Bežične i mobilne mreže

Osnovni elementi jedne bežične mreže prikazani su na slici 1. Njihove funkcije i uloge u okviru mreže su sledeći:

• bežični host-ovi – kao i kod ožičenih mreža, host-ovi su krajnji uredjaji koji izvršavaju aplikaciju. Bežični host-ovi mogu biti laptop-ovi, palmtop-ovi, PDA-ovi, telefoni, ili desktop računari. Sami po sebi host-ovi mogu, ali i ne moraju biti mobilni

• bežični putevi – host se povezuje sa baznom stanicom ili drugim bežičnim host-om preko bežične komunikacione veze. Različite tehnologije bežičnih veza karakterišu se različitim brzinama prenosa kao i različitim dometom prenosa. Na slici 2 prikazane su karakteristike standarda najpopularnijih bežičnih veza.

Slika 1 Elementi bežične mreže

Slika 2 Karakteristike veze kod tipičnih bežičnih mrežnih standarda

• bazna stanica (BS) - ključni je gradivni blok bežične mrežne infrastrukture. Nasuprot bežičnim host-ovima i bežičnim putevima (vezama), BS nema svoj jasno izdiferenciran ekvivalenat (tzv. pandan uredjaj) kod ožičenih veza. BS je zadužena za predaju i prijem podataka (tj. paketa) ka ili od bežičnog host-a, kao i za koordinisanu predaju podataka većem broju bežičnih host-ova koji su pridruženi BS-u. Kada se kaže da je bežični host pridružen baznoj stanici tada to znači: (1) host se nalazi u komunikacionom dometu BS-a; i (2) host koristi BS da bi prosledio/primio podatke ka/od neke mreže. Tačke pristupa (Access Points) kod 802.11 bežičnog LAN-a su tipični primeri BS-ova. AP-ovi ne kontrolišu samo pristup medijumu nego deluju i kao mostovi ka drugim bežičnim i ožičenim mrežama. Na slici 3 prikazana je struktura jedne veće mreže koju čine tri AP-a, tri bežične mreže, i jedna ožičena mreža.

Slika 3 Primer od tri infrastrukturno-baziranih bežičnih mreža BS (alternativno nazvana AP) se najčešće povezuje sa nekom većom mrežom (kakve su Internet, javne telefonske mreže, i td.), pa shodno tome i funkcioniše kao spona na nivou veze OSI-ISO modela izmedju bežičnog host-a i ostatka sveta sa kojim taj host komunicira. Za host-ove koji su pridruženi baznoj stanici često kažemo da rade u infrastrukturnom režimu rada (infrastructure mode) jer svi tradicionalni mrežni servisi (dodela adresa i rutiranje) se

obezbedjuju od strane mreže na koju je taj host povezan preko BS-a (tj, AP-a, za slučaj sa slike 3). Kod ad-hoc mreža, bežični host-ovi ne koriste infrastrukturu da bi se povezali. Svaki čvor može direktno da komunicira sa drugim čvorovima, tako da nije potrebno da postoje AP-ovi koji će, ako je potrebno, kontrolisati pristup medijumu. Na slici 4 prikazane su dve ad-hoc mreže, svaka sa po tri čvora. Čvorovi u okviru ad-hoc mreže mogu jedino komunicirati ako se medjusobno nalaze u istom radio dometu. U odsustvu infrastrukture, host-ovi kod ad-hoc mreže moraju sami po sebi da obezbede usluge tipa rutiranje, dodela adresa, transliranje tipa DNS, i td. Zbog prethodno pomenutih funkcija, treba posebno naglasiti da je složenost čvora kod ad-hoc mreže znatno veća od čvora kod infrastrukturno bazirane bežične mreže.

