WLAN IEEE 802 - tele.sj.ifsc.edu.br
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WLAN
IEEE 802.11
WLANWLAN
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 !
WLANWLAN
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:
Comunicação feita por sinal de Comunicação feita por sinal de rádio: impedimentosrádio: impedimentos
FadingFading (decaimento) por interferência (decaimento) por interferência ou reflexão:
Comunicação feita por sinal de Comunicação feita por sinal de rádio: impedimentosrádio: impedimentos
FadingFading (decaimento) por sombreamento (decaimento) por sombreamento (shadowing):(shadowing):
Comunicação feita por sinal de Comunicação feita por sinal de rádio: impedimentosrádio: impedimentos
Variação da intensidade ao longo do tempo:Variação da intensidade ao longo do tempo:
Comunicação feita por sinal de Comunicação feita por sinal de rádio: impedimentosrádio: impedimentos
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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IEEE 802.11: ArquiteturaIEEE 802.11: Arquitetura
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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IEEE 802.11: ArquiteturaIEEE 802.11: Arquitetura
ESS (Extended Station Set)ESS (Extended Station Set): : conjunto de dois ou conjunto de dois ou mais BSSmais BSS
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IEEE 802.11: ArquiteturaIEEE 802.11: Arquitetura
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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IEEE 802.11: ArquiteturaIEEE 802.11: Arquitetura
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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IEEE 802.11: ArquiteturaIEEE 802.11: Arquitetura
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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IEEE 802.11: ArquiteturaIEEE 802.11: Arquitetura
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
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IEEE 802.11: ArquiteturaIEEE 802.11: Arquitetura
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
WLANWLAN
IEEE 802.11: ArquiteturaIEEE 802.11: Arquitetura
Camada física: Camada física: FHSSFHSS
Camada física: Camada física: DSSSDSSS
WLANWLAN
IEEE 802.11: ArquiteturaIEEE 802.11: Arquitetura
Camada física: Camada física: OFDM (IEEE 802.11 a/g)OFDM (IEEE 802.11 a/g)
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IEEE 802.11: ArquiteturaIEEE 802.11: Arquitetura
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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IEEE 802.11: ArquiteturaIEEE 802.11: Arquitetura
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 !
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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
WLANWLAN
DCF: DCF: duração do duração do backoffbackoff
WLANWLAN
DCF: DCF: valores para tempos:valores para tempos:
WLANWLAN
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.
WLANWLAN
IEEE 802.11: quadrosIEEE 802.11: quadros
Quadro MAC: camposQuadro MAC: campos
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IEEE 802.11: ArquiteturaIEEE 802.11: Arquitetura
Quadros MAC de controle: RTS, CTS, ACKQuadros MAC de controle: RTS, CTS, ACK
WLANWLAN
IEEE 802.11: ArquiteturaIEEE 802.11: Arquitetura
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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IEEE 802.11: ArquiteturaIEEE 802.11: Arquitetura
Esquema de endereçamento:Esquema de endereçamento:
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
WLANWLAN
IEEE 802.11: ArquiteturaIEEE 802.11: Arquitetura
Esquema de endereçamento:Esquema de endereçamento:
Caso 2: To DS = 0 e From DS = 1:Caso 2: To DS = 0 e From DS = 1:
Quadro vindo de um AP para uma estaçãoQuadro vindo de um AP para uma estação
Passa então por um APPassa então por um AP
WLANWLAN
IEEE 802.11: ArquiteturaIEEE 802.11: Arquitetura
Esquema de endereçamento:Esquema de endereçamento:
Caso 3: To DS = 1 e From DS = 0:Caso 3: To DS = 1 e From DS = 0:
Quadro vindo de uma estação para um APQuadro vindo de uma estação para um AP
WLANWLAN
IEEE 802.11: ArquiteturaIEEE 802.11: Arquitetura
Esquema de endereçamento:Esquema de endereçamento:
Caso 4: To DS = 1 e From DS = 1:Caso 4: To DS = 1 e From DS = 1:
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.