Trong tất cả các quá trình truyền dẫn gói trong mạng LAN, các bản tin có độ dài thay đổi được sử dụng trong tiêu chuẩn IEEE 802.11. Theo cách này, tổng số các gói tin phát đi là nhỏ nhất. Điều này trở nên quan trọng để đạt được thông lượng cao do rất nhiều thiết bị mạng bị giới hạn không phải bởi số lượng bit chúng có thể phát trên mỗi giây mà bởi số lượng các gói tin mà chúng có thể xử lý trong một giây. Điều này là hoàn toàn đúng đối với các vùng phủ rộng bởi vì tỷ số lỗi bit của môi trường vô tuyến tăng theo khoảng cách. Việc phân mảnh dữ liệu có thể có ích khi áp dụng cho các thiết bị di động di chuyển ở tốc độ trung bình (ví dụ như xe nâng di chuyển trong nhà ở tốc độ 15 km/h). Thông thường, fading xảy ra nhanh do các điều kiện như trên (tốc độ di chuyển cao). Quá trình phân mảnh gói có thể làm giảm tác động của xung đột và là một lựa chọn tốt để sử dụng RTS/CTS (mặc dù chuẩn 802.11 cho phép sử dụng phân mảnh hoá kết hợp với cơ chế RTS/CTS). Chuẩn 802.11 khuyến nghị chiều dài gói được phân mảnh nên nhỏ hơn 3,5 ms (tức là độ dài gói gồm 400 octet có tốc độ dữ liệu 1 Mbps) . Tuy nhiên, quá trình phân mảnh hoá yêu cầu phần thông tin phụ nhiều hơn do số lượng các gói tin và các gói ACK đã được xử lý tăng lên, do phần thông tin mào đầu và thông tin tiêu đề trong mỗi gói tin được phân mảnh, và do các SIFS bổ sung.
Để có những thuận lợi ở trên, một cơ chế phân mảnh /tái kết hợp đơn giản được đưa vào trong lớp MAC 802.11 (xem Hình 2.19). Mỗi gói bao gồm một chuỗi số để sử dụng cho việc tái kết hợp. Một ngưỡng phân mảnh xác định độ dài lớn nhất của gói ở trên đã được phân mảnh.
2.5 Tiêu chuẩn HIPERLAN Type I
HIPERLAN Type I là chuẩn vô tuyến tương thích với ISO 8802 (tương dương với IEEE 802). Giống như 802.11, HIPERLAN Type I sử dụng trong cả hai mạng độc lập và cơ sở. Tuy nhiên, các đặc tính vật lý của nó không dựa trên quá trình truyền dẫn trải phổ. HIPERLAN Type I hoạt động ở dải tần 5,15 đến 5,30 GHz (được chia thành 5 kênh tần số) với đỉnh công suất là 1W. Nó hỗ trợ người dùng di động tốc độ thấp (1,4 m/s) mang lưu lượng không đồng bộ hoặc lưu lượng không đổi theo thời gian trong phạm vi có thể lên đến 50 m và tốc độ dữ liệu vô tuyến lớn nhất khoảng 23,5 Mbps. Mô hình tham chiếu HIPERLAN Type I cho trong Hình 2.20. Nó bao gồm một lớp vật lý PHY, một phân lớp điều khiển truy nhập môi trường MAC, và một phân lớp điều khiển truy nhập kênh CAC. Giao thức phân lớp vật lý xác định các kỹ thuật sử dụng cho truyền dẫn, tiếp nhận tin, và đánh giá kênh. Phân lớp CAC xác định các nút được phép phát dữ liệu. Nó xác định một dịch vụ chung qua một kênh thông tin vô tuyến duy nhất và cho phép xác định độ ưu tiên truy nhập. Phân lớp MAC tuân theo các định nghĩa dịch vụ của ISO MAC và bao gồm các điều khoản sử dụng để bảo vệ nguồn và chuyển tiếp gói.