Slika 4 Primer dve ad-hoc bežične mreže Kada jedan mobilni host predje iz oblasti pokrivanja jedne BS u oblast koju pokriva druga BS, tada on promeni svoju tačku pridruživanja (pristupa) u odnosu na veću mrežu. Ovaj proces se naziva handoff. Ovakva mobilnost radja veći broj problema. Kao prvo, ako je host pokretan, postavlja se pitanje na koji način se odredjuje njegova tekuća pozicija u mreži tako da se podaci mogu proslediti mobilnom host-u? Kao drugo, na koji način se vrši adresiranje, ako host može da se nadje u jednu od mnogo mogućih lokacija? Ako se host premešta u toku TCP konekcije (ili telefonskog poziva kod GSM-a) tada se ponovo pitamo na koji način se obavlja rutiranje podataka, a da pri tome ne dodje do prekida veze? Ova i mnoga druga pitanja čine da bežično i mobilno umrežavanje predstavlja jedno izuzetna i izazovna oblast rada.

Karakteristike bežičnih mreža Neka je data jedna ožičena LAN kakva je ona prikazana na slici 5.

Slika 5 LAN koji pokriva dve bežične mreže koje su preko switch-a povezane na ožičeni

Ethernet Zamenimo sada neku ožičenu Ethernet mrežu sa bežičnom mrežom tipa IEEE 802.11. Da bi ovo uradili neophodno je da sve žičane mrežne kartice, koje su instalirane u svakom od host-PC-ova, zamenimo bežičnim karticama, a na mesto Ethernet switch-a treba postaviti BS (tj. AP). To znači da prelazak sa žičanog na bežični prenos se svodi na promene koje se odnose do nivoa-veze ISO-OSI modela komuniciranja. Svi nivoi počev od mrežnog pa naviše ostaće nepromenjeni u oba slučaja. Ukažimo sada na najvažnije razlike koje postoje izmedju žičanih i bežičnih veza:

1. slabljenje - jačina 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 povećava.

2. interferencija od drugih izvora - ako dva izvora radio signala emituju u istom frekventnom opsegu tada dolazi do medjusobne interferencije. Tako na primer bežični telefon i bežični LAN 802.11 rade u istom frekventnom opsegu od 2.4 GHz. Zbog toga za očekivati je da ako oba sistema rade istovremeno tada i oba neće raditi dobro, prvenstveno zbog medjusobne interferencije. Pored toga usled smetnji od drugih izvora, kakve su recimo smetnje od motora ili mikrotalasnih peći, može doći do indukcije elektromegnetnog šuma, a to će takodje rezultirati do pojave interferencije.

3. propagacija duž više različitih puteva (multipath propagation)- javlja se kada se deo elektromagnetnih talasa reflektuje od objekata ili zemlje, pri čemu dužine puteva talasa od predajnika do prijemnika su različiti. 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.

Na osnovu prethodne diskusije jasno je da su bežične komunikacije daleko nepouzdanije od žičanih. Zbog toga, kod 802.11 protokola koristi se ne samo moćna CRC tehnika za

otkrivanje grešaka u prenosu, nego i ARQ protokol na nivou-veze kojim se zahteva kompletna retransmisija puruka u slučaju kada dodje do greške u prenosu.

802.11 Bežični LAN-ovi U toku devedesetih godina prošlog veka razvijen je veliki broj novih tehnologija i donešen veći broj standarda koji se odnosi na bežične LAN-ove. Ipak čini se da je najšire prihvaćen standard bio IEEE 802.11 bežični LAN, alternativno pozant i kao Wi-Fi. Postoji nekoliko 802.11 standarda za bežičnu LAN tehnologiju, uključujući 802.11b, 802.11a, 802.11g i dr. Na slici 6 prikazane su glavne karakteristike prethodno pomenuta tri standarda.

