WLAN IEEE 802 - tele.sj.ifsc.edu.br

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IEEE 802.11

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WLAN: Wireless Local Area NetworkWLAN: Wireless Local Area Network Redes locais sem-fioRedes locais sem-fio

Grande demanda por comunicação sem-fio:Grande demanda por comunicação sem-fio:

Elimina necessidade de cabeamentoElimina necessidade de cabeamento Provê o acesso à rede em qualquer localizaçãoProvê o acesso à rede em qualquer localização Provê acesso à rede para usuários móveisProvê acesso à rede para usuários móveis

Grande cobertura hoje em dia:Grande cobertura hoje em dia: UniversidadesUniversidades AeroportosAeroportos Escritórios de empresasEscritórios de empresas Restaurantes e cafésRestaurantes e cafés Supermercados !Supermercados !

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WLAN: alguns cenários ...WLAN: alguns cenários ...

Muitos fatores influenciam a Muitos fatores influenciam a qualidade do sinal:qualidade do sinal:

ObstáculosObstáculos InterferênciasInterferências

Entre equipamentos da WLANEntre equipamentos da WLAN Devido a ruídoDevido a ruído

DistânciaDistância Reduz a intensidade do sinalReduz a intensidade do sinal Relação sinal/ruído (SNR) diminui – mais Relação sinal/ruído (SNR) diminui – mais

erros !erros ! Diferença de ganhos das antenas – enlaces Diferença de ganhos das antenas – enlaces

assimétricos !assimétricos !

Comunicação feita por sinal de Comunicação feita por sinal de rádio: impedimentosrádio: impedimentos

Intensidade decai com o quadrado da Intensidade decai com o quadrado da distância:distância:


FadingFading (decaimento) por interferência (decaimento) por interferência ou reflexão:


FadingFading (decaimento) por sombreamento (decaimento) por sombreamento (shadowing):(shadowing):


Variação da intensidade ao longo do tempo:Variação da intensidade ao longo do tempo:


Interferência por reflexões que chegam com Interferência por reflexões que chegam com diferentes atrasos (devido a diferentes atrasos (devido a multipathmultipath):):

WLANWLAN

WLAN: problemas clássicos para acesso ao WLAN: problemas clássicos para acesso ao meio

Considere acesso ao meio do tipo CSMAConsidere acesso ao meio do tipo CSMA

Não é possível escutar o meio e transmitir ao Não é possível escutar o meio e transmitir ao mesmo tempomesmo tempo

Então não é possível detectar colisões !Então não é possível detectar colisões !

Interferências (colisões) nem sempre são Interferências (colisões) nem sempre são relevantesrelevantes

... depende da intensidade relativa entre os ... depende da intensidade relativa entre os sinaissinais

Sinal decai com o quadrado da distância de sua Sinal decai com o quadrado da distância de sua fontefonte

WLANWLANWLAN: 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 !

WLANWLANWLAN: problemas clássicos para acesso ao meio

Considere acesso ao meio do tipo CSMA

Nodos expostos: Nodo C transmite para ANodo B transmite para D

Nodo C escuta B, e vice-versa

Ambos não transmitem ao mesmo tempo (mas poderiam !)

Menor aproveitamento do meio

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WLAN: IEEE 802.11WLAN: IEEE 802.11

Um grande conjunto de padrões para WLAN:Um grande conjunto de padrões para WLAN:

802.11802.11: MAC e PHY 1 Mbps e 2 Mbps: MAC e PHY 1 Mbps e 2 Mbps

802.11a802.11a: PHY 6 a 54 Mbps: PHY 6 a 54 Mbps

802.11b802.11b: PHY 5.5 e 11 Mbps: PHY 5.5 e 11 Mbps

802.11g802.11g: PHY para taxas > 20 Mbps: PHY para taxas > 20 Mbps

802.11e802.11e: qualidade de serviço (QoS): qualidade de serviço (QoS)

802.11i802.11i: segurança e controle de acesso: segurança e controle de acesso

802.11n802.11n: melhorias para maiores taxas de dados: melhorias para maiores taxas de dados

802.11s802.11s: redes: redes mesh mesh

... e outros !... e outros !

