Nhóm IEEE 802.11 được thành lập vào tháng bảy năm 1990 để làm việc trên các chi tiết kỹ thuật của mạng WLAN cho các công nghệ khác nhau, bao gồm cả vô tuyến và hồng ngoại. Tiêu chuẩn này đã được phê duyệt trong tháng 6 năm 1997.Một đặc tính thiết yếu của các đặc điểm kỹ thuật IEEE 802.11 là sự tồn tại của điều khiển truy cập bắt buộc (MAC) lớp phụ phổ biến cho tất cả các lớp vật lý (PHY).
Tính năng này cho phép khả năng tương tác dễ dàng hơn trong nhiều lớp vật lý (một số trong đó có thể được xác định trong tương lai), được thúc đẩy bởi những tiến bộ công nghệ nhanh chóng trong lĩnh vực này.
Hiện nay, ba công nghệ khác nhau được quy định cụ thể trong lớp vật lý: (1) Khuếch tán hồng ngoại (DFIR)
(2) Trải phổ nhảy tần(FHSS)
(3) Trải phổ chuỗi trực tiếp (DSSS)
Lớp MAC và lớp vật lý được định nghĩa trong tiêu chuẩn IEEE 802,11 được hiển thị trong hình 3.3. Mục đích của tiêu chuẩn IEEE 802.11 là để cho phép một máy chủ di động giao tiếp với bất kỳ máy chủ di động hoặc có dây khác một cách công khai. IEEE 802.11 WLAN xuất hiện các lớp trên lớp MAC giống như các IEEE 802.X LAN (ví dụ, Ethernet hoặc Token Ring). Điều này đòi hỏi một số chức năng bổ sung, khi so sánh với mạng có dây, để có thể thích ứng với đặc điểm cụ thể của các kênh truyền dẫn và tính di động của các trạm. Như vậy, ngoài chức năng kiểm soát truy nhập cơ sở trung bình, mạng không dây yêu cầu IEEE 802.11 MAC lớp phụ bao gồm các chức năng bổ sung
Hình 3.3 : Lớp vật lý và lơp MAC trong IEEE 802.11
− Phân mảnh và ghép khung hình khi chất lượng của các kênh truyền dẫn kém
− Liên kết các trạm với điểm truy cập khi biểu diễn
− Đồng bộ hóa thời gian cho sự hỗ trợ của các ứng dụng nhạy cảm với trễ
− Tốc độ truyền dữ liệu thích ứng
Trước khi truyền một khung, chức năng phối hợp kênh MAC cần phải truy cập mạng bằng cách sử dụng một phương tiện truy cập xác định. IEEE 802.11, chức năng truy cập các kênh cơ bản là đa truy cập sóng mang tránh xung đột (CSMA /CA). Bởi vì bản chất truyền hình mở của mạng WLAN, các nhà thiết kế cần phải thực hiện các mức độ bảo mật thích hợp.
Tiêu chuẩn IEEE 802.11 mô tả hai loại dịch vụ chứng thực: (1) hệ thống mở
(2) khóa chia sẻ.
Hệ thống mở xác thực IEEE 802.11 mặc định phương pháp xác thực. Nó là một phương pháp thẩm định. Xác thực khóa chia sẻ giả định rằng mỗi trạm đã nhận được một khóa chia sẻ bí mật thông qua một kênh an toàn độc lập của mạng IEEE 802.11. Trạm xác thực thông qua chia sẻ kiến thức của việc sử dụng khóa. Phương pháp xác thực khóa chia sẻ bí mật của yêu cầu mã hóa được gọi là Wired Equivalent Privacy (WEP). Lưu ý rằng mức độ bảo mật được cung cấp bởi WEP là không đạt yêu cầu trong một số trường hợp. IEEE 802.1X gần đây đã cung cấp một khung làm việc hiệu quả để xác thực và kiểm soát lưu lượng truy cập của người dùng đến một mạng được bảo vệ, cũng như tự động khóa mã hóa. Cũng lưu ý rằng bởi vì các điểm truy cập là tham gia vào quá trình trao đổi khóa khi sử dụng IEEE 802.1X, trong lý thuyết, khuôn khổ này chỉ áp dụng đối với cơ sở hạ tầng mạng. Phân mảnh và "Yêu cầu lặp lại tự động" (ARQ) khối cung cấp chức năng truyền lại và sửa lỗi.