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

Slika 6 Standardi kod IEEE 802.11 Tekuće na tržištu preovladjuju LAN-ovi bazirani na standardu 802.11b, ali u skoroj budućnosti očekuje se zanačajan razvoj i na polju standarda 802.11a kao i 802.11g. Sva tri standarda koriste isti protokol za pristup medijumu, CSMA-CA. Kod sva tri standarda smanjenjem brzine prenosa moguće je ostvariti prenos na veće daljine, a takodje svi oni podržavaju infrastrukturni i ad-hoc režim rada. Glavne razlike se ogledaju u fizičkom nivou. 802.11b bežični LAN-ovi koriste brzinu prenosa od 11 Mbps, što je sasvim zadovoljavajuća brzina za veliki broj mreža ili DSL Internet pristup (DSL- Digital Subscriber Line- digitalna pretplatnička petlja: Naziv za telekomunikacionu tehnologiju u kojoj parice namenjene za prenos klasičnog telefonskog signala (izmedju pretplatnika i krajnje centrale) se koriste za prenos digitalnih signala velikim protokom). 802.11b radi u nelicenciranom frekventnom opsegu od 2.4 – 2.485 GHz, koji se takodje koristi od strane bežičnih mobilnih telefona i mikrotalasnih peći koje rade na frekvenciji od 2.4 GHz. Bežični LAN-ovi mogu da rade i sa znatno većim brzinama prenosa (protoka), ali i pri višim frekvencijama, kao na primer 802.11a. No rastojanja u prenosu su tada kraća, a smetnje usled multipath propagacije veće.

Sistemska arhitektura kod 802.11 Kao što smo već naglasili, bežične mreže koriste sledeće dve osnovne sistemske arhitekture: infrastrukturno bazirane, i ad-hoc. Na slici 7 prikazane su komponente jedne IEEE 802.11 infrastrukturno-bazirane LAN. Nekoliko čvorova nazvanih stanice (Stations- STAi), povezano je na tačke pristupa (AP- Access Points), alternativno nazvane bazne stanice. Stanice predstavljaju terminali koji poseduju mehanizme pristupa ka bežičnom medijumu i ostvaruju radio-kontakt sa AP-om. Osnovni gradivni blok arhitekture 802.11 je BSS (Basic Service Set). BSS može da sadrži jednu ili veći broj STA-ova i jednu AP. Sve STA i AP koje koriste isti radio-kanal formiraju BSSi. Kao što se vidi sa slike 7 BSS1 i BSS2 povezane su u distribucioni sistem. Distribucioni sistem povezuje nekoliko BSS-ova preko AP-ova, pa se na taj način formira mreža. Ilustracije radi na slici 7 prikazano je kako se dva AP-a, dva BSS-a nazvanih BSS1 i BBS2, povezuju na sprežni (mrežni) uredjaj tipa hub ili switch, a zatim dalje na Internet. Mreža se sada naziva ESS (Extended Service Set) i ima svoj sopstveni identifikator ESSID. ESSID predstavlja ime mreže, a koristi se za identifikaciju različitih mreža. Distributivni sistem povezuje bežične

mreže preko AP-ova sa portalom (hub ili switch na slici 5) koji predstavlja sprežni blok sa drugim LAN-ovima.

Slika 7 Arhitektura arhitekturno-bazirane 802.11 LAN, distribucioni sistem Arhitektura distribucionog sistema (mogu da čine nekoliko LAN-ova povezanih preko mostova, bežičnih LAN-ova ili drugih mreža) se dalje ne specificira od strane 802.11, ali se distribuirani servisi specificiraju standardom 802.11f. Stanice mogu da biraju AP kojoj mogu da se pridruže. AP-ovi podržavaju roaming (promena tačke pristupa), dok distribucioni sistem je zadužen za manipulacije pri prenosu podataka izmedju različitih AP-ova. AP-ovi pružaju podršku:

i) održavanju sinhronizacije izmedju BSS-ova; ii) power-management-u; i iii) kontroli pristupa medijumu radi podrške rada vremensko-ograničenim (kritičnim)

servisima. IEEE 802.11 takodje podržava formiranje ad-hoc mreža izmedju STA-a, tj. formiranje jedne ili više nezavisnih BSS-ova nazvanih IBSS (Independent BSS), vidi sliku 8. U ovom slučaju, IBSS čini 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 znači da STA3 može direktno da komunicira sa STA2, ali ne i sa STA5.

