ДОСТУП К СРЕДЕ
На канальном уровне протоколов IEEE 802.11 фундаментальным механизмом доступа к беспроводной среде является функция распределенного управления DCF, реализующая метод CSMA/CA (множественный доступ к среде с прослушиванием несущей и избеганием коллизий). Этот метод во многом подобен тому, что используется протоколом Ethernet в проводных сетях.
Каждая станция, подчиняющаяся дисциплине DCF и механизму базового доступа, самостоятельно определяет момент своего выхода в эфир и занятия среды, при этом перед началом передачи эфир прослушивается станцией и в случае, если он свободен, станция начинает передачу. Последовательные попытки передачи данных каждой станции разделены интервалом задержки, а также случайным отложенным временем (Backoff time). В случае коллизии, когда, в эфир одновременно выходят две станции, реализуется механизм избегания коллизий. Обе станции прекращают передачу, каждая из них выжидает случайный промежуток времени, прослушивая среду. Далее станция, у которой интервал оказался меньше, снова выходит в эфир. Поскольку вероятность совпадения случайного промежутка времени у разных станций мала, данный метод позволяет многократно снизить вероятность возникновения повторных коллизий.
РЭС «РАПИРА» поддерживает работу в режиме CSMA/CA для сохранения совместимости с существующим оборудованием, работающим по стандартам IEEE 802.11a,b,g.
Метод DCF реализован во всех устройствах, поддерживающих 802.11, показывает достаточно высокую эффективность в компактных, комнатных беспроводных локальных сетях, где число узлов не превышает 10 – 15, но обладает рядом врожденных недостатков, о которых мы скажем далее.
Проблема скрытого узла
В масштабах городских и региональных сетей архитектуры точка – много точек PtMP, где для связи на большие расстояния используются узконаправленные антенны, применение дисциплины случайного доступа к среде CSMA/CA (DCF) приводит к колоссальному снижению производительности всей сети.
Другая, не менее важная проблема – резкое падение эффективности беспроводной сети при увеличении числа одновременно работающих станций и нагрузки на них. Эти два фактора неизбежно вызывают рост числа коллизий и приводят к дополнительным затратам времени на их разрешение. Как показывают опыт и результаты моделирования, эффективность беспроводной среды начинает резко снижаться при росте числа одновременно работающих станций выше 10 штук.
Как показывает эксперимент, станция, осуществляющая интенсивную передачу трафика способна фактически захватить весь канал, поскольку процедура CDMA/CA практически декларирует правило «первым пришел – первым обслужен». Это обстоятельство сильно влияет на такие немаловажные для клиентов факторы, как качество обслуживания трафика и его детерминистичность.
Специально для поддержки передачи потоковых данных в спецификацию MAC – уровня 802.11 был описан еще один метод доступа к среде, названный Point Coordination Function (PCF).
В противоположность описанной технологии случайного доступа (DCF), где управление распределено между всеми станциями, в режиме PCF только базовая станция БС или Point Coordinator управляет доступом к каналу. На практике PCF реализует механизм маркерного доступа, обеспечивающий множественный доступ к среде с разделением по времени TDMA (Time Division Multiple Access).
В режиме PCF БС составляет список опроса, согласно которому циклически опрашивает зарегистрированные станции на предмет получения данных. На каждую станцию выделяется рассчитанный промежуток времени, по истечении которого производится опрос следующей станции. Ни одна из станций не может передавать в это время, за исключением той, которая опрашивается. Поскольку PCF даёт возможность каждой станции передавать в определённое время, данный механизм гарантирует максимальную латентность. Для того чтобы дать возможность новым станциям зарегистрироваться в сети, БС периодически на короткое время переходит в режим DCF, разрешая в этот период всем станциям конкурировать за среду.
Некоторые производители беспроводного оборудования предложили свои, несовместимые варианты реализации маркерного доступа. При этом метод PCF, закрепленный в стандарте IEEE 802.11, способен обеспечить совместимость устройств различных производителей.
РЭС «РАПИРА» реализует стандартный PCF и таким образом в режиме TDMA может также сохранять совместимость с оборудованием других производителей, придерживающихся данного стандарта.
РЭС «РАПИРА» - адаптивный динамический поллинг
Для гарантированного распределения трафика между несколькими клиентскими станциями необходим специальный алгоритм работы базовой станции. Стандарт 802.11 не оговаривает конкретного алгоритма, согласно которому на базовой станции в цикле PCF будет составляться список опроса. Каждый производитель волен разрабатывать этот алгоритм самостоятельно. В простейшем случае список опроса статический, опрашиваются все зарегистрированные станции, каждой из них при этом выделяется одинаковый фиксированный промежуток времени для передачи.
Специально для РЭС «РАПИРА» серий R2-AP1 и R2-CPE был разработан алгоритм адаптивного динамического поллинга, который продимонстрировал интеллектуальный подход к составлению списка опроса. Адаптивные свойства данного алгоритма заключаются в том, что для расчета отводимых каждой станции временных отрезков он осуществляет анализ целого комплекса параметров, таких как число активных клиентских станций, интенсивность передачи трафика каждой станцией в настоящее время и в прошлом, количество ошибок, разновидность трафика и т.д. При этом список опроса формируется в каждом цикле PCF динамически, то есть «на лету».
Данный алгоритм получил активное развитие в новой линейке продукции серии RS3 и позволил РЭС «РАПИРА» обеспечивать заданное качество обслуживания (QoS) для каждого абонента и класса трафика, показывая при этом высокую эффективность утилизации канала и достаточно справедливое разделение его ресурсов между всеми станциями. Более детально с описанием и настройкой поллинга вы можете ознакомиться в Руководстве пользователя.