Hình 2. 22 Mô hình tham chiếu HIPERLAN Type I
2.5.1 Lớp vật lý
HIPERLAN Type I sử dụng kỹ thuật điều chế GMSK có một bộ cân bằng hối tiếp quyết định và tích số băng thông-thời gian của bộ lọc tiêu chuẩn là 0,3. GMSK là sơ đồ điều chế đường bao không đổi. Điều này có nghĩa là không có sự thay đổi về biên độ vì vậy cho phép sử dụng các bộ khuyếch đại có hiệu suất cao. Phương pháp điều chế đường bao thay đổi yêu cầu quá trình khuyếch đại công suất ở mức tuyến tính cao hơn. Lỗi xảy ra có thể dẫn đến xuyên nhiễu điều chế đan xen không mong muốn. Tuy nhiên, sơ đồ điều chế GMSK yêu cầu phần thông tin bổ sung cân bằng lớn hơn và tiêu thụ sông suất lơn hơn. HIPERLAN Type I hỗ trợ 3 kiểu máy phát và máy thu (Bảng 2.6). Độ nhạy máy thu được xác định là mức công suât nhỏ nhất gây ra tỷ số lỗi gói 0,01 đối với gói có độ dài 4160 bit. Rõ ràng là, thiết bị HIPERLAN Type I yêu cầu độ nhạy máy thu cao hơn khi hoạt động ở công suất phát cao hơn.
Máy phát lớp
A(+10 dBm) Máy phát lớp B(+20 dBm) Máy phát lớp C(+30 dBm) Máy thu lớp A (-50
dBm)
Được phép Không được phép
Không được phép
Máy thu lớp B (-60 dBm)
Được phép Được phép Không được phép
Máy thu lớp C (-70
dBm) Được phép Được phép Được phép
Bảng 2. 9 Kết hợp các lớp máy phát và máy thu
Cảm biến sóng mang (đánh giá kênh rỗi) trong HIPERLAN Type I dựa vào độ dài tín hiệu thu. Ở đây sử dụng một ngưỡng để xác định là môi trường bận hay rỗi. Việc điều khiển lỗi dựa trên quá trình sửa lỗi phát sử dụng mã BCH hoặc BCH (31,26) cũng như các xác nhận tường minh. Mã BCH (31,26) chuyển đổi 26 bit dữ liệu vào 36 bit mã. Vì mỗi khối dữ liệu được đan xen bởi 16 từ mã, điều này dẫn tới một gói dữ liệu 416 bit (52 octet) được mã hoá thành 496 bit (62 octet). Sơ dồ mã hoá này cho phép bảo vệ tránh được ít nhất 2 lỗi ngẫu nhiên và các lỗi cụm ít hơn 32 bit. Khuôn dạng gói số liệu cho trong Hình 2.21. Những thể hiện khác nhau của mỗi trường tương ứng với các lớp khác nhau trong Hình 2.20.
Giống như phần tương ứng trong 802.11, các gói HIPERLAN Type I hoạt động ở hai tốc độ vô tuyến khác nhau. Tốc độ dữ liệu thấp 1,4705875 Mbps (sử dụng FSK) trong khi tốc độ 23,5294 Mbps (sử dụng GMSK) cao hơn 16 lần tốc độ thấp. Phần tiêu đề trong gói số liệu tốc độ thấp chứa đầy đủ thông tin để thông báo cho một nút rằng nó có thể lắng nghe phần còn lại của gói số liệu hay không. Vì thế, một nút đảm bảo các mạch sửa lỗi, cân bằng hoá, và các mạch khác được ngắt nguồn trong khi nút lắng nghe nếu như phần tiêu đề tốc độ thấp không đưa ra thông báo nào khác. Dữ liệu người dùng, bản tin xác nhận, thông tin đồng bộ hoá đều được phát ở cùng một tốc độ cao như nhau. Quá trình đồng bộ hoá yêu cầu độ dài nhỏ nhất để đảm bảo rằng các cảnh báo sai và tốc độ tách sóng nhầm được giữ ở mức thấp nhất có thể.