Slika 8 Arhitektura IEEE 802.11 ad-hoc bežičnih LAN-ova IEEE 802.11 ne specificira bilo kakav specijalni čvor koji podržava rutiranje, dalje prosledjivanje podataka, ili promenu informacije o topologiji kao na primer što je to slučaj sa bežičnim mrežama tipa Bluetooth ili Hiperlan 1.

Protokol arhitektura Protokoli koji su specifično 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. Zbog ove činjenice diskusija o LAN protokolima uključujući i bežične LAN-ove, koja sledi u daljem tekstu, prvenstveno će se odnositi samo na niže nivoe OSI modela, dok nivoi od 3 do 7 su identučni kako za žičane tako i bežične mreže. Na slici 9 prikazan je odnos koji važi izmedju IEEE 802 i OSI referentnog modela, a tiće se svih LAN, MAN i WAN mreža.

Slika 9 Nivoi IEEE 802 referentnog modela u odnosu na OSI referentni model

Na osnovu slike 9 uočavamo da najniži nivo IEEE 802 referentnog modela odgovara fizičkom nivou OSI modela, i obavlja funkcije koje se odnose na:

• kodiranje i dekodiranje signala • generisanje preambula / rešavanje problema koji se tiću sinhronizacije • predaja / prijem bitova

Pored toga, fizički nivo kod 802 modela uključuje i specifikacije koje se odnose na prenosni medijum i topologiju mreže. U opštem slučaju, za ove detalje mnogi stručnjaci iz oblasti računarskih mreža smatraju da pripadaju nivou koji se nalazi ispod najnižeg nivoa OSI modela. Ipak ako se želi jedno kompletno sagledavanje stvari tada detalji koji se odnose na izbor prenosnog medijuma kao i izbor topologije predstavljaju kritične stavke kod projektovanja LAN-ova pa ih kao takve treba uključiti , tj. bolje sagledati, još u fazi specifikacije medijuma. Kada su u pitanju bežični LAN-ovi o ovim detaljima biće više reči pomenuto u sekciji Fizički interfejs. Kao što se vidi sa slike 9 iznad fizičkog nivoa funkcije koje obezbedjuju servise LAN korisnicima su sledeće:

a) u toku predaje- vrši se asembliranje podataka u okvire. Svaki okvir prati adresno polje za detekciju grešaka u prenosu podataka

b) u toku prijema- disasembliraju se oikviri, prepoznaju adrese i detektuju greške u prenosu ako postoje

c) reguliše se pristup LAN-ovom prenosnom medijumu d) ostvaruje se sprega- sa višim nivoima i kontroliše se tok podataka i greške koje mogu

nastati (za slučaj 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 obično 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). Razdvajanje LLC i MAC nivoa je izvršeno iz sledećih razloga:

• logika koja je potrebna da se upravlja pristupom nad deljivim medijumom ne sreće se kod tradicionalnog upravljanja na nivou 2 OSI modela, tj. na nivou-veze (link control level)

• za isti LLC postoje po nekoliko MAC opcija Na slici 10 prikazan je medjusobni odnos izmedju nivoa i arhitekture kod modela 802.

Slika 10 Protokoli kod IEEE 802 Kako je to prikazano na slici 10 IP nivo predaje podatke LLC-u. LLC pridružuje upravljačku informaciju kao zaglavlje i formira LLC-ov PDU koji se predaje prema MAC-u. MAC nivo pridružuje informaciju na početku i na kraju paketa i formira MAC okvir. Upravljačka informacija okvira je potrebna za rad MAC protokola.

Nivovska protokol arhitektura Na slici 5 prikazan je najčešći scenario: Povezivanje bežičnog 802.11 LAN-a na komutirani 802.3 Ethernet koje je ostvareno preko mosta/komutatora (bridge/switch-a). Takodje jedna praktična implementacija AP-a je prikazana na slici 11.

