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soujak
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  • IEEE802.11/SpecificheDelLivelloPHY

    v1 v2  
    1 [[PageOutline(1-6)]]
     1,,(inrevisione),,
     2[[PageOutline]]
     3
    24= IEEE 802.11 - Specifiche del livello PHY =
     5
     6== Procedure comuni ==
     7
     8=== Procedura di trasmissione ===
     9
     10Per trasmettere i dati, `PHY-TXSTART.request` dev'essere abilitata per portare
     11PHY allo stato di trasmettitore. A tal fine, e' inizialmente necessaria la
     12scelta del canale su cui trasmettere (effettuata tramite PLME); non appena esso
     13risulti libero (quando, cioe', `PHY-CCA.indicate` segnali ''idle'') MAC potra'
     14dare inizio alla fase di trasmissione invocando la primitiva
     15`PHY-TXSTART.request` con il necessario parametro `TXVECTOR` (contenente
     16`DATARATE`, `TX_ANTENNA`, `TXPWR_LEVEL`). Una volta terminato l'invio del
     17preambolo, attraverso una serie di chiamate `PHY-DATA.request(DATA)` iniziera'
     18lo scambio di ottetti di dati tra i livelli MAC e PHY. Al termine della
     19trasmissione l'entita' fisica invochera' `PHY-TXEND.confirm`, segnalando
     20eventuali errori al livello MAC e ritornando poi autonomanente allo stato di
     21ricevitore.
     22
     23=== Procedura ricezione ===
     24
     25Affinche' abbia inizio la ricezione di un ''frame'', e' necessario che l'entita'
     26fisica sia nello stato di ricevitore. Attraverso la PLME e' possibile scegliere
     27sia il canale su cui ascoltare sia il metodo di ''carrier-sense'' da utilizzare.
     28Altri parametri (come accade per la trasmissione) sono passati sfuttando il
     29PHY-SAP.
     30
     31Non appena il dispositivo ha rilevato attivita' sul canale su cui e' in ascolto,
     32viene invocata la primitiva `PHY-CCA.indicate` informando MAC dello stato del
     33canale. Dopodiche' si ricerca un delimitatore di inizio ''frame'' (''Start Frame
     34Delimiter'' o SFD) e si procede poi alla lettura dell' ''header''. Se
     35quest'ultima fase va a buon fine, poiche' le informazioni ricevute sono
     36intellegibili e prive di errori rilevati con CRC, allora viene sollevata la
     37primitiva `PHY-RXSTART.indicate` per indicare al livello superiore che sta
     38avendo luogo la ricezione di un ''frame''. I dati successivamente ricevuti
     39saranno assemblati e presentati a MAC attraverso la primitiva
     40`PHY-DATA.indicate(DATA)`.
     41
     42Anche in questo caso, al termine dell'intera operazione verra' invocata la
     43primitiva `PHY-RXEND.indicate` indicante eventuali errori occorsi in fase di
     44ricezione ed il dispositivo tornera' in uno stato di ricevitore passivo.
    345
    446== FHSS ==
    547
    6 ,,20061104-1743 gnappo,, [[BR]]
    7 FHSS (Frequency Hopping Spread Spectrum) e' una specifica del livello PHY,
     48FHSS (''Frequency Hopping Spread Spectrum'') e' una specifica del livello PHY,
    849presente nella prima versione dello standard. L'obiettivo primo da perseguire,
    950come gia'  chiarito nei paragrafi precedenti, e' l'indipendenza del livello MAC
    1051dal livello PHY. E' per questo motivo che, nel documento, vengono ratificate
    1152adeguate funzioni di convergenza al mezzo trasmissivo oltre alle usuali funzioni
    12 dipendenti dal medium. [[BR]]
     53dipendenti dal dispositivo.
