть длительности передачи относительно короткого фрейма RTS.

Рис. 2: Механизм RTS/CTS.

Далее опишем кратко процесс выбора отложенного интервала времени до передачи следуего фрейма DATA станицей. После того, как станция завершила попытку передачи очередного фрейма, она переходит в отложенное состояние спустя интервал DIFS (Distributed InterFrame Space, распределенный межкадровый интервал), если попытка была успешной, или спустя интервал EIFS (Extended InterFrame Space, расширенный межкадровый интервал) при неудачной попытке, а именно, в случае если при передаче случилась коллизия, либо если хотя бы один из фреймов, относящихся к пакету, передан некорректно, с искажениями.

При этом длительность времени, в котором станция будет находиться в отложенном состоянии, принимает свое начальное значение b, которое называется отложенным временем. Это время измеряется в слотах длительностью σ и выбирается случайным равновероятным образом из множества значений (0, . . . , w − 1). Величина w, называемая размером конкурентного окна, зависит от того, сколько неудачных попыток подряд станция сделала для

33

передачи текущего фрейма DATA. Допустим, это значение равно nr, тогда размер конкурентного окна определяется следующим образом:

≥

где Wm = W02m – максимальное значение конкурентного окна. Опишем также способ, с помощью которого станция под-

считывает число неудачных попыток передать текущий фрейм данных. Для этого используется два счетчика: ns, который подсчитывает число неудачных попыток передать короткий фрейм, и nl, учитывающий число неудачных попыток передать длинный фрейм данных. Если попытка передачи короткого фрейма

DATA длиной, не превышающей ¯, или фрейма RTS удалась,

P

то есть станция получила подтверждающий (ACK) или разрешающий фрейм (CTS), то счетчик ns обнуляется. В противном случае счетчик ns увеличивается на единицу. Аналогичным образом происходит обнуление или увеличение на единицу счетчика nl в случае, соответственно, получения или отсутствия в течение требуемого интервала времени подтверждающего фрейма ACK. Для каждого из счетчиков ns и nl существуют предельные значения, соотвественно, Ns и Nl, по достижении которых текущий пакет отбрасывается и выбирается следующий пакет для передачи с обнулением значений nr, ns и nl. Далее процесс повторяется аналогичным образом.

Следует также заметить, что схема передачи фреймов, описанная выше, предполагает, что станции работают в насыщенном режиме, то есть у них всегда есть пакет на передачу. Если насыщенного режима нет, то в работе станции могут встречаться периоды, когда данных на передачу не присутствует. В этом случае при поступлении нового пакета его передача происходит следующим образом. Если в момент поступления пакета канал был свободен в течение интервала SIFS, то станция сразу начинает передачу фрейма (RTS или DATA) либо переходит в отложенное состояние с начальным значением счетчика nr = 0.

Протокол 802.11e представил расширением механизма DCF, а именно механизм EDCF (Enhanced DCF) с целью предоставле-

34