Hình 2. 23 Khuôn dạng gói dữ liệu HIPERLAN Type I
2.5.2 So sánh các đặc tính kỹ thuật giữa IEEE 802.11 và HIPERLAN
Tham số IEEE 802.11
DSSS
IEEE 802.11 FHSS
HIPERLAN Thời gian rỗi cần để
truyền dẫn gói tức thì 50 s µ 128µs 85µs Khoảng trống liên khung để truyền bản tin xác nhận 10µs 28µs 21,8µs Phần thông tin phụ để truyền dẫn dữ liệu tốc độ thấp
192 bit (1 Mbps) 128 bit (1 Mbps) 35 bit
(1,47 Mbps) Hiệu suất thông
lượng lớn nhất khi truyền dẫn gói 97,7% (2 Mbps) 98,8% (1 Mbps) 99,2% (2 Mbps) 99,6% (1 Mbps) 78,4%
Hiệu suất thông lượng lớn nhất khi 96,9% (2 Mbps) 98,4% (1 Mbps) 97,9% (2 Mbps) 99,0% (1 Mbps) 74,1%
truyền dẫn gói Ethernet 1518 octet
Thời gian truyền dẫn gói Ethernet 1518 octet 6,264µs(2 Mbps) 12,336µs(1 Mbps) 6,200µs(2 Mbps) 12,272µs(1 Mbps) 696,4µs
Thời gian truyền bản tin xác nhận 248µs(2 Mbps) 304µs(1 Mbps) 184 s µ (2 Mbps) 240µs(1 Mbps) 15,6 s µ Bảng 2. 10 So sánh các đặc tính kỹ thuật giữa IEEE 802.11 và HIPERLAN
Bảng 2.10 so sánh các chỉ tiêu kỹ thuật khác nhau của các tiêu chuẩn IEEE 802.11 và HIPERLAN. Trong khi chuẩn 802.11 cho phép hiệu suất thông lượng tốt hơn, tốc độ dữ liệu thấp sẽ dẫn đến trễ dài hơn khi so sánh với HIPERLAN. Các hiệu suất thông lượng vô tuyến có thể tăng lên các giá trị cao hơn vì phần thông tin bổ sung sử dụng cho truy nhập vô tuyến (ví dụ như cảm biến sóng mang, tranh chấp, lùi chờ) đã bị bỏ qua trong các tính toán.
2.5.3 Lớp điều khiển truy nhập môi trường HIPERLAN Type I
HIPERLAN Type I sử dụng một giao thức MAC phân bố gọi là đa truy nhập không ưu tiên loại trừ độ lợi EY-NPMA. EY-NPMA thực chất là CSMA cộng với quá trình ưu tiên hoá. Việc truy nhập kênh không được ưu tiên vì chỉ có các gói số liệu sẵn sàng tại lúc tại lúc bắt đầu mỗi chu kỳ kênh được phép tham gia. Các nút sau khi trải qua quá trình phân giải tranh chấp dựa trên quá trình xác nhận ưu tiên và lùi chờ ngẫu nhiên (xem Hình 2.22). Rõ ràng là, nếu hai nút có các mẫu truy nhập khác nhau thì các khoảng thời gian truyền dẫn và lắng nghe mạng cũng như quá trình truyền dẫn gói sẽ không hoàn toàn trùng khớp nhau. Khe thời gian có độ dài thay đổi phụ thuộc vào khe đang trong giai đoạn nghe hoặc khe trong giai đoạn phát tín hiệu. Trong tất cả các phần sau tất cả các thời điểm của bit dữ liệu đều tương ứng với tốc độ bit 23,5297 Mbps.