     54
    1355La caratteristica saliente di questa specifica e' rappresentata dal fatto che
    1456la trasmissione non avviene sempre alla stessa frequenza (canale), ma si
    15 effettuano i cosiddetti ''hopping'', cioe' dei salti di frequenza pseudo-casuali
    16 (ovviamente dettati da uno specifico algoritmo). In questo modo si massimizza il
    17 throughput della rete e si minimizzano le interferenze. [[BR]]
    18 Per l'Europa, lo standard definisce il range delle frequenze operative da 2.400
    19 GHz a 2.4835 GHz per un totale di 79 canali differenti. [[BR]]
    20 I data-rate supportati sono:
    21  * 1 Mbit/s: utilizzando la modulazione GFSK
    22  * 2 Mbit/s: utilizzando la modulazione 4GFSK. L'header PLCP viene comunque
    23    trasmesso ad 1 Mbit/s. [[BR]]
     57effettuano i cosiddetti ''hopping'', cioe' salti di frequenza pseudo-casuali. In
     58questo modo si massimizza il ''throughput'' della rete, si minimizzano le
     59interferenze e si migliora la confidenzialita' delle trasmissioni (l'azione di
     60''sniffing'' e' meno praticabile). [[BR]]
    2461E' importante sottolineare come la sequenza di salto dei canali sia in realta'
    25 dettata dal livello MAC: ogni beacon e ogni frame ''Probe Response'' contengono
    26 le informazioni necessarie per la sincronizzazione e per la determinazione del
    27 pattern di ''hopping''.
     62dettata dal livello MAC (sia in un BSS che in un IBSS): ogni ''frame'' di tipo
     63''beacon'' o ''probe response'' contiene le informazioni necessarie per la
     64sincronizzazione e per la determinazione del ''pattern'' di ''hopping''.
     65
     66Per l'Europa, lo standard definisce il ''range'' delle frequenze operative da
     672.400 GHz a 2.4835 GHz per un totale di 79 canali differenti. [[BR]]
     68I ''data-rate'' supportati sono:
     69 * 1 Mbit/s: con modulazione GFSK (''Gaussian frequency shift keying'')
     70 * 2 Mbit/s: con modulazione 4GFSK.
     71Si noti che per l' ''header'' PLCP viene comunque trasmesso ad 1 Mbit/s.
    2872
    2973Alcune informazioni sulle tempistiche riguardanti i canali:
    30  * 224''u''s e' il tempo massimo concesso per switch su canale;
     74 * 224''u''s e' il tempo massimo concesso per cambiare canale;
    3175 * 400ms e' il tempo massimo di permanenza sul canale;
    3276 * 19ms e' il tempo consigliato di permanenza sul canale.
    … …  
    3478== OFDM ==
    3579
    36 ,,20061028 gnappo,, [[BR]]
    37 OFDM (Ortogonal Division Frequency Multiplexing) viene introdotto con la
    38 revisione a dello standard 802.11. I data-rate forniti sono: 6, 9, 12, 18,
    39 24, 36, 48 e 54 Mbit/s. Solamente i 6, 12 e 24 Mbit/s sono, tuttavia,
    40 obbligatori.
    41 La banda di frequenze nella quale OFDM opera e' quella dei 5 GHz.
    42 Essenzialmente con OFDM si tentano di inviare piu' ''stream'' di bit
    43 in parallelo. Lo spettro delle frequenze viene suddiviso in piu' sotto-canali,
    44 in
    45 ognuno dei quali viene impiegato uno schema di modulazione standard (e.g. fase)
    46 per la trasmissione. La scelta dei sotto-canali e' operata in modo tale da
    47 eliminare interferenze tra gli stessi (sono ortogonali l'uno all'altro).
    48 Rimane, comunque, uno standard poco utilizzato sia a causa delle sue
    49 incompatibilita'  (802.11b e 802.11g) sia per le caratteristiche operative (in
    50 molti paesi la banda dei 5Ghz e' tuttora riservata).
     80OFDM (''Ortogonal Frequency-Division Multiplexing'') viene introdotto con la
     81revisione '''a''' dello standard IEEE 802.11. Benche' l'insieme dei tassi
     82trasmissivi stabiliti sia {6, 9, 12, 18, 24, 36, 48, 54} Mbit/s, solamente il
     83sottinsieme {6, 12, 24} Mbit/s e' obbligatorio. La banda di frequenze
     84utilizzata e' quella attorno ai 5 GHz.