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IEEE 802.11: ArquiteturaIEEE 802.11: Arquitetura

BSS (Basic Station Set)BSS (Basic Station Set): : conjunto de estações que conjunto de estações que se comunicam diretamente.se comunicam diretamente.

Podem ter estação central (Podem ter estação central (Access Point – APAccess Point – AP) ou ) ou nãonão

Rede Ad Hoc: sem APRede Ad Hoc: sem AP

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IBSS: BSS Independente (sem AP) .. rede ad hocIBSS: BSS Independente (sem AP) .. rede ad hoc

BSS infraestruturado (com AP)BSS infraestruturado (com AP)

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ESS (Extended Station Set)ESS (Extended Station Set): : conjunto de dois ou conjunto de dois ou mais BSSmais BSS

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DS (Distribution System)DS (Distribution System): mecanismos que : mecanismos que encaminham os quadros entre quaisquer encaminham os quadros entre quaisquer comibinações da rede sem-fio e da rede cabeadacomibinações da rede sem-fio e da rede cabeada

... mesmo quadros entre estações sem-fio (WSTA) ... mesmo quadros entre estações sem-fio (WSTA) devem passar pelo DS !devem passar pelo DS !

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DS (Distribution System)DS (Distribution System): :

Cada WSTA pode estar associada a um único Cada WSTA pode estar associada a um único AP por vezAP por vez

Em um DS, um AP deve saber que estações Em um DS, um AP deve saber que estações estão associadas a cada outro APestão associadas a cada outro AP

IAPP (Inter Access-Point Protocol): protocolo IAPP (Inter Access-Point Protocol): protocolo para APs informarem entre si as WSTA para APs informarem entre si as WSTA associadasassociadas

WDS (Wireless Distribution System)WDS (Wireless Distribution System) Um DS em que APs estão conectados por Um DS em que APs estão conectados por

enlaces sem-fioenlaces sem-fio

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DS (Distribution System)DS (Distribution System): BSS sobrepostos : BSS sobrepostos

Um ESS pode ter BSS sobrepostosUm ESS pode ter BSS sobrepostos Desejável para manter a cobertura em todo o Desejável para manter a cobertura em todo o

espaço espaço Requer projeto cuidadoso da rede sem-fioRequer projeto cuidadoso da rede sem-fio

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DS (Distribution System)DS (Distribution System): BSS sobrepostos e : BSS sobrepostos e mobilidademobilidade

WSTA pode migrar de um BSS a outro (em um WSTA pode migrar de um BSS a outro (em um mesmo ESS) com mínima interrupção de mesmo ESS) com mínima interrupção de comunicaçãocomunicação

WLANWLAN


Camada física: vários tipos de modulaçãoCamada física: vários tipos de modulação

FHSSFHSS: Frequency-Hopping Spread Spectrum: Frequency-Hopping Spread Spectrum

DSSSDSSS: Direct Sequence Spread Spectrum: Direct Sequence Spread Spectrum

OFDMOFDM: Orthogonal Frequency Division Multiplexing: Orthogonal Frequency Division Multiplexing

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Camada física: Camada física: FHSSFHSS

Camada física: Camada física: DSSSDSSS

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Camada física: Camada física: OFDM (IEEE 802.11 a/g)OFDM (IEEE 802.11 a/g)

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Canais e frequências para 802.11b/gCanais e frequências para 802.11b/g

Note que os canais se

sobrepõem

WLANWLANIEEE 802.11: Arquitetura Subcamada MAC

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Todo quadro transmitido é reconhecido com um Todo quadro transmitido é reconhecido com um quadro de controle ACKquadro de controle ACK