Slika 11 Arhitektura protokola 802.11, praktična implementacija Kod tipične aplikacije (slika 5) veći broj laptop-ova se povezuje preko WLAN-a na backbone (kičmu) žičanog LAN-a. U svakom laptop-u instalirana je kartica kojom se ostvaruje bežična veza, a tačka povezivanja sa backbone-om je AP. Sa svoje strane i AP ima karticu koja obezbedjuje povezivanja sa bežičnim LAN-on i portalom. Na slici 11 prikazana je ova praktična veza. 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 tipično IEEE 802.3 Ethernet LAN. Laptop-ovi koji se povezuju na LAN preko AP-a mogu da komuniciraju sa drugim uredjajima, kakvi su server sa slike 11. Obično se ESS (Extended Service Set) formira instaliranjem većeg broja AP-ova na različitim lokacijama backbone-a didtribuiranog sistema (DS-a) čime se želi ostvariti veća pokrivenost neke oblasti. Na slici 12 prikazane su celine protokol stack-a standarda IEEE 802.11. Sa ciljem da se specifikacije procesa učine lakšim definicije standardnih MAC i PHY nivoa kod IEEE 802 se razbijaju na druge podnivoe. U konkretnom slučajuMAC nivo se deli na sledeće celine: n MAC podnivo n MAC management podnivo

Slika 12 Celine protokola IEEE 802.11 (Ova slika da se vidi !!!!!!)

MAC podnivo je zadužen da obezbedi:

• mehanizam pristupa, • fragmentaciju i • asembliranje paketa.

MAC layer management podnivo odgovorno je za: n roaming kod ESS-a, n power managemant-om, n upravljenje procesom za udruživanje (association), razdrživanje (dissaciation) i

reasocijaciju kod upravljanja procesom koji se odnosi na registraciju kod konektiranja.

PHY se deli na sledeća tri podnivoa: n PHY Layer Convergence Protocol (PLCP) – zadužen je za generisanje nosioca

(carrier sensing assesment) i formiranje pakete za različite PHY nivoe. n PHY Medium Dependent Protocol (PMD) specificira modulaciju i tehniku kodiranja

za signalizaciju sa medijumom n PHY Layer Management odlučuje o podešenosti kanala na različite 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.

Fizički nivo kod IEEE 802.11

IEEE 802.11 podržava tri razližita fizička 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 (slika13).

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

Slika 13 PHY nivo kod protokola IEEE 802.11

Napomena: FHSS- Frequency Hopping Spread Spectrum; DSSS – Direct Sequence Spread Spectrum; OFDM – Orthogonal Frequency Division Multiplexing Kao što se vidi sa slike 13 sledeća tri fizička medijuma su definisana u originalnom standardu 802.11: n DSSS koji radi u 2.4 GHz ISM-ovom opsegu, sa brzinama od 1 Mbps ili 2 Mbps. n HFSS koji radi u 2.4 GHz ISM-ovom opsegu, sa brzinama od 1 Mbps ili 2 Mbps. n Infra-crveni (Infra Red – IR) koji radi sa brzinama od 1 Mbps i 2 Mbps, i talasnim

dužinama od 850 nm do 950 nm. Na slici 14 sumirani su ključni detalji koji se odnose za sva tri tipa prenosa.

Slika 14 Specifikacije fizičkog nivoa kod 802.11

Format MAC okvira

MAC nivo prima blok podataka od LLC nivoa i odgovoran je za obavljanje funkcija koje se tiču se pristupa medijumu i transformisanju podataka. Kakav je slučaj i sa drugim protokol nivoima, tako i MAC implementira pomenute funkcije formirajući MAC okvir. Tačna forma MAC okvira razlikuje se od verzije MAC protokola koji se tekuće koristi. Ipak u najvećem broju slučajeva MAC okviri imaju format sličan onom prikazan na slici 15.