     85
     86Essenzialmente questa tecnica prevede l'invio di ''stream'' di bit in parallelo
     87su differenti frequenze. Lo spettro viene quindi suddiviso in 52 sotto-canali,
     88sfruttando poi la modulazione BPSK/QPSK, QAM o 64-QAM. La scelta delle frequenze
     89dei sotto-canali e' operata in modo tale da eliminare interferenze tra gli
     90stessi (sono ortogonali l'uno all'altro).
     91
     92OFDM rimane, comunque, uno standard poco utilizzato sia a causa delle sue
     93incompatibilita' con i successivi documenti 802.11b e 802.11g, sia per le
     94caratteristiche operative, poiche' in molti Paesi la banda dei 5Ghz e' tuttora
     95riservata.
    5196
    5297== DSSS ==
    5398
    54 ,,20061021 gnappo,, [[BR]]
    55 DSSS (Direct Sequence Spread Spectrum) e' un'altra specifica del livello fisico
    56 che permette di raggiungere in linea teorica un capacita'  trasmissiva pari a
    57 11Mbit/s (802.11b). Attraverso opportune tecniche e' possibile fornire
    58 ''bitrate'' inferiori (in tal modo si ottiene compatibilita' all'indietro).
    59 Come descritto precedentemente, anche in questa occasione avremo opportune
    60 funzioni di convergenza atte a garantire l'indipendenza di MAC rispetto alla
    61 specifica implementazione di PHY. [[BR]]
    62 Il PPDU e', naturalmente, differente rispetto a quello definito per FHSS (nel
    63 seguito troverete qualche dettaglio). Interessante osservare che il preambolo e
    64 l'header del frame sono trasmessi, diversamente dal resto, ad un 1Mbit/s per
    65 assicurarsi che l'interlocutore capisca effettivamente questa parte essenziale
    66 della comunicazione. L'effettivo invio del ''payload'' (MPDU) potra'  essere
    67 compiuto con modulazioni diverse opportunamente specificate nell' ''header''
    68 (campo SIGNAL).
     99DSSS (''Direct Sequence Spread Spectrum'') e' un'altra specifica del livello
     100fisico presente gia' a partire dalla prima versione dello standard, e che
     101permette di raggiungere, in linea teorica, una velocita' trasmissiva pari a
     10211Mbit/s, dopo gli aggiornamenti presenti in 802.11b. Il preambolo e l'
     103''header'' del ''frame'' sono trasmessi sempre ad un ''data-rate'' di 1 Mbit/s
     104in modo tale che ogni STA (di tipo DSSS) sia in grado di comprenderlo.
     105L'effettivo invio del ''payload'' (rappresentato dalla MPDU) invece, potra'
     106essere compiuto utilizzando modulazioni diverse, opportunamente preannunciate
     107nell' ''header'' (campo SIGNAL).
    69108
    70 === Algoritmo di trasmissione ===
     109Questa tecnica prevede che ogni bit da trasmettere venga rimpiazzato da una
     110sequenza di lunghezza predefinita di ''chip'' (i.e. bit) per aumentare la
     111distanza fra rappresentazioni di informazioni differenti, al fine di ridurre le
     112interferenze. Conseguentemente, a parita' di ''data-rate'', la frequenza di
     113trasmissione dei chip cresce di un fattore pari alla lunghezza della sequenza
     114(come mostrato nella "figura" sottostante).
     115{{{
     116    0     :    1     :    0     : ...    ->   Informazioni originali
     117 10101010 : 00001111 : 10101010 : ...    ->   Informazioni "chippate"
     118}}}
    71119
    72 ,,20061021 gnappo,, [[BR]]
    73 Per trasmettere i dati, PHY-TXSTART.request dev'essere abilitata per portare PHY
    74 nello stato di trasmettitore (precedentemente su ricevitore). Il canale su cui
    75 trasmettere e' regolato via PLME. Se il canale risulta libero (PHY-CCA.indicate)
    76 allora MAC puo' procedere all'effettivo invio invocando la primitiva
    77 PHY-TXSTART.request (PHY-SAP) passando i parametri necessari (DATARATE,
    78 TX_ANTENNA, TXPWR_LEVEL). Una volta terminato l'invio del preambolo, attraverso
    79 una serie di chiamate PHY-DATA.request(DATA) verrano scambiati i dati tra MAC e
    80 PHY. Al termine della trasmissione l'entita'  fisica ritornera'  allo stato di
    81 ricevitore.
