IEEE 802.11 - Gestione del livello MAC
Uno degli aspetti piu' importanti, per quanto riguarda la connessione di piu' STA ad una rete wireless, e' sicuramente il meccanismo di sincronizzazione fra di esse, indispensabile per permettere la comunicazione all'interno della rete. A tal fine, ogni nodo possiede la funzione di sincronizzazione (Timing Synchronization Function TSF), basata su un orologio interno in microsecondi (con valori espressi modulo 264). Questa funzione e' presente sia nei BSS a infrastruttura che nei IBSS ma avviene in maniere differenti.
In un BSS ad infrastruttura la sincronizzazione viene gestita dall'AP, che inizializza un orologio TSF, comunicandone il valore ad ogni nodo della rete attraverso i beacon. Ogni STA che riceve il beacon deve sincronizzare il proprio orologio con il valore ricevuto.
In un IBSS, invece, ogni nodo partecipa alla sincronizzazione mediante l'utilizzo di un algoritmo distribuito che si fonda parimenti sullo scambio reciproco di beacon. Ogni STA decide autonomamente se regolare il proprio orologio al valore ricevuto o se ignorarlo (quando il timestamp e' meno recente del proprio). Il beacon interval? e' fissato nel momento della creazione della rete, dalla STA che la inizializza.
Ogni STA, indipendentemente dalle distinzioni fatte fin ora, si aspetta di
ricevere beacon ad intervalli regolari (di lunghezza definita dal parametro
aBeaconPeriod). Un nodo che voglia inviare un beacon dovra' calcolare
il valore del timestamp senza trascurare le latenze dovute alle procedure
trasmissive, sommando il valore dell'orologio TSF (rilevato nel momento
dell'inoltro a PHY del primo bit del timestamp) con il tempo di ritardo
introdotto dal passaggio dall'interfaccia MAC-PHY al livello fisico (i.e.
l'antenna).
Acquisizione della sincronizzazione mediante scansione
Ogni stazione, per sincronizzarsi con un BSS, ha a disposizione due modalita' di scansione: la modalita' passiva e la modalita' attiva.
In modalita' di scansione passiva la stazione ascolta progressivamente ogni canale, aspettando di ricevere dei beacon nei quali il valore SSID sia uguale a quello dell'ESS di cui vuole entrare a fare parte. Dopodiche' la stazione (attraverso opportune funzioni) entra a far parte di quel BSS, acquisendone tutti i parametri: timer di sincronizzazione, parametri di PHY, BSSID, parametri di trasmissione dei beacon.
La modalita' di scansione attiva invece si basa sullo scambio di frame di tipo probe request e probe response. La STA che voglia entrare a far parte di un BSS, inviera' un frame di richiesta (probe request) richiedendo esplicitamente le informazioni desiderate. Si sincronizzera' non appena ricevera' il corrispondente frame di risposta (probe response).
Associazione e riassociazione di una stazione con un AP
La procedura utilizzata per gestire il processo di associazione e riassociazione consta, come e' facile intuire, di un dialogo fra la STA che desideri effettuare l'operazione e l'AP che offre il relativo servizio. Tale conversazione puo' essere descritta attraverso la sequenza di invocazioni delle funzioni relative al SAP delle entita' di gestione (le SME) delle sue STA coinvolte.
- Dapprima la SME della STA richiede l'invio di una richiesta di associazione
(risp. riassociazione) all'AP scelto, tramite la primitiva
MLME-ASSOCIATE.request(MLME-REASSOCIATE.request). - Una volta che l'AP riceve la richiesta di associazione (riassociazione) risponde con una conferma d'associazione contenente il relativo ID se la STA e' autenticata, oppure con una notifica di deautenticazione.
- Una volta che il livello MAC della STA riceve la risposta alla richiesta di
associazione (riassociazione) dell'AP in questione notifica l'esito alla
SME tramite la
MLME-ASSOCIATE.confirm(MLME-REASSOCIATE.confirm), contenente l'eventuale ragione del fallimento. - L'AP provvedera' poi ad informare il DS dell'avvenuta associazione
(riassociazione), invocando la
MLME-ASSOCIATE.indication(MLME-REASSOCIATE.indication).