Slika 15 LLC-ov PDU u okviru formata MAC okvira

Kao što je prikazano na slici 15, polja MAC okvira su sledeća:

• 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 fizička tačka pristupa na LAN-u koja važi za ovaj okvir

• Izvorišma MAC adresa: Izvorišna fizička tačka 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 upravljačka informacija koja je relevantna za rad MAC protokola.

• CRC: Polje za ciklično redundantnu proveru. Ovo polje se naziva takodje i FCS (Frame Check Sequence). CRC je kôd koji se koristi za detekciju grešaka u prenosu podataka.

Kao i kod najvećeg broja upravljačkih protokola na nivou-veze (data link control protocols) ovaj tip protokola nema za cilj, na osnovu CRC-a, da detektuje samo greške koje su se javile u toku prenosa, nego i da sprovede proceduru za oporavljanje (recovery) od grešaka. Kod LAN protokol arhitektura, nadležnosti koje se obavljaju od strane ove dve funkcije se dele (rasporedjuju) izmedju MAC i LLC nivoa. Pri ovome, MAC nivo je, pre svega, odgovoran za detekciju grešaka u prenosu . Sa druge strane, pored ostalog, LLC nivo je zadužen da čuva trag o tome koji je od okvira uspešno, a koji je nauspešno primljen, pa je zbog toga neophodno sprovesti proceduru ponovog slanja okvira (retransmisija).

802.11 MAC protokol Nakon što je mreža formirana, bežična stanica može da počne sa predajom/prijemom okvira podataka ka/iz AP-a. No, pri ovome se može dogoditi, da će veći broj stanica istovremeno hteti, preko istog kanala, da prenosi podatke. Sa ciljem da se prenos koordinira neophodno je

kopristiti Multiple Access Protocol (MAP). Globalno posmatrano, postoje sledeće četiri 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)

Inspirisani ogromnim uspehom Ethernet-a kao i njegovim RAP-om, projektanti 802.11 izabrali su RAP za 801.11 bežične LAN-ove. Ovaj RAP se naziva CSMA/CA (Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance), što znači 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 zanačajnoj meri razlikuju. Prvo, umesto da koristi tehniku detekciju kolizije (collision detection) standard 802.11 koristi tehniku izbegavanje kolizije (collision avoidance). Kao drugo, zbog relativno velikog broja grešaka kod bežičnog prenosa, nasuprot Ethernet-u, 802.11 na nivou veze (link-level) koristi ARQ (acknowledgment/retransmission) šemu. Sagledajmo sada kako ova šema radi. Prisetimo se samo da kod Ethernet-ovog algoritma za detekciju kolizije, Ethernet stanica je ta koja nadgleda (sluša) predaju podataka po kanalu, tj, po vodu. Ako u trenutku kada stanica vrši predaju detektuje da i druga stanica takodje obavlja predaju, tada ona prekida sa predajom, generiše jamming signal, i pokušava sa ponovnom predajom nakon isteka proizvoljnog vremena. Nasuprot 802.3 Ethernet protokolu, 802.11 MAC protokol ne implementira tehniku za detekciju kolizije. Za ovo postoje sledeća dva razloga:

a) 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 dsignala od druge stanice mnogo manja od snage sopstvenog predajnog signala, veoma je teško konstruisati adapter koji će detektovati ovakav tip kolizije.

b) sto je još važnije, čak i da je adapter u stanju istovremeno da sluša i predaje (i prekine predaju ako detektuje da je medijum zauzet), adapter neće biti u stanju da detektuje sve kolizije prvenstveno zbog postojanja fedinga ili skrivenog (nevidljivog) terminala (slučaj kada se dve stanice medjusobno ne vide zbog toga što nisu u medjusobnom dometu, a pri tome obe stanice jedino vidi AP).

