CSMA/CA с физическим и виртуальным прослушиванием составляет суть протокола 802.11. Однако есть несколько других механизмов, разработанных для того же стандарта. Каждый из этих механизмов вызван определенными потребностями, связанными с фактическими условиями.
Первая потребность — это надежность. В противоположность проводным каналам, беспроводные шумны и ненадежны, в какой-то степени из-за влияния других устройств, таких как СВЧ-печи, работающих в том же диапазоне ISM. Использование подтверждений и повторных передач мало помогает, если вероятность передачи кадра мала.
Основная стратегия, используемая для увеличения числа успешных передач, состоит в том, чтобы понизить скорость передачи. Более медленные скорости используют более сильные методы модуляции сигнала, который с большей вероятностью будет правильно получен для данного отношения сигнал/шум. Если потеряно слишком много кадров, станция может понизить скорость. Если кадры доставляются с небольшой потерей, станция может иногда пробовать более высокую скорость, чтобы увидеть, может ли она использоваться.
Другая стратегия улучшить шанс кадра дойти неповрежденным состоит в том, чтобы посылать более короткие кадры. Если вероятность ошибки в одном бите равна р, то вероятность того, что n-битный кадр будет принят корректно, равна (1 - p)n. Например, для р = 10-4 вероятность корректной передачи полного Ethemet-кадра длиной 12 144 бит составляет менее 30 %. Большая часть кадров будет потеряна. Но если длина кадров будет составлять только одну треть (4048 бит), то две трети их будут получены правильно. Теперь большинство кадров пройдет, и будет необходимо меньше повторных передач.
Использование более коротких кадров может быть реализовано сокращением максимального размера сообщения, которое принимается от сетевого уровня. С другой стороны, 802.11 позволяет разделять кадры на мелкие кусочки, названные фрагментами (fragments), каждый со своей контрольной суммой. Размер фрагмента не фиксирован, а является параметром, который может быть скорректирован точкой доступа. Фрагменты нумеруются и подтверждаются индивидуально с использованием протокола с ожиданием (то есть отправитель не может передать фрагмент с номером k + 1, пока не получит подтверждения о доставке фрагмента с номером k). Они идут один за другим с подтверждением (и возможно повторной передачей) между ними, пока или весь кадр не будет передан успешно, или время передачи не достигнет позволенного максимума. Механизм NAV удерживает станции от передачи только до прихода первого подтверждения о доставке. Но есть и другой механизм (он описан ниже), позволяющий получателю принять всю пачку фрагментов, без кадров от других станций между ними.
Вторая потребность, которую мы обсудим, — экономия энергии. Время работы от аккумулятора для мобильных беспроводных устройств всегда представляет проблему. Стандарт 802.11 обращает внимание на проблему управления электропитанием так, чтобы клиенты не тратили энергию впустую, когда у них нет посылаемой или получаемой информации.
Основной механизм для экономии энергии основывается на кадрах «маяках» (beacon frames). Это периодические широковещательные сообщения точки доступа (например, каждые 100 мс). Кадры сообщают клиентам о присутствии точки доступа и несут системные параметры, такие как идентификатор, время, интервал до следующего маяка и настройки безопасности.
Клиенты могут установить бит управления электропитанием в кадрах, которые они посылают в точку доступа, чтобы сообщить ей, что они входят в энергосберегающий режим (power-save mode). В этом режиме клиент может дремать, и точка доступа будет буферизовать предназначенный для него трафик. Чтобы проверить наличие входящего трафика, клиент просыпается для каждого маяка и проверяет карту трафика, которую ему посылают как часть маяка. Эта карта говорит клиенту о наличие буферизованного трафика. Если он есть, клиент посылает сообщение опроса в точку доступа, и она посылает буферизованный трафик. Затем клиент может вернуться в спящий режим до следующего маяка.
В 2005 году к 802.11был добавлен другой энергосберегающий механизм, названный APSD (Automatic Power Save Delivery — автоматический переход в режим сохранения энергии). С этим новым механизмом точка доступа буферизирует кадры и посылает их клиенту сразу после того, как клиент посылает кадры в точку доступа. Клиент может заснуть, пока у него нет большего количества трафика для отправки (и получения). Этот механизм хорошо работает на таких приложениях, как
IP-телефония, у которых часто есть трафик в обоих направлениях. Например, беспроводной IP-телефон мог бы использовать этот механизм, чтобы посылать и получать кадры каждые 20 мс, что намного чаще, чем интервал маяка (100 мс), и находится в спящем режиме в промежутках.
Третья и последняя потребность, которую мы исследуем, — это качество обслуживания. Когда трафик IP-телефонии в предыдущем примере конкурирует с трафиком соединения равноправных узлов ЛВС, пострадает трафик IP-телефонии. Он будет отложен в соревновании с трафиком соединения равноправных узлов ЛВС высокой пропускной способности, даже при том, что пропускная способность IP-телефонии низка. Эти задержки, вероятно, ухудшат голосовые вызовы. Чтобы предотвратить это ухудшение, мы хотели бы позволить трафику IP-телефонии идти перед трафиком соединения равноправных узлов ЛВС, как имеющего более высокий приоритет.
В IEEE 802.11 есть умный механизм, обеспечивающий этот вид качества обслуживания, который был введен в 2005 году как набор расширений под именем 802.11e. Он работает, расширяя CSMA/CA с тщательно определенными интервалами между кадрами. После того как кадр послан, прежде чем любая станция может послать кадр, требуется определенное количество времени простоя, чтобы проверить, что канал больше не занят. Эта уловка должна определить различные временные интервалы для различных видов кадров.
На рис. 4.25 изображено пять интервалов. Интервал между регулярными кадрами данных называется DIFS (DCF InterFrame Spacing — межкадровый интервал DCF). Любая станция может попытаться захватить канал, чтобы послать новый кадр после того, как среда была неактивна для DIFS. Применяются при этом обычные правила борьбы, включая двоичную экспоненциальную выдержку в случае коллизии.
Самый короткий интервал — это SIFS (Short InterFrame Interval — короткий межкадровый интервал). Он используется для того, чтобы одна из сторон в диалоге могла получить шанс начать первой. Примеры включают разрешение получателю послать ACK, другие последовательности кадров управления, такие как RTS и CTS, или разрешение отправителю передать пакет фрагментов. Отправка следующего фрагмента после ожидания только SIFS препятствует тому, чтобы другая станция вмешалась с кадром в середине обмена.
Рис. 4.25. Межкадровые интервалы в стандарте 802.11
Два интервала AIFS (Arbitration InterFrame Space — межкадровый арбитражный интервал) показывают примеры двух различных уровней приоритета. Короткий интервал, AIFSp короче чем DIFS, но длиннее, чем SIFS. Он может использоваться точкой доступа, чтобы переместить голос или другой приоритетный трафик в начало очереди. Точка доступа будет ждать более короткого интервала, прежде чем пошлет голосовой трафик, и, таким образом, пошлет его раньше регулярного трафика. Длинный интервал, AIFS4, больше чем DIFS. Он используется для фонового трафика, который может быть задержан до окончания регулярного трафика. Прежде чем послать этот трафик, точка доступа будет ждать в течение более длинного интервала, давая возможность сначала передать регулярный трафик. Полный механизм качества обслуживания определяет четыре различных приоритетных уровня, у которых есть различные параметры выдержки, а также различные параметры времени ожидания.
