1 RCO2 WLAN: IEEE

2 WLAN WLAN: Wireless Local Area Network Redes locais sem-fio Grande demanda por comunicação sem-fio: Elimina necessidade de cabeamento Provê o acesso à rede em qualquer localização Provê acesso à rede para usuários móveis Grande cobertura hoje em dia: UniversidadesAeroportos Escritórios de empresas Restaurantes e cafés Supermercados !

3 WLAN WLAN: alguns cenários...

4 Muitos fatores influenciam a qualidade do sinal: ObstáculosInterferências Entre equipamentos da WLAN Devido a ruído Distância Reduz a intensidade do sinal Relação sinal/ruído (SNR) diminui – mais erros ! Diferença de ganhos das antenas – enlaces assimétricos !

5 Comunicação feita por sinal de rádio: impedimentos Intensidade decai com o quadrado da distância:

6 Comunicação feita por sinal de rádio: impedimentos Fading (decaimento) por interferência por reflexão:

7 Comunicação feita por sinal de rádio: impedimentos Fading (decaimento) por sombreamento (shadowing):

8 Comunicação feita por sinal de rádio: impedimentos Variação da intensidade ao longo do tempo:

9 Comunicação feita por sinal de rádio: impedimentos Interferência por reflexões que chegam com diferentes atrasos (devido a multipath):

1010 WLAN WLAN: problemas clássicos para acesso ao meio Considere acesso ao meio do tipo CSMA Não é possível escutar o meio e transmitir ao mesmo tempo Então não é possível detectar colisões ! Interferências (colisões) nem sempre são relevantes... depende da intensidade relativa entre os sinais Sinal decai com o quadrado da distância de sua fonte

1 WLAN WLAN: problemas clássicos para acesso ao meio Considere acesso ao meio do tipo CSMA Nodos escondidos: Nodos A e D transmitem ao mesmo tempo para C: A não escuta D D não escuta A Colisão em C !

1212 WLAN WLAN: problemas clássicos para acesso ao meio Considere acesso ao meio do tipo CSMA Nodos expostos: Nodo C transmite para A Nodo B transmite para D Nodo C escuta B, e vice-versa Ambos não transmitem ao mesmo tempo (mas poderiam !) Menor aproveitamento do meio

1313 WLAN WLAN: IEEE Um grande conjunto de padrões para WLAN: : MAC e PHY 1 Mbps e 2 Mbps a: PHY 6 a 54 Mbps b: PHY 5.5 e 11 Mbps g: PHY para taxas > 20 Mbps e: qualidade de serviço (QoS) i: segurança e controle de acesso n: melhorias para maiores taxas de dados s: redes mesh... e outros !

1414 WLAN IEEE : Arquitetura BSS (Basic Station Set): conjunto de estações que se comunicam diretamente. Podem ter estação central (Access Point – AP) ou não Rede Ad Hoc: sem AP

1515 WLAN IEEE : Arquitetura IBSS: BSS Independente (sem AP).. rede ad hoc BSS infraestruturado (com AP)

1616 WLAN IEEE : Arquitetura ESS (Extended Station Set): conjunto de dois ou mais BSS

1717 WLAN IEEE : Arquitetura DS (Distribution System): mecanismos que encaminham os quadros entre quaisquer comibinações da rede sem-fio e da rede cabeada... mesmo quadros entre estações sem-fio (WSTA) devem passar pelo DS !

1818 WLAN IEEE : Arquitetura DS (Distribution System): Cada WSTA pode estar associada a um único AP por vez Em um DS, um AP deve saber que estações estão associadas a cada outro AP IAPP (Inter Access-Point Protocol): protocolo para APs informarem entre si as WSTA associadas WDS (Wireless Distribution System) Um DS em que APs estão conectados por enlaces sem-fio

1919 WLAN IEEE : Arquitetura DS (Distribution System): BSS sobrepostos Um ESS pode ter BSS sobrepostos Desejável para manter a cobertura em todo o espaço Requer projeto cuidadoso da rede sem-fio

2020 WLAN IEEE : Arquitetura DS (Distribution System): BSS sobrepostos e mobilidade WSTA pode migrar de um BSS a outro (em um mesmo ESS) com mínima interrupção de comunicação

2121 WLAN IEEE : Arquitetura Camada física: vários tipos de modulação FHSS: Frequency-Hopping Spread Spectrum DSSS: Direct Sequence Spread Spectrum OFDM: Orthogonal Frequency Division Multiplexing