S obzirom da 802.11 bežični LAN ne koristi tehniku za detekciju kolizije, nakon što stanica počne sa predajom okvira, ona predaje ceo okvir. Naime, od trenutka kada stanica počne sa predajom predaja se ne prekida sve do svog kraja. Kao što se i može očekivati, predaja celih okvira, posebno ako su okviri dugački, za slučaj da je kolizija preovladjujuća, može u značajnoj meri da degradira performanse MAP-a. Sa ciljem da se smanji verovatnoća pojave kolizije, 802.11 koristi nekoliko tehnika za izbegavanje kolizija. Ukažimo sada na neke od njih. No pre nego što razmotrimo tehniku izbegavanja kolizije, sagledaćemo prvo princip rada šeme potvrda-na-nivou-veze (Link Layer Acknowledgment- LLA). Ukažimo pri ovome na činjenicu da kada jedna stanica u bežičnom 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. Kao što je prikazano na slici 16, kada odredišna stanica primi okvir koji je prošao CRC proveru, ona čeka 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). Nakon što smo sagledali kako 802.11 koristi LLA-ove, u situaciji smo sada da opišemo kako radi 802.11 CSMA/CD protokol. Pretpostavimo da stanica (bežična stanica ili AP) ima okvir za predaju:

1) putem testiranja, stanica ustanovi da je kanal u stanje pasivan (idle). Kraći vremenski period nakon toga, nazvan DIFS (Distribution Inter-Frame Space), stanica počinje sa predajom (vidi sliku 16)

Slika 16 802.11 Korišćenje LLA-ova 2) u suštini, u trenutku kada detektuje da je kanal pasivan, stanica odabira jedan slučajan

broj i odredjuje da taj broj bude brojač petlje. Nakon svake iteracije u petlji, ako je kanal pasivan brojač se dekrementira za jedan, a u slučaju kada je kanal zauzet tada stanje brojača ostaje nepromenjeno (zamrznuto).

3) kada vrednost brojača postane jednaka nuli (to se može desiti samo kada je kanal u pasivno stanje) stanica predaje ceo okvir, a zatim čeka na potvrdu (acknowledgment- ack)

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 počinje sa CSMA/CA protokolom od koraka 2. Za slučaj da se ack ne primi, predajna stanica ponovo ulazi u izvršenje petlje u koraku 2 samo što se sada brojač petlje postavlja na veću vrednost (to odgovara dužem vremenskom intervalu).

U celoj prethodno opisanoj proceduri (koja se bazira na CSMA/CD protokolu) karakteristično je to što stanica bira jedan slučajni broj, postavlja taj broj da bude brojač petlje, počinje da obrojava naniže, i efektivno posmatrano unosi kašnjenje na početku predaje od trenutka kada ustanovi (detektuje) da je kanal pasivan. Kod Ethernet CSMA/CD protokol stanica odmah počinje sa predajom onog trenutka kada ustanovi da je kanal pasivan. Postavlja se sada pitanje: Zbog čega CSMA/CD i CDMA/CA imaju tako različite pristupe? Da bi odgovorili na ovo pitanje razmotrimo sledeći scenario: Neka dve stanice imaju spremne okvire za predaju. Pri tome, nijedna od njih ne počinje sa predajom jer je detektovala da je neka treća stanica u fazi predaje. Kod Ethernet CSMA/CD obe stanice počeće sa predajom onog trenutka kada detektuju da je treća završila sa predajom. Istovremena predaja do vešće do pojave kolizije, što i nije tako ozbiljan problem kod CSMA/CD jer će obe stanice prestati sa predajom onog trenutka kada detektuju koliziju. Time se nakon detekcije kolizije izbegava nekorisna predaja ostatka okvira. Kod 802.11, ipak, situacija je značajno različita. S obzirom da 802.11 ne detektuje koliziju i ne prekida započeti prenos, ceo okvir u toku čijeg prenosa je detektovana kolizija biće prenet. Cilj kod 802.11 je da se izbegne kolizija kada je god to moguće. Kod 802.11 ako dve stanice detektuju da je kanal zauzet one postavljaju svoje brojače petlje na proizvoljne vrednosti. Pri tome svaka stanica postavlja svog brojača na različitu vrednost. Kako su ove vrednosti stvarno različite, jedna od stanica će početi sa predajom pre druge. Ako se stanice medjusobno vide (u dometu su) tada stanica gubitnik onog trenutka kada oslušne signal pobedničke stanice trenutno zamrzava stanje svog brojača i uzdržava se od predaje sve dok pobednička stanica ne završi sa predajom. Na ovaj način se izbegava kolizija. Naravno do kolizije kod 802.11 može da dodje pod sledećim uslovima: Dve stanice se medjusobno ne vide (medjusobno su van dometa), ili kada su obe stanice izabrale istu vrednost na koju postavljaju svog brojača u petlji.

