Эндрю Уэзеролл - Компьютерные сети. 5-е издание

Мы уже говорили выше, что обычно беспроводные системы не имеют возможности распознавать коллизии в тот момент, когда они происходят. Принимаемый сигнал на станции может быть очень слабым, возможно, в миллион раз слабее излучаемого. Искать его — то же самое, что искать иголку в стоге сена. Для обнаружения уже случившихся коллизий и других ошибок применяются подтверждения.

Есть и еще одно очень важное различие между проводными локальными сетями и беспроводными. В беспроводной сети у станций иногда нет возможности передавать или получать кадры с других станций из-за ограниченного диапазона радиопередачи. В проводных сетях, если одна станция отправляет кадры, все остальные его получают. Такая особенность приводит к различным сложностям.

Для простоты мы допустим, что каждый передатчик работает в некой фиксированной области, которую можно представить как регион покрытия, имеющий форму круга. Внутри него другая станция может слышать и принимать данные с этой станции. Важно понимать, что на практике регион покрытия будет неправильной формы, так как распространение радиосигналов зависит от среды. Стены и другие препятствия, ослабляющие и отражающие сигналы, приводят к тому, что сила сигнала в разных направлениях меняется. Однако модель с окружностью для наших целей вполне подходит.

Можно наивно попытаться применить в локальных беспроводных сетях протокол CSMA( Carrier-Sense Multiple Access — множественный доступ с опросом несущей) — просто прослушивать эфир и осуществлять передачу только тогда, когда он никем не занят. Однако проблема заключается в том, что в действительности имеет значение интерференция на приемнике, а не на передатчике, поэтому этот протокол для беспроводных сетей подходит не очень хорошо. Чтобы наглядно увидеть суть проблемы, рассмотрим рис. 4.11, где показаны четыре беспроводные станции. Для нашей

проблемы не имеет значения, какая из них является точкой доступа, а какая — переносной. Мощность передатчиков такова, что взаимодействовать могут только соседние станции, то есть A с B, C с B и D, но не с A.

Рис. 4.11.Беспроводная локальная сеть: а — A и C — скрытые станции во время пересылки данных на B; б — B и C — засвеченные станции во время пересылки данных на A и D

Сначала рассмотрим, что происходит, когда станции A и C передают данные станции B, как изображено на рис. 4.11, а. Если станция A отправляет данные, а станция C сразу же опрашивает канал, то она не будет слышать станцию A, поскольку та расположена слишком далеко, и может прийти к неверному выводу о том, что канал свободен и что можно посылать данные станции B . Если станция C начнет передавать, она будет конфликтовать со станцией B и исказит кадр, передаваемый станцией A. (Мы предполагаем, что никакая схема по типу CDMA не используется для предоставления нескольких каналов, поэтому из-за коллизий сигналы искажаются и оба кадра разрушаются.) Нам необходим MAC-протокол, который предотвратит такой тип коллизий, ведь это лишняя трата полосы пропускания. Проблема, заключающаяся в том, что одна станция не может слышать возможного конкурента, поскольку конкурент расположен слишком далеко от нее, иногда называется проблемой скрытой станции ( hidden terminal problem).

Теперь рассмотрим другую ситуацию: станция B передает данные станции A в то же время, когда станция С хочет начать передачу станции D, как показано на рис. 4.11, б. Станция С при опросе канала слышит выполняемую передачу и может ошибочно предположить, что она не может передавать данные станции D (пунктирная стрелка на рисунке). В действительности такая передача создала бы помехи только в зоне от станции B до станции C, где в данный момент не ведется прием. Нам необходим MAC-протокол, который предотвратит такой тип задержек, ведь это лишняя трата полосы пропускания. Такая ситуация иногда называется проблемой засвеченной станции ( exposed terminal problem).

Сложность заключается в том, что перед тем как начать передачу, станции необходимо знать, есть ли какая-нибудь активность в радиодиапазоне вблизи приемника. Протокол CSMA же всего лишь может сообщить об активности вокруг передатчика путем опрашивания несущей. В случае передачи по проводу все сигналы достигают всех станций, поэтому такого различия не наблюдается. Однако во всей системе одновременно только одна станция может вести передачу. В системе с использованием радиосвязи, радиус передачи и приема которой ограничен небольшими зонами, одновременно могут передавать данные несколько станций, если только они передают различным принимающим станциям, находящимся достаточно далеко друг от друга. Нам нужно, чтобы даже в растущей ячейке одновременная передача не прекращалась — точно так же гости на вечеринке не ждут, пока все замолчат, чтобы начать говорить. Одновременно в большом помещении может происходить несколько разговоров, если только не все пытаются пообщаться с одним и тем же собеседником.