Đề án ARQ được tích hợp với các lớp MAC, quyết định việc ARQ có độ trễ khứ hồi thích hợp hay không bằng cách xác định không gian giữa các khung, các liên khung ngắn không gian (SIFS). Phương pháp phân mảnh được sử dụng ở đây để thích ứng với các chương trình sử dụng điều kiện kênh ARQ. Mức độ phân mảnh được xác định bởi một tham số được gọi là ngưỡng phân mảnh. Nếu kích thước gói tin lớn hơn ngưỡng này, nó được truyền như các mảnh vỡ. Do đó, phần này tập trung vào cơ chế MAC trong tiêu chuẩn IEEE 802,11.
3.3.1.1 Kiểm soát truy cập bắt buộc MAC
IEEE 802.11 kế thừa MAC là dựa trên các chức năng điều phối, trong đó xác định khi một trạm điều hành được phép truyền và có thể nhận được khung hình thông qua các phương tiện không dây.
Hai chức năng điều phối được định nghĩa:
− Chức năng phối hợp phân tán (DCF) cung cấp một dịch vụ dựa trên xung đột
− điểm tùy chọn chức năng phối hợp (PCF) mà thực hiện xung đột miễn phí dịch vụ dựa trên một cuộc thăm dò và cơ chế phản ứng.
Do thực tế rằng các đặc điểm kỹ thuật PCF không được xác định, PCF đã không được thực hiện trong thực thẻ WLAN. Nó đã được thiết lập chỉ là một phần tùy chọn trong toàn bộ các tiêu chuẩn IEEE 802.11.
3.3.1.2 Chức năng phối hợp phân tán DCF
DCF được thiết kế để vận chuyển dữ liệu không đồng bộ, trong đó đề cập đến lưu lượng là tương đối nhạy cảm với thời gian trễ. Ví dụ lưu lượng truy cập dữ liệu không đồng bộ là thư điện tử (e-mail) và truyền tập tin. Các chức năng trong giao thức lớp MAC được cung cấp độc lập trong những đặc điểm của các lớp vật lý bên dưới và tốc độ dữ liệu. IEEE 802.11WLAN, DCF được thực hiện trong tất cả các trạm, sử dụng trong cả mạng Ad hoc và mạng lưới cơ sở hạ tầng.
3.3.1.3 CSMA/CA
Hình 3.4 minh họa cách thức CSMA/CA làm việc trong DCF. Đối với một kênh dự định để truyền tải, nó bắt đầu bằng cách cảm nhận (cảm nhận sóng mang) nếu kênh là bận. Nếu trường hợp này xảy ra, nó trì hoãn cho đến khi kết thúc việc truyền tải liên tục. Khi phát hiện khung cuối cùng trên phương tiện truyền thông nhận được một cách chính xác, sau đó chờ đợi một khoảng thời gian tương đương với chiều dài của không gian phối hợp liên khung phân phối (DIFS). DIFS bao gồm thời gian vận chuyển cảm biến, và được tính như DIFS = SIFS + (2 × khe thời gian), với SIFS là không gian liên khung ngắn. Sau đó, chọn ngẫu nhiên một khe thời gian trong cửa sổ backoff window (cửa sổ xung đột).
Hình 3.4 Phương pháp truy cập cơ bản DCF
Tại các nỗ lực truyền dẫn đầu tiên, cửa sổ tranh (CW) được tính bằng cửa sổ xung đột tối thiểu (được định nghĩa là CWmin), và giá trị tăng gấp đôi mỗi lần truyền lại, cửa sổ tranh tối đa (CWmax).
