Тема 1. Локальная радиосеть. Часть 2.

Выполнил: студент группы 1110 Севостьянов М.А.


 Проработка сценария взаимодействия сетевых объектов.

Обоснованный выбор способа организации физических каналов (ФК). Краткое описание процедуры множественного доступа служб L2-уровня к ФК, пояснение способа организации двустороннего обмена сообщениями.

   Работа сети стандарта 802.11 основана на концепции «общая шина», аналогичной Ethernet. В соответствии с этой концепцией в сети существует единственный широкополосный симплексный канал связи, который может быть занят только одним передающим устройством (АС или АР). Все остальные участники сети находятся в режиме ожидания освобождения канала связи. Если в сети начинается одновременная передача двух и более сетевых устройств, то неизбежно возникает коллизия. Для предотвращения коллизий необходим тщательный контроль уровня сигнала в канале связи (КС).

   С этой целью в сетях Ethernet используется многостанционный доступ с контролем несущей и обнаружением коллизий CSMA/CD, в беспроводных сетях стандарта 802.11 применяется подобный протокол CSMA/CА (Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance - CSMA/CA). Протокол CSMA/CA накладывает более строгие правила на право доступа к каналу связи и состоит в следующем:
  1.  Прежде чем участник сети начнет передачу сообщения, он должен уведомить о том, насколько длительной будет передача. Это, к примеру, дает возможность всем остальным терминалам перейти в режим энергосбережения на указанный интервал времени.
  2. Терминалы и АР не могут начать передавать, пока не истечет время, зарезервированное участником сети, занявшим канал связи.
  3. Терминал, передающий сообщение, не располагает информацией о том, что его сообщение принимается. Это становится известным толь-ко после получения подтверждения приема по окончании передачи.
  4. Если два и более терминала начали передачу одновременно, то возникает коллизия. Факт коллизии будет обнаружен терминалами только в том случае, если они не получат подтверждения приема по окончании передачи.
  5. Если по окончании передачи подтверждение не было получено, то терминал выжидает некоторое случайное время и по его истечении снова пытается получить доступ к каналу связи и повторить передачу.
Таким образом, при использовании протокола CSMA/CA в сетях стандарта 802.11 коллизия обнаруживается только при неполучении передающей станцией ожидаемого подтверждения.
Важнейшие компоненты протокола CSMA/CA:
- контроль несущей;
- распределенная функция координации DCF;
- пакеты подтверждения;
- резервирование канала связи по технологии RTS/CTS.
Кроме CSMA/CA, доступ к среде может быть организован на основе других механизмов, не имеющих отношения к CSMA/CA:
- фрагментация пакетов;
- точечная функция фрагментации PCF.
 Краткий анализ развития событий, связанных с терминалом, начиная с момента его включе
ния/активизации до момента его выключения.

 Для подключения любого абонентского терминала к сети 802.11 необходимо выполнение трех связанных процессов:

1)процесса запроса (зондирования);

2)процесса аутентификации;

3)процесса привязки.

Процесс запроса на подключение

   Станция-клиент по всем доступным каналам физического уровня посылает специальный пакет запроса (probe request frame). Этот пакет содержит информацию о том, к какой зоне обслуживания она принадлежит (SSID) и какие скорости передачи она поддерживает. Пакеты запроса передаются с минимально возможной скоростью, составляющей 1 Мбит/с.

   Когда точка доступа получает пакет запроса, она проверяет его контрольную последовательность CRC (или frame check sequence, FCS) и посылает ответ на запрос. Пакет ответа на запрос включает следующую информацию:

- поле временной метки отправителя Timestamp;

- число тактов между маячковыми сигналами (один такт 1024 мкс);

- поле SSID – идентификатор зоны обслуживания;

- список поддерживаемых точкой доступа скоростей передач;

- особенности физического уровня - параметры PHY.

