Шрифт:
Закладка:
Мы уже упоминали, что обычно беспроводные системы не имеют возможности распознавать коллизии в тот момент, когда они происходят. Принимаемый сигнал на станции может быть очень слабым, возможно, в миллион раз слабее излучаемого. Обнаружить его так же трудно, как найти иголку в стоге сена. Для выявления уже случившихся коллизий и других ошибок используются подтверждения.
Есть еще одно очень важное различие между проводными и беспроводными LAN. В беспроводной сети у станций иногда нет возможности передавать или получать фреймы с других станций из-за ограниченного диапазона радиопередачи. В проводных сетях, если одна станция отправляет фрейм, все остальные его получают. Эта особенность приводит к различным сложностям.
Для простоты мы допустим, что каждый передатчик работает в некой фиксированной области, которую можно представить как регион покрытия, имеющий форму круга. Внутри него другая станция может слышать и принимать данные с этой станции. Важно понимать, что на практике регион покрытия будет неправильной формы, так как распространение радиосигналов зависит от среды. Стены и другие препятствия, ослабляющие и отражающие сигналы, приводят к тому, что сила сигнала в разных направлениях меняется. Однако модель с окружностью для наших целей вполне подходит.
В беспроводных LAN можно просто попытаться применить протокол CSMA — прослушивать эфир и осуществлять передачу только тогда, когда он никем не занят. Но проблема в том, что в действительности имеет значение интерференция на приемнике, а не на передатчике, поэтому этот протокол не слишком подходит для беспроводных сетей. Чтобы наглядно увидеть суть проблемы, рассмотрим илл. 4.11, где показаны четыре беспроводные станции. В нашем случае не имеет значения, какая из них является точкой доступа, а какая — портативным компьютером. Мощность передатчиков такова, что взаимодействовать могут только соседние станции, то есть A может слышать B, C — B и D (но не A).
Илл. 4.11. Беспроводная локальная сеть. (а) A и C — скрытые станции во время пересылки данных на B. (б) B и C — засвеченные станции во время пересылки данных на A и D
Сначала рассмотрим, что происходит, когда станции A и C передают данные станции B, как изображено на илл. 4.11 (а). Если A отправляет данные, а C сразу же опрашивает канал, то она не будет слышать A, поскольку та расположена слишком далеко, и может прийти к неверному выводу о том, что канал свободен и можно посылать данные на станцию B. Если станция C начнет передачу, она будет конфликтовать со станцией B и исказит фрейм, передаваемый станцией A. (Мы предполагаем, что никакая схема по типу CDMA не используется для предоставления нескольких каналов, поэтому из-за коллизий сигналы искажаются и оба фрейма разрушаются.) Нам необходим MAC-протокол, который предотвратит коллизии такого рода, ведь это лишняя трата полосы пропускания. Проблема, при которой одна станция не слышит возможного конкурента, поскольку он расположен слишком далеко от нее, называется проблемой скрытой станции (hidden terminal problem).
Теперь рассмотрим другую ситуацию: B передает данные A в то же время, когда С хочет начать передачу D, как показано на илл. 4.11 (б). Станция С при опросе канала слышит выполняемую передачу и может ошибочно предположить, что она не может передавать данные станции D (пунктирная стрелка на рисунке). В действительности такая передача создала бы помехи только в зоне от станции B до станции C, где в данный момент не ведется прием. Нам необходим MAC-протокол, который предотвратит такой тип задержек, ведь это лишняя трата полосы пропускания. Такая ситуация называется проблемой засвеченной станции (exposed terminal problem).
Сложность в том, что перед тем, как начать передачу, станции необходимо знать, есть ли какая-нибудь активность в радиодиапазоне вблизи приемника. Протокол CSMA может лишь сообщить об активности вокруг передатчика путем опрашивания несущей. В случае проводной передачи все сигналы достигают всех станций, поэтому такой проблемы нет. При этом во всей системе одновременно только одна станция может вести передачу. В системе на основе радиосвязи ближнего действия несколько станций могут передавать данные одновременно, если принимающие станции находятся достаточно далеко. Нам нужно, чтобы даже в растущей соте одновременная передача не прекращалась. Так, гости на вечеринке не ждут, пока все замолчат, чтобы начать говорить, — в большом помещении может происходить несколько разговоров одновременно (если только все гости не пытаются пообщаться с одним и тем же собеседником).
Одним из первых значительных протоколов, разработанных для беспроводных LAN и умеющих справляться с этими проблемами, является протокол MACA (Multiple Access with Collision Avoidance — множественный доступ с предотвращением коллизий) (Карн; Karn, 1990; Гарсиа-Луна-Асевес; Garcia-Luna-Aceves, 2017). Идея, лежащая в основе этого протокола, заключается в том, что отправитель заставляет получателя передать короткий фрейм. Соседние станции слышат эту передачу и воздерживаются от действий на время, требуемое для приема большого фрейма данных. Этот метод заменяет контроль несущей.
Протокол MACA проиллюстрирован на илл. 4.12. Рассмотрим ситуацию, в которой станция A передает станции B. Станция A начинает с того, что посылает станции B фрейм RTS (Request To Send — запрос на передачу), как показано на илл. 4.12 (а). Этот короткий фрейм (30 байт) содержит длину фрейма данных, который последует за ним. Затем B отвечает фреймом CTS (Clear To Send — разрешение передачи), см. илл. 4.12 (б). Он также содержит длину фрейма данных (скопированную из фрейма RTS). Приняв фрейм CTS, A начинает передачу.
Теперь выясним, как реагируют станции, фиксирующие передачу одного из этих фреймов. Любая станция, которая фиксирует RTS, находится близко к станции A и поэтому должна молчать, пока та не примет CTS. Станции, слышащие CTS, находятся рядом с B, следовательно, должны воздержаться от передачи, пока станция B не получит фрейм данных (его длину они могут узнать из CTS).
На илл. 4.12 станция C находится в зоне станции A, но не входит в зону станции B. Поэтому она фиксирует RTS от A (но не CTS от B). Поскольку она не интерферирует с