Một bộ đếm thời gian backoff được thiết lập với một số nguyên backoff ngẫunhiên rút ra từ một phân bố đều trong khoảng [0 1]. Số nguyên Backoff là số lượng khe rỗi, trạm phải chờ đợi cho đến khi nó cho phép chuyển. Giá trị giảm đi một cho mỗi khe cắm rỗi mới. Các bộ đếm thời gian backoff sẽ tạm ngưng khi môi trường
trở nên bận, trước khi các số nguyên backoff đạt đến số không. Bộ đếm thời gian trở lại chỉ sau khi các phương tiện truyền thông đã rỗi khoảng thời gian dài hơn độ dài thiết kế không gian liên khung. Trạm bắt đầu truyền khung khi bộ đếm thời gian backoff đạt đến số không. Đối với một liên tiếp thứ i thử lại để truy cập vào môi trường, cửa sổ xung đột trở thành 2i x CWmin. Một truyền dẫn thành công, cửa sổ xung đột trả về đến CWmin.Cửa sổ CWmax xung đột tối đa được cho bởi 2m x CWmin, m là giai đoạn backoff tối đa.
Đối với mỗi lần truyền lại kế tiếp, các giá trị của CW tăng theo cấp số nhân (có nghĩa là, CWnew= CWold×2-1), cho đến khi nó đạt đến CWmax. CW được khôi phục vào CWmin sau khi truyền tải thành công.
Người ta lập luận rằng, do thực tế rằng các thuật toán backoff chịu chi phí xung đột để tăng thời gian backoff khi mạng bị nghẽn, nên thuật toán này có thể làm suy giảm việc sử dụng kênh trong điều kiện của sự xung đột cao. Vì lý do này, có một số đề xuất để mở rộng backoff trong tiêu chuẩn giao thức IEEE 802.11 bằng cách điều chỉnh thời gian backoff theo mức độ xung đột mạng.
3.3.1.4 Xác nhận và đặt trước RTS/CTS
Bởi vì một trạm nguồn trong mạng không dây không thể biết đâu là đường truyền dẫn riêng của mình, khi xung đột sẽ xảy ra, nguồn vẫn tiếp tục truyền khung dữ liệu hoàn chỉnh. Nếu khung dữ liệu lớn, rất nhiều băng thông của kênh bị lãng phí do một khung dữ liệu bị hỏng. Một yêu cầu đặc biệt ngắn được gửi (RTS) và để gửi khung điều khiển (CTS) có thể được sử dụng bởi một kênh vào kênh băng thông dự trữ trước khi việc truyền tải của một khung dữ liệu thực tế và để giảm thiểu số lượng băng thông lãng phí khi một xung đột xảy ra.
Hình 3.5 minh họa quá trình trao đổi RTS/CTS. Trong sơ đồ RTS/CTS, sau khi truy cập vào môi trường, và trước khi bắt đầu truyền các gói dữ liệu riêng của mình, một máy phát điện áp sẽ gửi một khung RTS để nhận thông báo việc truyền tải tới. Tất cả các trạm trong thiết lập dịch vụ, sẽ kiểm tra các gói tin RTS, đọc các trường thời gian vào đầu khung và thiết lập vector chủ động mạng (NAV) cho phù hợp.
Hình 3.5 Trao đổi RTS /CTS
Trường thời gian của khung cho biết chiều dài dự kiến truyền tải và do đó thông báo cho tất cả các trạm thời gian của cả hai trạm kênh sẽ được sử dụng trong bao lâu. NAV là chỉ số trong mỗi trạm, duy trì một dự đoán tương lai của lưu lượng truy cập trên môi trường dựa trên các thông tin khoảng thời giới hạn công bố trong khung RTS /CTS trước khi trao đổi dữ liệu thực tế. Đề án RTS/CTS có thể làm tăng hiệu quả băng thông bằng cách đặt các kênh để truyền liên tục, và làm giảm xung đột cho các gói dữ liệu sử dụng hộp số của khung điều khiển trước. Có lý do để nghĩ rằng cơ chế RTS/CTS cải thiện hiệu suất khi kích thước khung dữ liệu lớn khi so sánh với kích thước của khung RTS. Do đó, cơ chế RTS/CTS dựa trên một ngưỡng, đó là ngưỡng RTS.
Cơ chế này kích hoạt cho kích thước khung dữ liệu vượt qua ngưỡng và vô hiệu hóa các kích thước khung dữ liệu dưới ngưỡng. Ngoài ra, thời gian tăng thêm được RTS/CTS trao đổi và đặt trước, cũng có thể làm giảm hiệu quả băng thông khi nó có thể không thực sự cần thiết. Đối với những lý do này, các chương trình RTS/CTS IEEE 802.11 được đề xuất là tùy chọn