   Принимая ответ точки доступа, терминал определяет уровень сигнала полученного пакета. Правило, в соответствии с которым станция-клиент выбирает точку доступа, в спецификации 802.11 не описано – это реализуется поставщиком оборудования самостоятельно. Как правило, критерий выбора точки доступа может включать согласованное значение SSID (одно и то же у станции и точки доступа), максимальный уровень сигнала и поддерживаемый точкой доступа набор скоростей терминала.

   После того как станция определила, с какой АР ей целесообразно ассоциироваться, она приступает к следующей фазе установления соединения - процессу аутентификации.
Процесс аутентификации
Процесс аутентификации по стандарту 802.11 выполняется в двух режимах: аутентификация с открытым ключом и аутентификация с совместно используемым ключом. В соответствии со спецификацией 802.11 задача аутентификации состоит в определении принадлежности станции-клиента локальной сети с идентификатором SSID.
Процесс привязки к точке доступа
Процесс привязки по стандарту 802.11 позволяет точке доступа выделить для беспроводной станции логический порт или присвоить ей идентификатор ассоциации (association identifier, AID). Процесс привязки начинается беспроводной станцией с передачи пакета запроса на ассоциирование, содержащего информацию о возможностях терминала, и завершается пакетом ответа на ассоциирование, посылаемого точкой доступа. Ответ на ассоциирование может быть положительным или отрицательным и содержать код, указывающий на причины отказа. Можно выделить следующие ключевые поля пакета запроса на соединение:

• Интервал прослушивания (listen interval). Значение интервала прослушивания используется в режиме экономии энергопотребления и сообщается клиентской станцией точке доступа. Оно информирует АР о том, как часто эта станция "просыпается" (выходит из режима экономии энергопотребления), чтобы получить пакеты, накопленные для этой станции в точке доступа.

• Идентификатор SSID. Отражает идентификатор зоны обслуживания SSID клиентской станции для АР. В нормальном режиме работы АР не принимает запросы на ассоциацию от станций с SSID, отличающиеся от тех, которые сконфигурированы в точке доступа.

• Список поддерживаемых скоростей передачи. Указывает АР, какие скорости передачи поддерживает клиентская станция.
Ключевые поля пакета ответа на ассоциирование следующие:
Код состояния (status code). Код состояния указывает на успешность или неуспешность реагирования точки доступа на полученный ранее запрос (например, 0 - успешно; 18 – ассоциация отклонена по причине неполной поддержки станцией скоростей передачи и т.д.).
Идентификатор ассоциации AID. Идентификатор AID имеет смысл логического порта АР – как сетевого коммутатора. Клиентская станция должна знать это значение, когда она работает в режиме энергосбережения. В этом случае AP посылает оповещения в сигнальных (маячковых) пакетах, указывающие, каким AID предназначаются накопленные точкой доступа пакеты в ее оперативном буфере.
Список поддерживаемых скоростей передачи. Указывает, какие скорости передачи поддерживает точка доступа.
Диаграмма состояний терминала представлена на Рисунке 8.

Рисунок 8. Диаграмма состояний терминала
Обоснование необходимости и пояснение способа обеспечения энергосбережения сетевыми узлами.
   Чтобы продлить срок службы батарей портативных клиентов WLAN, стандарт 802.11 предусматривает их работу в режиме сниженного энергопотребления или в режиме энергосбережения (power safe operations). Работа в режиме сниженного энергопотребления может осуществляться в двух вариантах:
•работа с одноадресатными пакетами;
•работа с широковещательными/многоадресатными пакетами.
   После перехода в режим энергосбережения терминала сети точка доступа накапливает пакеты, предназначенные для этой станции. Через определенный интервал времени клиент активизируется и принимает сигнал от АР, показывающий, имеются ли в буфере АР пакеты для данной клиентской станции.
   При работе с одноадресатными пакетами интервал прослушивания определяется терминалом. И наоборот, при работе в режиме энергосбережения с широковещательными/многоадресатными пакетами интервал прослушивания определяется точкой доступа и объявляется в ее сигнальных (маячковых) пакетах.
   Терминал активизируется и принимает сигнальные пакеты АР, чтобы определить, накоплены ли для него пакеты. Если пакетов для него нет, клиент возвращается к режиму энергосбережения и пребывает в нем до истечения очередного периода активности.

