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5.4 Control de acceso al medio (MAC: Medium Access Control)

El sistema de control de acceso al medio (N2 capa MAC) de IEEE 802.11 es la pila de protocolos DFWMAC (Distributed Foundation Wireless Medium Access Control), aunque este nombre es poco utilizado en la literatura al respecto. La base de DFWMAC es una técnica de coordinación distribuida llamada DCF (Distributed Coordination Function), obligatoria en el estándar 802.11.

IEEE 802.11 también define una técnica de coordinación centralizada llamada PCF (Point Coordinated Function) que solo está disponible en modo infraestructura. Esta técnica es opcional y además no se exige para los certificados de la alianza Wi-Fi, por lo que muy pocos aparatos lo implementan.

5.4.1 PCF (Point Coordinated Function)

PCF alterna dos periodos de tiempo: periodos con conflictos (CP: Contention Period) y periodos libres de conflictos (CFP: Contention Free Period). Durante los CP las estaciones simplemente utilizan DCF. Durante los CFP el punto de coordinación (el AP) controla qué estación puede transmitir en cada momento de manera síncrona³⁷ con un algoritmo Round-Robin. Esta coordinación centralizada permite ciertas gestiones de QoS, por ejemplo para conexiones sensibles al tiempo, como emisiones de vídeo, y se puede utilizar para minimizar el problema de los nodos ocultos (si ningún nodo queda oculto al controlador). El principal inconveniente que se le achaca es que no define clases de tráfico.

IEEE 802.11e define una nueva función de coordinación HCF (Hybrid Coordination Function) con el objetivo de incorporar garantías QoS y permitir aplicaciones de tiempo real.

5.4.2 DCF (Distributed Coordination Function)

DCF utiliza un algoritmo CSMA/CA (Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance) con intercambio RTS/CTS opcional y acuse explícito de recibo. Usa comunicación asíncrona³⁸ entre estaciones.

La idea base de CSMA es que una estación que desea transmitir en un medio compartido primero escucha el canal para verificar si tiene actividad. En caso de que el canal esté libre la estación comienza a emitir inmediatamente.

Ethernet que utiliza CSMA/CD espera a que el canal quede libre (más la pausa requerida) y comienza a emitir. En caso de que otra estación estuviese también esperando para emitir se produce una colisión. Las estaciones emisoras detectan la colisión y esperan un tiempo aleatorio antes de volver a intentarlo.

Sin embargo dado que el rango dinámico de señales es muy amplio las NIC inalámbricas no son capaces detectar colisiones, por lo que no se puede usar CSMA/CD. En vez de ello se utiliza CSMA/CA.

CSMA/CA hace varias cosas:

• verifica si el medio está libre u ocupado (CSMA);
• cuando la línea está ocupada espera un tiempo aleatorio antes de volver a intentar enviar (CSMA);

• incluye un mecanismo opcional de intercambio RTS/CTS antes de emitir el mensaje (CA);
• incluye un mecanismo de acuse explícito de recibo a nivel de MAC (CA);

Es decir, cuando una estación inalámbrica desea transmitir primero verifica que el canal está libre durante un tiempo predeterminado. Si está libre comienza a emitir inmediatamente y si está ocupado espera primero a que quede libre y después un tiempo aleatorio antes de volver a verificarlo (CSMA).

Una vez la estación puede emitir utiliza un intercambio RTS/CTS (éste intercambio no se utiliza para mensajes muy cortos en que la sobrecarga no vale la pena). Para este intercambio primero envía una trama corta de control de solicitud de transmisión RTS (Request To Send) indicando a las demás estaciones que no transmitan. Esta trama además especifica las estaciones origen y destino de la comunicación y el tamaño de la trama que se desea transmitir. Si la estación destinataria recibe correctamente esta señal devuelve una trama indicando que está ocupado -comunicándose con un nodo oculto- (RxBUSY) o una trama indicando que todo está preparado para la emisión (CTS: Clear To Send) y el tamaño de trama que va a recibir.

Si una estación recibe el mensaje RTS pero no la respuesta (CTS o RxBUSY) sabe que es un nodo expuesto y que puede comunicarse con otro nodo a la vez.

Si una estación no ha recibido un RTS pero recibe un CTS sabe que es un nodo oculto y que debe esperar y además sabe cuánto tiempo debe hacerlo porque conoce el tamaño de trama que se va a enviar.

Tras emitir el mensaje, la estación emisora espera a una respuesta del destinatario indicando una recepción correcta (``ACK'') o incorrecta (``NACK''). En el segundo caso -o si no recibe respuesta- el emisor volverá a emitir el mensaje, existiendo un límite para el número de posibles reenvíos.

Sus principales inconvenientes son:

• Si muchas estaciones pretenden comunicar a la vez, ocurrirán muchas colisiones que disminuirán el ancho de banda disponible.
• No hay prioridades o clases de tráfico ni garantías de QoS.
• Cuando una estación gana el medio puede secuestrarlo. Por ejemplo una estación que transmita a 1Mb/s puede tardar mucho tiempo en enviar un paquete, perjudicando al resto de estaciones.
• Para poder garantizar la usabilidad del canal ha de sacrificar un porcentaje significativo de la capacidad incrementando el volumen de tráfico -con tráfico de control-.

Notas al pie

...'incrona³⁷

Las comunicaciones síncronas utilizan ventanas de tiempo en las que se puede transmitir, y obligan a que las estaciones se mantengan sincronizadas para utilizar las mismas ventanas de tiempo (de manera centralizada o distribuida).

...'incrona³⁸

Las comunicaciones asíncronas utilizan ventanas variables y no sincronizadas de tiempo.

 

2009-05 Güimi (http://guimi.net)
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