Les mécanismes de base de et les propositions de 802

Name: Les mécanismes de base de et les propositions de 802
Uploaded: 2017-12-01T19:28:06+00:00
Duration: PTM42S1
Channel: Ansel Larue
Description: Les mécanismes de base de et les propositions de 802

Les mécanismes de base de 802. 11 et les propositions de 802
Les mécanismes de base de et les propositions de e pour la QoS Fady FARAH

Agenda Mode de fonctionnement des WLAN Mécanismes MAC 802.11
Limites de pour la QoS 802.11e et les nouveaux mécanismes

Mode de fonctionnement des WLAN (1/2)
11/04/2017 Mode de fonctionnement des WLAN (1/2) Mode infrastructure AP : Access Point BSS : Basic Set Services

Mode de fonctionnement des WLAN (2/2)
11/04/2017 Mode de fonctionnement des WLAN (2/2) Mode ad hoc IBSS : Independant BSS

Agenda Mode de fonctionnement des WLAN Mécanismes MAC 802.11

Mécanismes MAC 802.11 (1/31) 2 Fonctions d ’accès Economie d ’énergie
11/04/2017 Mécanismes MAC (1/31) 2 Fonctions d ’accès Distributed Coordination Function (DCF) Point Coordination Function (PCF) seulement en mode infrastructure Economie d ’énergie Fragmentation Authentification Cryptage WEP

Mécanismes MAC 802.11 (2/31) Distributed Coordination Function (DCF)
11/04/2017 Mécanismes MAC (2/31) Distributed Coordination Function (DCF) Accès CSMA: Si le canal est libre, émission, sinon attente de libération du canal Détection de Collision: mécanisme ACK Évitement de collision: mécanismes Backoff, RTS/CTS, NAV Retransmission en cas de collision: Backoff Inter trames différentes pour accès : DIFS, SIFS Fonction mandatory

11/04/2017 Mécanismes MAC (3/31) Distributed Coordination Function (DCF) Mécanisme Backoff avant émission: Nombre aléatoire N tiré dans une fenêtre [0, CWmin] N = nb de time slots pendant lesquels le canal doit être libre => évite la synchronisation de stations en attente Mécanisme de Backoff en cas de retransmission: CWmin est doublé (sauf s ’il a atteint Cwmax) N est tiré dans [0, nouveauCWmin] Le nombre de retransmissions est limité

11/04/2017 Mécanismes MAC (4/31) Distributed Coordination Function (DCF) Mécanisme NAV: Chaque station possède Network Allocation Vector qui contient durée de l ’échange en cours Toutes trames contiennent un champ durée => mettre à jour le NAV Station ne peut émettre que si son NAV est a zéro NAV est décrémenté dans le temps

11/04/2017 Mécanismes MAC (5/31) Distributed Coordination Function (DCF) Mécanisme NAV:

11/04/2017 Mécanismes MAC (6/31) Distributed Coordination Function (DCF) Mécanismes RTS/CTS et nœud caché Station qui veut émettre envoi Request To Send Récepteur doit répondre Clear To Send Toutes les stations à portée de l ’émetteur ou du récepteur sont prévenues => elles mettent à jour leur NAV et le problème du nœud caché est résolu => permettent détection de collision plus rapide car courtes

Mécanismes MAC 802.11 (7/31) Distributed Coordination Function(DCF)
11/04/2017 Mécanismes MAC (7/31) Distributed Coordination Function(DCF) Mécanisme RTS/CTS et nœud caché Station1 Station3 Trame Trame Station 1 et 3 ne se voient pas Chacune croit le canal libre Et émet vers 2 Collision Station2

Distributed Coordination Function (DCF)
11/04/2017 Mécanismes MAC (8/31) Distributed Coordination Function (DCF) Le canal est réservé pour 1 et 2 Station1 RTS Station1 envoi RTS à 2 Station3 ne reçoit pas RTS Station3 CTS Station2 répond à 1 par CTS Station3 reçoit CTS (NAV) Station 1 et 3 ne se voient pas Toutes voient Station 2 Stations 1 et 3 veulent parler à 2 Station2

11/04/2017 Mécanismes MAC (9/31) Distributed Coordination Function (DCF) Mécanismes RTS/CTS et nœud caché

11/04/2017 Mécanismes MAC (10/31) Distributed Coordination Function (DCF) Inter trames? Durée pendant laquelle le canal doit être libre Distributed Inter Frame Space (DIFS) => utilisée avant backoff pour émission ou ré-émission Short Inter Frame Space (SIFS) => utilisée avant de répondre à une station par un ACK DIFS SIFS = 50 µs DSSS = 10 µs pour DSSS SIFS donne une priorité

