Redes Wireless – Parte XXV

 

8.1.5 – Função de Coordenação Pontual

 

A função de coordenação pontual (PCF) é um modo de transmissão que faz com que as transferências em uma WLAN estejam livres de contenção através de um mecanismo de polling. PCF tem a vantagem de garantir uma quantidade conhecida de latência de forma que aplicações que necessitam de QoS tais como voz e vídeo possam ser utilizadas. PCF só pode ser usado por redes que usem pontos de acesso, pois ele é o responsável por essa tarefa.

 

8.1.5.1 – Como funciona o PCF?

 

Primeiramente a estação deve dizer ao ponto de acesso se ela é capaz de responder ao poll. O processo de poll se resume no seguinte: o ponto de acesso pergunta a cada estação se ela quer transmitir naquele momento ou não. Essa operação faz com que haja uma quantidade grande de overhead em uma WLAN.

 

8.1.6 – Espaçamento Interframe

 

Espaçamento interframe aparentemente não é uma coisa que precisamos saber. Porém, ele se torna extremamente útil quando da resolução de problemas em uma WLAN. Além disso, de posse desse conhecimento podemos usar mais efetivamente o RTS/CTS e configurar de maneira correta o DCF e o PCF em um ponto de acesso.

 

Como vimos anteriormente, todas as estações de uma WLAN são sincronizadas no tempo. Espaçamento interframe é o termo utilizado para se referir aos espaços de tempo padronizado que são utilizados por todas as WLANs.

 

8.1.6.1 – Tipos de Espaçamento

 

São três os tipos de espaçamento: SIFS, DIFS e PIFS. Cada um deles é usado por uma WLAN para enviar certos tipos de mensagens sobre a rede ou para gerenciar os intervalos em que as estações esperam o meio estar disponível.

 

O espaçamento interframe é medido em microsegundos e são usados para controlar o acesso de uma estação ao meio e fornecer vários níveis de prioridade. Em uma WLAN tudo está sincronizado e as estações e o ponto de acesso usam porções do tempo para realizar várias tarefas.  Cada nó conhece esses espaços e os usa da forma apropriada. Um set de espaços padrão é utilizado para o DSSS, FHSS e o infravermelho, conforme ilustrado na tabela abaixo:

 

8.1.6.1.1 – SIFS

 

SIFS são espaços de tempo antes e após as seguintes mensagens são enviadas:

 

» RTS – Frame request to send . Usado pelas estações para reservar o meio de transmissão.

 

» CTS – Frame clear to send. Usado pelo ponto de acesso em resposta ao RTS gerado pela estação. Garantindo assim que o meio está livre para transmissão.

 

» ACK – Frame de reconhecimento. Usado para notificar a estação transmissora que os dados foram recebidos e estão em formato legível na estação destino.

 

SIFS fornece o mais alto nível de prioridade em uma WLAN. Isso acontece porque a estação deve ouvir o meio esperando pela disponibilidade do mesmo. Uma vez que o meio está disponível, ela deve esperar uma quantidade de tempo (espaçamento)  antes de realizar uma transmissão. Esse tempo de espera é determinado pela tarefa que a estação precisa executar. Cada tarefa em uma rede WLAN cai em uma categoria de espaçamento. Tarefas de alta prioridade caem na categoria de espaçamento SIFS. Se uma estação necessita esperar uma pequena quantidade de tempo antes do meio estar livre para fazer transmissões, é claro que ela terá prioridade sobre estações que precisam esperar um período de tempo maior. SIFS é utilizado para tarefas que necessitam de um período de tempo muito curto.

 

8.1.6.1.2 - PIFS

 

Um espaçamento PIFS tem mais prioridade que um DIFS e menos prioridade que um SIFS. É usado por pontos de acesso somente quando a rede está em função de coordenação pontual, o qual pode ser configurado manualmente. PIFS tem uma duração menor que o DIFS de modo que o ponto de acesso sempre terá o controle do meio antes que qualquer estação possa fazê-lo, já que as estações operam no modo DCF.

 

8.1.6.1.3 – DIFS

 

DIFS é o espaçamento de maior duração dos três tipos e é usado por padrão em todas as estações 802.11 que estão usando o modo DCF. Cada estação em uma rede usando o modo DCF tem que esperar o DIFS expirar para poder se apoderar do meio. Todas as estações usando esse modo usam o DIFS para transmitir frames de dados e frames de gerenciamento. Ao término do DIFS ao invés de todas as estações assumirem que o meio está disponível e começarem a transmitir simultaneamente; o que certamente causaria colisões; cada estação usa um algoritmo que determina quando tempo ela deve esperar antes de começar a transmitir dados.

 

O período de tempo imediatamente seguinte ao DIFS é referenciado como período de contenção. É durante esse período que as estações usam o algoritmo. Para determinar o tempo de espera, a estação escolhe um número aleatório e multiplica por seu tempo de slot. A estação decrementa de um esse tempo de slot, e verifica após esse decremento se o meio está ocupado. Uma vez que esse tempo de espera aleatório expire antes que a estação possa verificar a disponibilidade do meio, a transmissão tem inicio.

 

Uma vez que a primeira estação começou a transmissão, todas as outras estações sentem que o meio está ocupado e se lembram da quantidade restante do seu tempo de espera, Esse tempo restante é usado na determinação do próximo tempo de espera durante o próximo período de contenção.