Gestione energetica
Lo standard prevede la possibilita' di utilizzare l'hardware in maniera efficiente rispetto ai consumi energetici, dal momento che non e' affatto infrequente l'uso di dispositivi portatili alimentati a batteria. Il principio di base su cui fonda e' di limitare la potenza dissipata nei momenti in cui essa non sia necessaria.
Una STA e' tenuta ad effettuare il cambio del proprio stato di gestione energetica (power management) informando preventivamente ogni potenziale trasmettitore (ad esempio l'AP di una BSS ad infrastruttura). I potenziali trasmettitori, dal canto loro, devono tener traccia di tutte le stazioni che operano in modalita' di risparmio energetico, poiche' la trasmissione dei dati verso questo insieme di STA deve avvenire in maniera differente rispetto alla consuetudine.
Infatti una STA in modalita' di risparmio energetico puo' alternare il proprio stato fra:
- veglia (awake) la stazione lavora a piena potenza e puo' ricevere frame in qualsiasi momento; e' detta anche modalita' attiva;
- riposo (doze) la stazione lavora in risparmio energetico e riceve frame attraverso il meccanismo che sara' descritto a breve.
Naturalmente le stazioni possono passare da uno stato all'altro, a seconda delle loro necessita', ma sono tenute ad informare adeguatamente i potenziali trasmettitori durante un generico scambio di frame. Il campo power management indica appunto lo stato corrente della STA trasmittente.
Le STA che intendano comunicare con una STA in stato di riposo sono pertanto tenute a accumulare i dati ad essa diretti procrastinandone l'invio fino al successivo risveglio.
Gestione energetica in un BSS ad infrastruttura
Le stazioni in modalita' di gestione energetica che non abbiano dati da inviare cercano di limitare lo stato di veglia solo nei momenti di effettiva ricezione di dati. Lo stato di veglia minimo coincidera' con i momenti di trasmissione dei beacon da parte dell'AP, poiche' in tali frame e' contenuta la TIM (Traffic Indication Map), contenente gli AID delle STA per le quali esso possiede frame in attesa di consegna.
Una STA appena riattivatasi che trovera' il proprio AID (association ID) nella TIM richiedera' esplicitamente l'invio dei frame a lei diretti inviando all'AP il frame PS-poll. L'AP potra' quindi procedere alla trasmissione desiderata oppure ritardarla ulteriormente.
I TIM sono differenziati a seconda del tipo di trasmissione in attesa: unicast oppure multicast/broadcast. I primi vengono definiti propriamente TIM e sono presenti in ogni beacon; i secondi sono denominati DTIM (Delivery Traffic Indication Message) e vengono inviati ad intervalli regolari (i DTIMPeriod) multipli del beacon interval. Ad esempio, un valore del DTIMPeriod pari a tre indichera' che ogni tre beacon, esso conterra' il DTIM. Il DTIM, dal momento che riguarda trasmissioni multicast o broadcast non necessita del PS-poll da parte delle stazioni interessate: l'AP e' tenuto ad inviare i frame in attesa subito dopo il beacon in questione.
Gestione energetica in un BSS indipendente
In un IBSS le stazioni devono essere tutte sincronizzate al fine di poter trasmettere i dati secondo una strategia similare a quella vista per i BSS ad infrastruttura. I dati da inviare vengono conservati e, una volta pronti per essere spediti ad una stazione in power save, si spedisce un messaggio di annuncio, chiamato ATIM (Ad-hoc TIM), all'interno del beacon.
Tali annunci possono aver bisogno, a causa della natura distribuita della rete, di tempi piu' lunghi rispetto a reti centralizzate. Viene quindi definita una finestra temporale, denominata ATIM window dedicata allo scambio di ATIM. Com'e' facile intuire le STA in modalita' di gestione energetica sono tenute a rimanere sveglie durante quel lasso di tempo. I frame ATIM seguono le stesse regole del coordinamento distribuito, richiedendo quindi conferma di ricezione tramite l'usuale ACK, con l'eccezione per trasmissioni multicast o broadcast. L'effettiva trasmissione dei dati in attesa potra' avvenire soltanto dopo la ricezione di tale ACK; la stazione destinataria avra' la possibilita' di tornare in modalita' di risparmio energetico ad avvenuta ricezione dei frame attesi.