11/04/2017 Mécanismes MAC (11/31) Distributed Coordination Function (DCF) Echange en DCF DIFS trame3 Station1 DIFS trame3 Station2 SIFS Ack1 Station3

Mécanismes MAC 802.11 (12/31) Point Coordination Function (PCF)
11/04/2017 Mécanismes MAC (12/31) Point Coordination Function (PCF) 2 périodes = 1 super trame Contention Period (CP) => accès DCF Contention Free Period (CFP) => accès PCF (AP = PC) Interrogation des stations par PC: polling list Mécanismes identiques à DCF : ACK, NAV, retransmission Inter trames différentes: PIFS, SIFS Fonction optionnelle mais seulement en mode avec AP CFP CP

Mécanismes MAC 802.11 (13/31) Point Coordination Function (PCF) DCF
11/04/2017 Mécanismes MAC (13/31) Point Coordination Function (PCF) DCF PCF Pendant CP Pendant CFP Option en mode AP Base en mode ad hoc ou AP

Période de l ’intervalle CFP intervalle CFP raccourci
11/04/2017 Mécanismes MAC (14/31) Point Coordination Function (PCF) CFP périodique, débute avec beacon DTIM et durée bornée NAV PCF B Intervalle sans contention Intervalle à accès libre occupé Période de l ’intervalle CFP intervalle CFP raccourci

11/04/2017 Mécanismes MAC (15/31) Point Coordination Function (PCF) Polling list Inscription sur la polling list lors de l’association avec AP (stations pollables) Stations interrogées successivement pendant CFP (AP envoi trame CF_Poll) selon ordre association AP peut interroger une station et acquitter données d ’une autre dans même trame : piggybacking

11/04/2017 Mécanismes MAC (16/31) Point Coordination Function (PCF) Inter trames? Point Inter Frame Space : utilisée par AP avant envoi beacon début CFP, pour reprendre le canal pendant CFP (si un ACK est perdu) SIFS: utilisée pour chaque envoi de trame pendant CFP => PIFS permet à AP de démarrer CFP DIFS = 50 µs pour DSSS PIFS donne une priorité sur DIFS PIFS = 30 µs pour DSSS SIFS = 10 µs pour DSSS

11/04/2017 Mécanismes MAC (17/31) Point Coordination Function (PCF) Echange en PCF AP envoi donnée à station1 et l ’interroge Ap voit le medium libre pendant PIFS Les stations mettent à jour NAV Station1 envoi données à AP et acquitte réception Ap envoi le beacon de début CFP Station2 n’a pas de données à envoyer AP annonce fin CFP, les stations mettent NAV=0 CP CFP NAV AP PIFS SIFS SIFS SIFS B D1+Poll Ack+Poll End SIFS Da + Ack SIFS Ack Stations

11/04/2017 Mécanismes MAC (18/31) Point Coordination Function (PCF) Echanges en PCF Ap ne reçoit pas ACK de station1 après SIFS, donc reprend le contrôle du canal après PIFS et continue son polling CP NAV CFP AP PIFS SIFS PIFS SIFS B D1+Poll D2+Poll End SIFS Ack Stations

Ack et Data pour station4
11/04/2017 Mécanismes MAC (19/31) Point Coordination Function (PCF) Echanges en PCF AP 1 1 3 2 2 3 Poll Ack pour station1, Data de station1 et Poll Data de station2 Ack et Data pour station4 Ack Ack pour station2 et Poll Ack Data pour station 2 Interrogations Station1 Station2 Station3 Station4 non pollable

Mécanismes MAC 802.11 (20/31) Econonomie d ’énergie
11/04/2017 Mécanismes MAC (20/31) Econonomie d ’énergie En mode infrastructure Station PS indique son mode par bit de header Mac et AP conserve messages pour elle Station en PS mode => réveil périodique pour recevoir un beacon TIM (Traffic Information Map) / DTIM (Delivery) En CP, station peut réclamer ses trames (PS_POLL) si le bitmap TIM indique du trafic pour elle. En CFP, reste éveillée jusqu’à réception Bit More Data entête MAC indique si reste trafic

Mécanismes MAC 802.11 (21/31) Econonomie d ’énergie
11/04/2017 Mécanismes MAC (21/31) Econonomie d ’énergie En mode infrastructure DTIM annonce aux stations le trafic broadcast/multicast TIM annonce aux stations trafic unicast DTIM DTIM DTIM DTIM TIM TIM TIM TIM TIM TIM beacons CFP CP Début CFP Début CFP

