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Feb 17, 2007, 5:46:58 PM (19 years ago)

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soujak

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Partizionamento di wiki:Protocollo (6/9)

IEEE802.11/SpecificheDelLivelloPHY

@@ +1 @@
+[[PageOutline(1-6)]]
+= IEEE 802.11 - Specifiche del livello PHY =
+
+== FHSS ==
+
+,,20061104-1743 gnappo,, [[BR]]
+FHSS (Frequency Hopping Spread Spectrum) e' una specifica del livello PHY,
+presente nella prima versione dello standard. L'obiettivo primo da perseguire,
+come gia'  chiarito nei paragrafi precedenti, e' l'indipendenza del livello MAC
+dal livello PHY. E' per questo motivo che, nel documento, vengono ratificate
+adeguate funzioni di convergenza al mezzo trasmissivo oltre alle usuali funzioni
+dipendenti dal medium. [[BR]]
+La caratteristica saliente di questa specifica e' rappresentata dal fatto che
+la trasmissione non avviene sempre alla stessa frequenza (canale), ma si
+effettuano i cosiddetti ''hopping'', cioe' dei salti di frequenza pseudo-casuali
+(ovviamente dettati da uno specifico algoritmo). In questo modo si massimizza il
+throughput della rete e si minimizzano le interferenze. [[BR]]
+Per l'Europa, lo standard definisce il range delle frequenze operative da 2.400
+GHz a 2.4835 GHz per un totale di 79 canali differenti. [[BR]]
+I data-rate supportati sono:
+ * 1 Mbit/s: utilizzando la modulazione GFSK
+ * 2 Mbit/s: utilizzando la modulazione 4GFSK. L'header PLCP viene comunque
+   trasmesso ad 1 Mbit/s. [[BR]]
+E' importante sottolineare come la sequenza di salto dei canali sia in realta' 
+dettata dal livello MAC: ogni beacon e ogni frame ''Probe Response'' contengono
+le informazioni necessarie per la sincronizzazione e per la determinazione del
+pattern di ''hopping''.
+
+Alcune informazioni sulle tempistiche riguardanti i canali:
+ * 224''u''s e' il tempo massimo concesso per switch su canale;
+ * 400ms e' il tempo massimo di permanenza sul canale;
+ * 19ms e' il tempo consigliato di permanenza sul canale.
+
+== OFDM ==
+
+,,20061028 gnappo,, [[BR]]
+OFDM (Ortogonal Division Frequency Multiplexing) viene introdotto con la
+revisione a dello standard 802.11. I data-rate forniti sono: 6, 9, 12, 18,
+24, 36, 48 e 54 Mbit/s. Solamente i 6, 12 e 24 Mbit/s sono, tuttavia,
+obbligatori.
+La banda di frequenze nella quale OFDM opera e' quella dei 5 GHz.
+Essenzialmente con OFDM si tentano di inviare piu' ''stream'' di bit
+in parallelo. Lo spettro delle frequenze viene suddiviso in piu' sotto-canali,
+in
+ognuno dei quali viene impiegato uno schema di modulazione standard (e.g. fase)
+per la trasmissione. La scelta dei sotto-canali e' operata in modo tale da
+eliminare interferenze tra gli stessi (sono ortogonali l'uno all'altro).
+Rimane, comunque, uno standard poco utilizzato sia a causa delle sue
+incompatibilita'  (802.11b e 802.11g) sia per le caratteristiche operative (in
+molti paesi la banda dei 5Ghz e' tuttora riservata).
+
+== DSSS ==
+
+,,20061021 gnappo,, [[BR]]
+DSSS (Direct Sequence Spread Spectrum) e' un'altra specifica del livello fisico
+che permette di raggiungere in linea teorica un capacita'  trasmissiva pari a
+11Mbit/s (802.11b). Attraverso opportune tecniche e' possibile fornire
+''bitrate'' inferiori (in tal modo si ottiene compatibilita' all'indietro).
+Come descritto precedentemente, anche in questa occasione avremo opportune 
+funzioni di convergenza atte a garantire l'indipendenza di MAC rispetto alla 
+specifica implementazione di PHY. [[BR]]
+Il PPDU e', naturalmente, differente rispetto a quello definito per FHSS (nel 
+seguito troverete qualche dettaglio). Interessante osservare che il preambolo e
+l'header del frame sono trasmessi, diversamente dal resto, ad un 1Mbit/s per
+assicurarsi che l'interlocutore capisca effettivamente questa parte essenziale
+della comunicazione. L'effettivo invio del ''payload'' (MPDU) potra'  essere
+compiuto con modulazioni diverse opportunamente specificate nell' ''header''
+(campo SIGNAL).
+
+=== Algoritmo di trasmissione ===
+
+,,20061021 gnappo,, [[BR]]
+Per trasmettere i dati, PHY-TXSTART.request dev'essere abilitata per portare PHY
+nello stato di trasmettitore (precedentemente su ricevitore). Il canale su cui
+trasmettere e' regolato via PLME. Se il canale risulta libero (PHY-CCA.indicate)
+allora MAC puo' procedere all'effettivo invio invocando la primitiva
+PHY-TXSTART.request (PHY-SAP) passando i parametri necessari (DATARATE,
+TX_ANTENNA, TXPWR_LEVEL). Una volta terminato l'invio del preambolo, attraverso
+una serie di chiamate PHY-DATA.request(DATA) verrano scambiati i dati tra MAC e
+PHY. Al termine della trasmissione l'entita'  fisica ritornera'  allo stato di
+ricevitore.
+
+=== Algoritmo di ricezione ===