WLAN: IEEE 802.11 MACWLAN: IEEE 802.11 MACNodos escondidos: uso da sequência RTS – CTS

Receptor usa CTS para avisar sua vizinhança de que irá receber um quadro de dados

WLAN: IEEE 802.11 MACWLAN: IEEE 802.11 MAC

Funcões de coordenação: controlam o acesso Funcões de coordenação: controlam o acesso ao meioao meio

DCFDCF: Distributed Coordination Function: Distributed Coordination Function PCFPCF: Point Coordination Function: Point Coordination Function HCFHCF: Hybrid Coordination Function: Hybrid Coordination Function

WLAN: IEEE 802.11 MACWLAN: IEEE 802.11 MAC

Funcões de coordenação:Funcões de coordenação:

DCF: Distributed Coordination FunctionDCF: Distributed Coordination Function✔ Estações transmitem de forma Estações transmitem de forma

independenteindependente✔ Acesso ao meio com contenção (CSMA/CA)Acesso ao meio com contenção (CSMA/CA)✔ Pode usar o mecanismo RTS/CTSPode usar o mecanismo RTS/CTS

PCF: Point Coordination FunctionPCF: Point Coordination Function✔ AP coordena o acesso ao meioAP coordena o acesso ao meio✔ AP convida as estações a transmitirAP convida as estações a transmitir✔ Acesso ao meio livre de contenção (não usa Acesso ao meio livre de contenção (não usa

CSMA/CA)CSMA/CA)

HCF: Hybrid Coordination FunctionHCF: Hybrid Coordination Function✔ Acesso diferenciado ao meio para prover Acesso diferenciado ao meio para prover QoS

WLAN: IEEE 802.11 MACWLAN: IEEE 802.11 MACDetecção de portadora

Detecção física: por recepção de sinal no transceiver

Detecção virtual:

providas pelo NAV (Network Allocation Vector) , iniciado pelos quadros RTS e CTS

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NAV (Network Allocation Vector):NAV (Network Allocation Vector): detecção detecção virtual de portadoravirtual de portadora

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Intervalos entre quadrosIntervalos entre quadros

Temporizações usadas pelo MAC:Temporizações usadas pelo MAC:

DIFS (Distributed Interframe Space)DIFS (Distributed Interframe Space): quadros em modo : quadros em modo DCFDCF

PIFS (PCF Interframe Space)PIFS (PCF Interframe Space): quadros em modo PCF: quadros em modo PCF

SIFS (Short Interframe Space)SIFS (Short Interframe Space): quadros de controle: quadros de controle

WLANWLAN

Intervalos entre quadros: priorizam o acesso Intervalos entre quadros: priorizam o acesso ao meioao meio

DIFSDIFS: intervalo mínimo antes de transmitir um : intervalo mínimo antes de transmitir um quadro de dadosquadro de dados

PIFSPIFS: intervalo antes de transmitir um quadro : intervalo antes de transmitir um quadro em modo livre de contenção (PCF)em modo livre de contenção (PCF)

Note que PIFS < DIFS, então uma WSTA Note que PIFS < DIFS, então uma WSTA operando em PCF tem prioridade no acesso operando em PCF tem prioridade no acesso ao meio !ao meio !

SIFS:SIFS: intervalo antes de quadros de controle intervalo antes de quadros de controle (ex: ACK ou CTS)(ex: ACK ou CTS) Note que SIFS < PIFS < DIFS, portanto um Note que SIFS < PIFS < DIFS, portanto um

quadro de controle tem a maior prioridade no quadro de controle tem a maior prioridade no acesso ao meio !acesso ao meio !