Под передачей понимается:
  • Конкурентная борьба за КС
  • Передача данных с Т на ТД
Если Т необходимо передать данные, он участвует в конкурентной борьбе за КС, ему необходимо победить в ней, далее он будет передавать данные на ТД, а после перейдет в режим энергосбережения.

Под приемом понимается:
Терминал находится в режиме энергосбережения и принимает маячковый сигнал от ТД(сигнал в котором содержится информации о накопленном трафике(есть он или нет)), если нет пакетов предназначенных данному Т , то он переходит в режим энергосбережения, а если есть то Т должен захватить КС,то есть участвовать в конкурентной борьбе и победить.Далее ТД передаст данные Т. после приема Т перейдет в режим энергосбережения.
Под отключением терминала стоит понимать следующие действия:
   По инициативе мобильной станции или точки доступа может быть произведена дизассоциация(disassociate), то есть разрыв отношений. Она требуется при выключении станции или ее уходе из зоны действия точки доступа. Точка доступа также может быть инициатором дизассоциации, если, например, она временно выключается для проведения технического обслуживания.
Реассоциация (reassociation) позволяет станции сменить точку доступа. Эта возможность полезна при перемещении станции от одной точки доступа к другой в той же расширенной 802.11 ЛВС, по аналогии с передачей в сотовой сети. Если она проходит корректно, то при переходе никакие данные не теряются. (Однако, как и в сети Ethernet, в стандарте 802.11 все услуги предоставляются лишь с обязательством приложения максимальных усилий к их исполнению, но не с гарантией.) 

Обоснование необходимости контроля качества канала связи (организация радиоизмерений) как в активном, так и в пассивном состояниях сетевых узлов. Определение последовательности действия решения данной задачи и пояснение маршрута доставки данных контроля качества службе-получателю. Пояснение способа использования информации о качестве канала связи (изменение мощности передачи, переключение на другой профиль физического уровня и т.п.)


Контроль качества канала связи в данной сети, можно обеспечить только при поиске сети, когда терминал ищет свою точку доступа по уровню мощности, чем больше уровень мощности, тем лучше для терминала, но не всегда он принадлежит нужной ТД. Тогда для того, чтобы обеспечить нормальный уровень мощности с ТД, к которому должен  относится терминал, необходимо дать команду о повышение уровня мощности или сменить профиль(Таблица 1).
В соответствии с правилами FCC частотный диапазон UNII разбит на три 100-мегагерцевых поддиапазона, различающихся ограничениями по максимальной мощности излучения. Низший диапазон (от 5,15 до 5,25 ГГц) предусматривает мощность всего 50 мВт, средний диапазон (от 5,25 до 5,35 ГГц) - 250 мВт, а верхний диапазон (от 5,725 до 5,825 ГГц) - 1 Вт. Использование трёх частотных поддиапазонов с общей шириной 300 МГц делает стандарт 802.11а самым, так сказать, широкополосным из семейства стандартов 802.11 и позволяет разбить весь частотный диапазон на 12 каналов, каждый из которых имеет ширину 20 МГц, восемь из которых лежат в 200-мегагерцевом диапазоне от 5,15 до 5,35 ГГц, а остальные четыре канала - в 100- мегагерцевом диапазоне от 5,725 до 5,825 ГГц.


Список используемой литературы:
  1. Бакке А.В.«Лекции по курсу ССПО»
  2. Бакке А.В. Методические указания к лабораторной работе "Основы построения беспроводных сетей стандарта 802.11".
  3. Бакке А.В. «ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ О ПОСТРОЕНИИ ПРИНЦИПАХ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ СЕТИ СТАНДАРТА 802.11»
  4. http://omoled.ru/publications/view/720
  5. http://omoled.ru/publications/view/149
  6. http://omoled.ru/publications/view/723