 

Uma vez que a estação transmissora envia seus dados, ela recebe um ACK da estação receptora. O processo inteiro então se repete.

 

O fato de muitas estações escolherem números aleatórios para determinar o tempo de espera, elimina muitas colisões. Embora seja importante lembrar que colisões podem ocorrer em uma WLAN e que elas não são diretamente detectadas. Assume-se que ocorreu uma colisão quando um ACK não é recebido.

 

8.1.6.1.4 – Tempos de Slot

 

Tempos de slot é o período de tempo padrão de uma WLAN. São pré-programados no radio da mesma forma que o SIFS, DIFS, PIFS. Um nó wireless se baseia nos tempos de slots da mesma forma que o relógio se baseia nos segundos. Os tempos de slot são determinados pela tecnologia sendo utilizada.

 

» FHSS = 50 uS

 

» DSSS = 20 uS

 

» Infravermelho = 8 uS

 

Tendo por base a tabela anterior, observe ainda o seguinte:

 

PIFS = SIFS + 1 tempo de slot

 

DIFS = PIFS + 1 tempo de slot

 

Comparando as tecnologias, observe que o tempo de slot do FHSS é maior que o DSSS. Quanto maior for o tempo de slot, maior será o overhead e conseqüentemente menor será o throughput.

 

8.1.6.2 – O processo de comunicação

 

Conforme dito anteriormente um ponto de acesso sempre terá acesso ao meio antes que qualquer estação possa faze-lo. Isso se deve ao fato de que um ponto de acesso usa processos PIFS que tem prioridade sobre processos DIFS que é aquele utilizado pelas estações. Porém existe uma exceção, um superframe. Um superframe consiste de três partes:

 

» Beacon

 

» Período livre de contenção (CFP)

 

» Período de contenção (CP)

 

A figura 114 mostra o diagrama de um superframe. O propósito de um superframe é permitir a co-existência pacifica entre os modos clientes DCF e PCF na rede, ao mesmo tempo permitindo QoS para alguns e não permitindo para outros.

 

Figura 114 – Diagrama de um superframe

 

Um superframe somente ocorre nas seguintes situações.

 

» A rede está no modo função de coordenação pontual.

 

» O ponto de acesso foi configurado para fazer polling.

 

» Os clientes foram configurados para responder ao polling do ponto de acesso.

 

Logo se nós assumirmos que o ponto de acesso foi configurado para o polling e as estações configuradas para responder a esse polling, o processo se dá da seguinte forma:

 

» O ponto de acesso divulga um beacon.

 

» Durante o período livre de contenção (CFP), o ponto de acesso pergunta a cada estação se alguma delas deseja transmitir dados.

 

» Se a estação necessita enviar dados, ela envia ao ponto de acesso uma resposta positiva. Caso contrário a estação envia um frame nulo ao ponto de acesso indicando uma resposta negativa.

 

» O polling continua durante todo o período do CFP.

 

» Uma vez que o CFP termina e tem inicio o CP (período de contenção), o ponto de acesso não pode mais enviar frames de polling para as estações. Durante o período de contenção as estações que usam o modo DCF tentam se apoderar do meio e o ponto de acesso usa o modo DCF.

 

» O superframe termina com o final do CP e um outro começa com o CFP seguinte.

 

Pense no CFP como uma política de acesso controlado e no CP, como uma política de acesso aleatório. Durante o CFP o ponto de acesso está no controle de todas as funções da rede, determinando quem terá acesso ao meio, enquanto que durante o CP, são as estações que tentam ganhar o acesso ao meio de forma aleatória, competindo entre si. O ponto de acesso que usa o modo PCF não tem que esperar o DIFS expirar, ao invés ele se baseia no PIFS que tem tempo de duração mais curto, e com isso ele consegue ter acesso ao meio antes que qualquer estação usando o modo DCF. Durante o CFP, o ponto de acesso se apodera do meio e começa a enviar frames de polling, as estações sentem que o meio está ocupado e que devem esperar para transmitir. Com o fim do CFP e inicio do CP no qual todas as estações usam o  modo DCF, há uma competição para se apoderar do meio e fazer a transmissão. O ponto de acesso chaveia então para o modo DCF.

 

Figura 115 – Processo ilustrando os modos DCF e PCF

 

O processo e bem mais simples em casos em que todas as estações estão operando no modo DCF, já que não há superframes. Esse é o caso de uma rede ad-hoc ou uma rede em que o ponto de acesso está configurado somente para o modo DCF. Eis como se dá o processo:

 

» Estações esperam o DIFS expirar

 

» Durante o CP que se segue imediamente ao DIFS, estações calculam seus tempos de espera baseados em um número aleatório multiplicado pelo tempo de slot.

 

» Estações decrementam esse tempo, checando se o meio está livre no final de cada tempo de slot. A estação com o menor tempo tem prioridade no acesso ao meio.

 

» A estação envia seus dados.

 

» A estação destino recebe os dados e espera o SIFS expirar para mandar um ACK confirmando a recepção dos mesmos.

 

» A estação origem recebe o ACK e o processo se inicia com um novo DIFS.

 

Figura 116 – Linha de tempo do modo DCF.