Hình 2. 24 Hoạt động của giao thức EY-NPMA
Giai đoạn ưu tiên bao gồm 5 khe mỗi khe có 168 bit. Gói có độ ưu tiên phát cao nhất tương ứng với gói đang giữ mẫu truy nhập với giá trị thập phân lớn nhất. Vì thế, một mẫu truy nhập có mức ưu tiên cao nhất (mức 5) sẽ không chứa một khe thời gian rỗi nào ở phần đầu của mẫu truy nhập. trong khi một mẫu có độ ưu tiên thấp nhất có tới 4 khe rỗi. Khoảng thời gian tranh chấp có thể được chia thành hai giai đoạn: khử bỏ và sinh lợi. Giai đoạn khử bỏ liên quan đến quá trình dãn xung với một số lượng ngẫu nhiên các khe thời gian (từ 0 đến 12), mỗi khe có 212 bit. Việc dãn xung được thực hiện độc lập với nút phát. Độ rộng xung biến đổi theo phân bố xác suất hình học p=0,5. Vì thế, xung này rộng hơn một khe thời gian với xác suất bằng 0,5 và rộng hơn hai khe thời gian với xác suất bằng 0,25, và cứ như vậy. Sau khi xung được giãn, các nút thực hiện quá trình cảm biến sóng mang trên một khe rỗi 256 bit. Giai đoạn loại trừ kêt thúc với một khe rỗi (gọi là khe xác minh sống sót loại trừ). Chỉ có các bộ xác nhận mới lưu giữ đồng thời độ truy nhập ưu tiên cao nhất và lựa chọn xung dãn dài nhất tồn tại lâu hơn giai đoạn loại trừ và tiến tới giai đoạn sinh lợi. Ở đây là số lượng ngẫu nhiên các khe rỗi (0-9) được lựa chọn theo tỷ số hình học r = 0,1. Chiều dài mỗi khe bằng 168 bit. Nếu một nút phát hiện được tín hiệu sau một khoảng thời gian bằng với tổng số các khe rỗi thì gói số liệu được phát. Ngược lại nút này hoãn cho đến khi kết thúc quá trình truyền dẫn gói hiện tại. Khoảng thời gian ưu tiên và tranh chấp gồm hai giai đoạn lắng nghe được phân tách với nhau bởi một giai đoạn truyền dẫn (mẫu truy nhập), mỗi giai đoạn có độ dài khác nhau. Việc chỉ sử dụng một giai đoạn truyền dẫn làm giảm phần thông tin phụ thực hiện chuyển mạch vô tuyến. Điều này giải thích
tại sao các khe ưu tiên được xây dựng dựa trên cơ sở các số thập phân mà không phải là các số nhị phân (mà trong trường hợp này cần ít các khe thời gian hơn).
Quá trình đồng bộ hoá được thực hiện bằng cách ép các mẫu truy nhập bắt đầu sau khi kết thúc một quá trình truyền dẫn gói.
Nếu môi trường truyền dẫn là rỗi trong khoảng nhỏ nhất 2000 bit, EY-NPMA cho phép truy nhập tức thì mà không yêu cầu phải truyền dẫn một mẫu truy nhập. Giống như 802.11 các gói unicast được xác nhận trong khi các gói broadcast và multicast không được xác nhận.
2.5.4 Chuyển tiếp nội bộ
Một điểm hay trong giao thức MAC là nó cho phép chuyển tiếp các gói giữa các nút kề cận sử dụng các thuật toán chuyển tiếp gói và phát hiện đường dẫn, quá trình này gọi là chuyển tiếp nội bộ. Chuyển tiếp nội bộ cho phép các bản tin đã gửi tới các nút không có kết nối vô tuyến trực tiếp được chuyển tới các nút khác. Đặc điểm này chiếm ưu thế so với đặc tính vùng phủ hạn chế của các mạng WLAN độc lập và cho phép một mạng WLAN có thể được mở rộng mà không cần các điểm truy nhập, hay một mạng đường trục hữu tuyến. Với cơ chế chuyển tiếp nội bộ, việc bổ sung thêm nút mới vào mạng thực sự làm cải thiện độ tin cậy của quá trình truyền dẫn một gói dữ liệu bởi vì nó có thể được định tuyến tới nút đích thông qua nhiều đường truyền hơn. Trong các điều kiện truyền sóng không có lợi, thuật toán chuyển tiếp nội bộ cho phép mạng HIPERLAN có thể được chia thành các mạng con nhỏ hơn, mỗi mạng con có một vùng phủ hẹp hơn. Vì thế, thuận lợi của mạng HIPERLAN Type I là ở khả năng thích nghi với những thay đổi về cấu hình và khả năng tái định tuyến các gói khi có một vài đường truyền vô tuyến bị hỏng. Ở đây không thể bắt buộc một quá trình nhận dạng duy nhất đối với nhiều mạng vô tuyến độc lập khác nhau vì sẽ rất khó khăn khi thực hiện phối hợp cho thuộc tính nhận dạng này.