     120Il ricevitore, utilizzando la stessa sequenza di ''chip'', e' banalmente in
     121grado di ricostruire il flusso originale di informazione.
    82122
    83 === Algoritmo di ricezione ===
     123Lo standard stabilisce che le frequenze operative per DSSS siano quelle attorno
     124ai 2.4 GHz: 14 canali con ampiezza 22MHz.
    84125
    85 ,,20061021 gnappo,, [[BR]]
    86 Per quanto riguarda la ricezione, e' necessario che l'entita' fisica sia nello
    87 stato di ricevitore (quindi PHY-TXSTART disabilitato). Attraverso la PLME e'
    88 possibile scegliere il canale su cui ascoltare ed il metodo di CCA (''Clear
    89 Channel Assessment''). Altri parametri (come per la trasmissione) sono passati
    90 attraverso PHY-SAP.
    91 Non appena il dispositivo ha rilevato attivita' sul canale sul quale e' in
    92 ascolto, PHY invoca la primitiva PHY-CCA.indicate con la quale informa MAC che
    93 il canale e' BUSY. Dopodiche' PHY va alla ricerca di un delimitatore di inizio
    94 frame e procede alla lettura dell'header. Se la lettura va a buon fine (i.e.
    95 formato riconosciuto, niente errori su CRC) allora viene chiamata la primitiva
    96 PHY-RXSTART.indicate per mettere a conoscenza di MAC di informazioni contenute
    97 nell'header (i.e. campo SIGNAL, lunghezza del MPDU, RX_ANTENNA, RSSI, SQ,
    98 campo SERVICE). I dati successivamente ricevuti saranno assemblati e
    99 presentati a MAC attraverso la primitiva PHY-DATA.indicate(DATA). Al termine
    100 dell'intera ricezione lo stato del ricevitore ritornera' IDLE e sara'
    101 sollevata la primitiva PHY-RXEND.indicate(NoError). Se la ricezione non andasse
    102 a buon fine, PHY informerebbe MAC attraverso la primitiva PHY-RXEND.indicate
    103 della causa dell'errore (e.g. !CarrierLost).
    104 
    105 === Note sulla modulazione ===
    106 
    107 ,,20061106-1100 gnappo,, [[BR]]
    108 Il segnale da trasmettere viene convertito da flusso di bit in flusso di
    109 simboli, dove ogni simbolo rappresenta una stringa di bit (la cui lunghezza
    110 dipende dalle particolari tecniche di codifica). Tale flusso, verra'  poi
    111 combinato con una sequenza di bit ''Pseudo-noise'' detta ''chip sequence'',
    112 con frequenza maggiore rispetto a quella del segnale. In uscita, quindi, avremo
    113 un segnale che sara'  diffuso su una banda di frequenze piu' larga. [[BR]]
    114 Il ricevitore, utilizzando la stessa ''chip sequence'', sara'  in grado di
    115 ricostruire il segnale originale. [[BR]]
    116 La banda a 2.4 GHz e' suddivisa in 14 canali ciascuno dei quali occupa 22 MHz.
    117 
    118 === Note ===
    119 Per quanto riguarda questioni di tempistiche ed altre informazioni dettagliate
    120 (MIB attributes) rimando alle specifiche ieee, capitolo 15.
     126<segnalibrodirevisione>
    121127
    122128== HR/DSSS (802.11b/802.11g) ==
    123129
    124 ,,20061022-2130 Zeratul,, [[BR]]
    125130High Rate Direct Sequence Spread Spectrum (HR/DSSS) e' l'evoluzione della
    126131"semplice" DSSS che consente di portare la bandwith massima a 5.5 o 11 Mbps