2 WLAN IEEE : Arquitetura Camada física: FHSS Camada física: DSSS

2323 WLAN IEEE : Arquitetura Camada física: OFDM (IEEE a/g)

2424 WLAN IEEE : Arquitetura Canais e frequências para b/g Note que os canais se sobrepõem

2525 WLAN IEEE : Arquitetura Subcamada MAC

2626 WLAN IEEE : Arquitetura Todo quadro transmitido é reconhecido com um quadro de controle ACK

2727 WLAN: IEEE MAC Nodos escondidos: uso da sequência RTS – CTS Receptor usa CTS para avisar sua vizinhança de que irá receber um quadro de dados

2828 WLAN: IEEE MAC Funcões de coordenação: controlam o acesso ao meio DCF: Distributed Coordination Function PCF: Point Coordination Function HCF: Hybrid Coordination Function

2929 WLAN: IEEE MAC Funcões de coordenação: DCF: Distributed Coordination Function ✔ Estações transmitem de forma independente ✔ Acesso ao meio com contenção (CSMA/CA) ✔ Pode usar o mecanismo RTS/CTS PCF: Point Coordination Function ✔ AP coordena o acesso ao meio ✔ AP convida as estações a transmitir ✔ Acesso ao meio livre de contenção (não usa CSMA/CA) HCF: Hybrid Coordination Function ✔ Acesso diferenciado ao meio para prover QoS

3030 WLAN: IEEE MAC Detecção de portadora Detecção física: por recepção de sinal no transceiver Detecção virtual: providas pelo NAV (Network Allocation Vector), iniciado pelos quadros RTS e CTS

3131 WLAN NAV (Network Allocation Vector): detecção virtual de portadora

3232 WLAN Intervalos entre quadros Temporizações usadas pelo MAC: DIFS (Distributed Interframe Space): quadros em modo DCF PIFS (PCF Interframe Space): quadros em modo PCF SIFS (Short Interframe Space): quadros de controle

3 WLAN Intervalos entre quadros: priorizam o acesso ao meio DIFS: intervalo mínimo antes de transmitir um quadro de dados PIFS: intervalo antes de transmitir um quadro em modo livre de contenção (PCF) Note que PIFS < DIFS, então uma WSTA operando em PCF tem prioridade no acesso ao meio ! SIFS: intervalo antes de quadros de controle (ex: ACK ou CTS) Note que SIFS < PIFS < DIFS, portanto um quadro de controle tem a maior prioridade no acesso ao meio !

3434 WLAN DCF: Acesso ao meio com CSMA/CA Obs: se meio está ocupado no momento da detecção de portadora, WSTA faz obrigatoriamente um backoff

3535 WLAN DCF: backoff (espera antes da transmissão) Depende de duas variáveis: CW: Contention Window (janela de contenção) BO: Backoff Count (contador de backoff) BO é um inteiro pseudo-aleatório entre 0 e CW Após cada transmissão com sucesso: CW = CW min Após cada transmissão sem sucesso: CW = min{2 CW + 1, CW max } Uma WSA em backoff interrompe seu BO ao detectar uma transmissão, e o reinicia após DIFS depois do término da transmissão

3636 WLAN DCF: backoff (espera antes da transmissão) Exemplo de contenção e backoff entre 5 WSTA

3737 WLAN DCF: duração do backoff

3838 WLAN DCF: valores para tempos:

3939 WLAN IEEE : quadros Quadro MAC: Repare que há quatro endereços no quadro ! O esquema de endereçamento reflete as várias diferentes interações entre estações e APs.

4040 WLAN IEEE : quadros Quadro MAC: campos

4141 WLAN IEEE : Arquitetura Quadros MAC de controle: RTS, CTS, ACK

4242 WLAN IEEE : Arquitetura Esquema de endereçamento: Endereço 1: próximo dispositivo Endereço 2: estação de onde vem dados ou informação de controle Endereço 3: Estação final (se não o endereço 1) Endereço 4: estação de origem (se não for endereço 2)

4343 WLAN IEEE : Arquitetura Esquema de endereçamento: Caso 1: To DS = 0 e From DS = 0: Quadro diretamente entre duas estações Não passa pelo AP

4 WLAN IEEE : Arquitetura Esquema de endereçamento: Caso 2: To DS = 0 e From DS = 1: Quadro vindo de um AP para uma estação Passa então por um AP

4545 WLAN IEEE : Arquitetura Esquema de endereçamento: Caso 3: To DS = 1 e From DS = 0: Quadro vindo de uma estação para um AP

4646 WLAN IEEE : Arquitetura Esquema de endereçamento: Caso 4: To DS = 1 e From DS = 1: Quadro entre APs via enlace sem-fio

4747 WLAN Referências Mattew Gast Wireless Networks: The Definitive Guide, 2 nd edition. O'Reilly, IEEE Standard: Andrew Tanenbaum. Redes de Computadores, 4a ed. Capítulo 4.