Nevidljivi terminali Sastavni deo 802.11 MAC protokola je i jedna divna, doduše opciona, rezervaciona šema koja nam omogućava da se izbegne kolizija i za slučaj kada postoje nevidljivi terminali (stanice). Analizirajmo rad ove šeme sa aspekta slike 17 na koju su prikazane dve bežične stanice i jedna AP.

Slika 17 Primer nevidljivih terminala: H1 se ne vidi od strane H2, i obratno

Obe stanice se nalaze u opsegu pokrivanja AP-a. Zbog pojave fedinga i slabljenja signala duž puta, oblasti pokrivanja bežičnih stanica H1 i H2 su ograničene na levi i desni odsečak

krugova, respektivno (vidi sliku 17). Zbog ovoga stanice H1 i H2 međusobno 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). Analizirajmo sada situaciju zbog čega skriveni terminali (stanice) mogu biti problematični. Pretpostavimo da stanica H1 šalje okvir. Neka na polovini vremena predaje stanice H1, mrežni nivo stanice H2 preda okvir svom MAC nivou. Ovaj okvir ćemo zvati DATA okvir. S obzirom da H2 ne prima signal od H1, ona će sačekati jedan proizvoljan vremenski interval i nakon toga početi sa predajom okvira DATA, što će dovesti do kolizije. Shodno prethodnom, prenosni kanal biće neupotrebljiv u toku celog prenosa od strane stanice H1 i delimično u toku prenosa od stanice H2. Sa ciljem da se izbegne ovaj problem, protokol 802.11 dozvoljava stanici da koristi jedan kratak Request to Send (RTS) upravljački okvir, kao i jedan kratak Clear to Send (CTS) upravljački okvir pomoću 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 će biti potrebno za prenos okvira DATA i okvira ACK. Kada AP primi RTS okvir, ona se odaziva na taj način što svim stanicama u njenom dometu preda okvir CTS. Ovaj CTS okvir se koristi za sledeće dve namene: on daje predajniku eksplicitnu dozvolu da preda svoj okvir, ali naređuje ostalim stanicama da ne predaju podatke za rezervisani period trajanja.

Slika 18. Izbegavanje kolizije korišćenjem okvira RTS i CTS

Tako na primer, kod slike 18, pre početka slanja okvira DATA, H1 prvo emituje svima (broadcast) okvir RTS, koga primaju sve stanice koje se nalaze u njenom dometu, uključujući i AP. AP se zatim odaziva okvirom CTS, koga čuju sve stanice u njenom dometu, uključujući H1 i H2. Nakon što je H2 prihvatila CTS ona se uzdržava od predaje za vremenski interval koji se specifiicira u CTS okviru. Redosled generisanja RTS, CTS, DATA i ACK okvira prikazan je na slici 18. Korišćenjem RTS i CTS okvira poboljšavaju se performanse komunikacionog sistema iz sledeća dva razloga:

• Problem nevidljive stanice je ublažen, jer se dugački 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 dovešće 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 značajno smanjuje kolizija, ipak ona unosi kašnjenje i troši resurse kanala. Zbog ovoga, RTS/CTS razmena se koristi samo kada je potrebno rezervisati kanal u slučajevima kada je okvir DATA dugačak.