+
+,,20061021 gnappo,, [[BR]]
+Per quanto riguarda la ricezione, e' necessario che l'entita' fisica sia nello
+stato di ricevitore (quindi PHY-TXSTART disabilitato). Attraverso la PLME e'
+possibile scegliere il canale su cui ascoltare ed il metodo di CCA (''Clear
+Channel Assessment''). Altri parametri (come per la trasmissione) sono passati
+attraverso PHY-SAP.
+Non appena il dispositivo ha rilevato attivita' sul canale sul quale e' in
+ascolto, PHY invoca la primitiva PHY-CCA.indicate con la quale informa MAC che
+il canale e' BUSY. Dopodiche' PHY va alla ricerca di un delimitatore di inizio
+frame e procede alla lettura dell'header. Se la lettura va a buon fine (i.e.
+formato riconosciuto, niente errori su CRC) allora viene chiamata la primitiva
+PHY-RXSTART.indicate per mettere a conoscenza di MAC di informazioni contenute
+nell'header (i.e. campo SIGNAL, lunghezza del MPDU, RX_ANTENNA, RSSI, SQ,
+campo SERVICE). I dati successivamente ricevuti saranno assemblati e
+presentati a MAC attraverso la primitiva PHY-DATA.indicate(DATA). Al termine
+dell'intera ricezione lo stato del ricevitore ritornera' IDLE e sara'
+sollevata la primitiva PHY-RXEND.indicate(NoError). Se la ricezione non andasse
+a buon fine, PHY informerebbe MAC attraverso la primitiva PHY-RXEND.indicate
+della causa dell'errore (e.g. !CarrierLost).
+
+=== Note sulla modulazione ===
+
+,,20061106-1100 gnappo,, [[BR]]
+Il segnale da trasmettere viene convertito da flusso di bit in flusso di
+simboli, dove ogni simbolo rappresenta una stringa di bit (la cui lunghezza
+dipende dalle particolari tecniche di codifica). Tale flusso, verra'  poi
+combinato con una sequenza di bit ''Pseudo-noise'' detta ''chip sequence'',
+con frequenza maggiore rispetto a quella del segnale. In uscita, quindi, avremo
+un segnale che sara'  diffuso su una banda di frequenze piu' larga. [[BR]]
+Il ricevitore, utilizzando la stessa ''chip sequence'', sara'  in grado di
+ricostruire il segnale originale. [[BR]]
+La banda a 2.4 GHz e' suddivisa in 14 canali ciascuno dei quali occupa 22 MHz.
+
+=== Note ===
+Per quanto riguarda questioni di tempistiche ed altre informazioni dettagliate
+(MIB attributes) rimando alle specifiche ieee, capitolo 15.
+
+== HR/DSSS (802.11b/802.11g) ==
+
+,,20061022-2130 Zeratul,, [[BR]]
+High Rate Direct Sequence Spread Spectrum (HR/DSSS) e' l'evoluzione della
+"semplice" DSSS che consente di portare la bandwith massima a 5.5 o 11 Mbps
+(nell'802.11g si arrivera'  anche a circa 54 Mbps).
+Gli header e preamboli PLCP sono gli stessi della DSSS, in questo modo e'
+possibile la coesistenza di entrambe le modulazioni in una stessa connessione.
+[[BR]]
+
+Le sostanziali differenze con il suo predecessore sono molteplici:
+ 1. si sono riuniti i [http://en.wikipedia.org/wiki/Chip_rate "chips"] 
+    in gruppi da 8 formando cosi chiavi a codice complementario 
+    (''8-chip complementary code keying'' a.k.a. CCK) che vengono spediti alla
+    stessa frequenza del DSSS (11 MHz), ottimizzando cosi l'uso della banda del
+    canale;
+ 2. sono state aggiunte delle funzionalita' opzionali per aumentare il
+    bandwith, che sono utilizzabili solo se l'hardware e' abbastanza recente
+    da supportarle. [[BR]]
+    Le funzionalita' sono le seguenti:
+    * sostituzione del CCK con il ''packet binary convolutional coding''
+      (HR/DSSS/PBCC);
+    * HR/DSSS/short, ovvero possibilita'  di ridurre il preambolo PLCP
+      per aumentare significantemente il transfer data rate, limitando cosi
+      pero' la possibilita'  di coesistenza con il DSSS a sole alcune
+      particolari circostanze;
+    * inserimento del ''Channel Agility'', ovvero una particolare
+      implementazione che consente di superare diversi problemi dovuti
+      all'assegnamento di un canale statico, senza dover aggiungere alla totale
+      implementazione il costo di questa funzionalita'.
+
+Purtroppo l'IEEE non ha concesso le specifiche inerenti all'evoluzione della
+modulazione nella versione 802.11g, quindi non ci e' concesso sapere i
+miglioramenti che hanno portato poi il protocollo a supportare velocita'  di
+circa 54 Mbps.[[BR]]
+Parlandone con il Dott. Bononi, si e' arrivati ad ipotizzare che lo sviluppo
+sempre piu' veloce della tecnologia abbia portato ad un'alta precisione e
+sensibilita'  di ricezione/trasmissione che abbia sua volta portato ad
+un'aumento dei simboli (in modulazione un simbolo e' un particolare segnale che
+identifica una serie di bit) e ad una diminuzione dei bit adibiti al controllo
+di errori, cosi aumentandone di molto il bit rate potenziale.[[BR]]
+Rimaniamo comunque nella ricerca di specifiche piu' recentemente rilasciate,
+lasciando quest'ultima parte di paragrafo come "prossima ad essere aggiornata".