WLANWLAN

DCF: DCF: Acesso ao meio Acesso ao meio com CSMA/CAcom CSMA/CA

Obs: se meio está Obs: se meio está ocupado no ocupado no momento da momento da detecção de detecção de portadora, WSTA faz portadora, WSTA faz obrigatoriamente um obrigatoriamente um backoffbackoff

WLANWLAN

DCF: DCF: backoffbackoff (espera antes da transmissão) (espera antes da transmissão)

Depende de duas variáveis:Depende de duas variáveis: CWCW: Contention Window (janela de : Contention Window (janela de

contenção)contenção) BOBO: Backoff Count (contador de backoff): Backoff Count (contador de backoff)

BO é um inteiro pseudo-aleatório entre 0 e CWBO é um inteiro pseudo-aleatório entre 0 e CW Após cada transmissão com sucesso: CW = Após cada transmissão com sucesso: CW =

CWCWminmin

Após cada transmissão sem sucesso: Após cada transmissão sem sucesso: CW = min{2 CW + 1, CWCW = min{2 CW + 1, CW

maxmax}}

Uma WSA em Uma WSA em backoffbackoff interrompe seu BO ao interrompe seu BO ao detectar uma transmissão, e o reinicia após detectar uma transmissão, e o reinicia após DIFS depois do término da transmissãoDIFS depois do término da transmissão

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DCF: DCF: backoffbackoff (espera antes da transmissão) (espera antes da transmissão)

Exemplo de contenção e Exemplo de contenção e backoffbackoff entre 5 WSTA entre 5 WSTA

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DCF: DCF: duração do duração do backoffbackoff

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DCF: DCF: valores para tempos:valores para tempos:

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IEEE 802.11: quadrosIEEE 802.11: quadros

Quadro MAC:Quadro MAC:

Repare que há quatro endereços no quadro !Repare que há quatro endereços no quadro !

O esquema de endereçamento reflete as várias O esquema de endereçamento reflete as várias diferentes interações entre estações e APs.diferentes interações entre estações e APs.

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IEEE 802.11: quadrosIEEE 802.11: quadros

Quadro MAC: camposQuadro MAC: campos

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Quadros MAC de controle: RTS, CTS, ACKQuadros MAC de controle: RTS, CTS, ACK

WLANWLAN


Esquema de endereçamento:Esquema de endereçamento:

Endereço 1: próximo dispositivoEndereço 1: próximo dispositivo

Endereço 2: estação de onde vem dados ou informação Endereço 2: estação de onde vem dados ou informação de controlede controle

Endereço 3: Estação final (se não o endereço 1)Endereço 3: Estação final (se não o endereço 1)

Endereço 4: estação de origem (se não for endereço 2)Endereço 4: estação de origem (se não for endereço 2)

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Caso 1: To DS = 0 e From DS = 0:Caso 1: To DS = 0 e From DS = 0:

Quadro diretamente entre duas estaçõesQuadro diretamente entre duas estações

Não passa pelo APNão passa pelo AP

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Quadro vindo de um AP para uma estaçãoQuadro vindo de um AP para uma estação

Passa então por um APPassa então por um AP

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Quadro vindo de uma estação para um APQuadro vindo de uma estação para um AP

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Quadro entre APs via enlace sem-fioQuadro entre APs via enlace sem-fio

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ReferênciasReferências

Mattew Gast. Mattew Gast. 802.11 Wireless Networks: The 802.11 Wireless Networks: The Definitive Guide, 2Definitive Guide, 2ndnd edition edition. O'Reilly, 2005.. O'Reilly, 2005.

IEEE 802.11 Standard: IEEE 802.11 Standard:

http://www.sj.ifsc.edu.br/~msobral/RCO2/docs/ieee/802.11-2007.pdfhttp://www.sj.ifsc.edu.br/~msobral/RCO2/docs/ieee/802.11-2007.pdf

Andrew Tanenbaum. Redes de Computadores, 4a ed. Andrew Tanenbaum. Redes de Computadores, 4a ed. Capítulo 4.Capítulo 4.

http://www.sj.ifsc.edu.br/~msobral/RCO2/docs/ieee/802.11-2007.pdf

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