Thuật toán chuyển tiếp nội bộ cho phép một nút chuyển tiếp một gói dữ liệu vào hai chế độ có thể được: chế độ phát điểm đến điểm và phát quảng bá. Để làm được điều này, mỗi nút chuyển tiếp duy trì một bảng định tuyến và một tập các chuyển tiếp đa điểm. Bảng định tuyến xác định đích khả dụng, địa chỉ của nút chuyển tiếp gần nhất đến đích và độ dài đường truyền. Vì vậy, mỗi gói dữ liệu chứa hai địa chỉ: địa chỉ đích cuối cùng và địa chỉ chuyển tiếp kề cận. Các nút chuyển tiếp này tối thiểu hoá số lượng các nút thực hiện chuyển tiếp các gói quảng bá bằng việc sử dụng những ưu điểm của quá trình truyền dẫn vô tuyến quảng bá. Mỗi gói quảng bá khi phát qua một nút chuyển tiếp cho trước sử dụng cùng một cơ chuyển tiếp đa điểm. Một nút không phải là nút chuyển tiếp đa điểm không thực hiện chuyển tiếp gói quảng bá mà nó thu được từ các nút khác. Các địa chỉ chuyển tiếp đa điểm là không tường minh trong gói. Hơn thế nữa, trường địa chỉ kề cận được thay thế bằng địa chỉ quảng bá cơ sở. Các chuyển tiếp đa điểm được chọn dựa trên một tập hợp nhỏ nhất của các nút chuyển tiếp
mà nó bao phủ toàn bộ các nút ở xa nằm giữa hai chặng tính từ nút chuyển tiếp. Điều này tạo ra một quá trình phân cấp hai mức trong cấu hình mạng, ẩn đi những thay đổi trong các phần ở xa của mạng đối với các nút nội bộ.
Để chuyển tiếp các gói, mỗi nút phải có khả năng phát hiện các nút lân cận khi có các đường truyền vô tuyến trực tiếp và tin cậy. Do đặc tính truyền sóng không dự đoán được của truyền dẫn vô tuyến, mọi đường truyền phải được kiểm tra theo cả hai hướng trước khi chúng được xác định là hợp lệ. Các nút chuyển tiếp sử dụng thuật toán từng chặng (hop-by-hop), thuật toán này được gọi ra mỗi khi nút có gói tin được phát. Thuật toán này có một số thuận lợi:
• Tuyến được một gói sử dụng có thể sẵn sàng thích ứng với cấu hình gần nhất trong khi nó được phát đi.
• Phần tiêu đề của gói có đọ dài cố định và ngắn hơn nhiều khi so sánh với các gói sử dụng định tuyến nguồn.
Quá trình chuyển tiếp đòi hỏi nút di động thực hiện các tính toán khá kỹ lưỡng. Vì các nút di động bị giới hạn về nguồn điện, màn hình hiển thị, giới hạn về tốc độ xử lý và bộ nhớ nên có thể là thích hợp hơn khi chuyển các tính toán phức tạp này cho điểm truy nhập thực hiện, các điểm truy nhập này ít bị hạn chế hơn so với các nút di động.
2.5.5 Nút ẩn
Giao thức MAC có thể khắc phục các vấn đề của nút ẩn bằng cách vận dụng thực tế rằng một nút có thể cảm biến (phát hiện) được tín hiệu nay cả khi nó không có khả năng giải mã tín hiệu (tức là vùng cảm biến có thể rộng hơn vùng thu) (xem Hình 2.23).