Pas de trafic en attente
11/04/2017 Mécanismes MAC (22/31) Econonomie d ’énergie Trames attente? 1 Station PS 4 5 TIM=bitmap Station AP 1 A du trafic en attente Pas de trafic en attente Demande si CP Attend si CFP Retourne en PS

Mécanismes MAC 802.11 (23/31) Econonomie d ’énergie En mode ad hoc
11/04/2017 Mécanismes MAC (23/31) Econonomie d ’énergie En mode ad hoc station source conserve messages pour station en PS mode et lui annonce son trafic lors fenêtres ATIM ATIM window => après beacons, les stations se réveillent et attendent ATIM pendant cette fenêtre au max (taille dans beacons) Station réveillée doit acquitter ATIM et reste éveillée pour recevoir ses trames (ATIM retransmis par source si pas acquittées) Trames broadcast ou multicast => ATIM concernant ces trames sont envoyées avant et ne doivent pas être acquittés (le trafic est envoyé tout de suite après)

Mécanismes MAC 802.11 (24/31) Fragmentation
11/04/2017 Mécanismes MAC (24/31) Fragmentation Utile si support pas fiable pour longues trames NAV

Mécanismes MAC 802.11 (25/31) Authentification
11/04/2017 Mécanismes MAC (25/31) Authentification Trames authentification request/response 2 modes: open system shared key Element status permet dire si authentifieur accepte ou refuse Authentifieur = AP (infrastructure)/station (ad hoc)

Authentification request Authentification response
11/04/2017 Mécanismes MAC (26/31) Authentification Open system Authentifieur vérifie uniquement que le client est dans le même mode Authentification request 1 AP ou station Authentification response 2

Mécanismes MAC 802.11 (27/31) Authentification Shared key
11/04/2017 Mécanismes MAC (27/31) Authentification Shared key Authentifieur vérifie que client a la même clé Authentification request 1 AP ou station Challenge text string 2 WEP key 3 Text encrypted with shared key WEP key Response based on challenge 4

Mécanismes MAC 802.11 (28/31) Cryptage Wired Equivalent Privacy (WEP)
11/04/2017 Mécanismes MAC (28/31) Cryptage Wired Equivalent Privacy (WEP) Clé symétrique secrète (40 bits, wifi ou 104 bits non standard) combinée à vecteur d’initialisation (IV de 24 bits) différent par trame Est indiqué dans l’entête MAC (qui, elle, n’est pas cryptée) par un bit WEP Utilisation est recommandée pour un minimum de sécurité

11/04/2017 Mécanismes MAC (29/31) Cryptage Wired Equivalent Privacy (WEP) Cryptage

11/04/2017 Mécanismes MAC (30/31) Cryptage Wired Equivalent Privacy (WEP) Décryptage

Mécanismes MAC 802.11 (31/31) Cryptage WEP Limites du WEP :
11/04/2017 Mécanismes MAC (31/31) Cryptage WEP Limites du WEP : Clé statique (pas d ’utilitaire pour changer) Initialisation Vecteur (24 bits) en clair => seulement 224 graines pour RC4 car clé statique donc Sequence Key Integrity Check Value linéaire donc faible => possibilités de changer des bits dans données et de changer ICV pour qu ’il soit correct

Agenda Mode de fonctionnement des WLAN 802.11 couche MAC

Limites de 802.11 pour la QoS (1/2)
11/04/2017 Limites de pour la QoS (1/2) Problèmes liés à DCF Best Effort => aucune garantie Pas de priorité pour stations se disputant accès au canal L ’accès à Contention cause des collisions, des pertes et engendre des délais variables , ces problèmes augmentent avec le nombre de stations Lorsqu’une station prend le canal, elle peut émettre une trame qui peut être de longueur variable => pas de contrôle sur temps d ’occupation

Limites de 802.11 pour la QoS (2/2)
11/04/2017 Limites de pour la QoS (2/2) Problèmes de PCF Coexistence avec DCF : si au moment de commencer CFP, le canal occupé, on attend et CFP est rétréci => pas d ’accès périodique pour les stations de la polling liste Lorsque AP donne la parole, station peut émettre une trame plus ou moins longue => pas de contrôle sur les temps de parole et pas de garantie d ’accès périodique Méthode interrogation round robin pas efficace pour différenciation de trafic

Agenda Mode de fonctionnement des WLAN 802.11 couche MAC

802.11e et les nouveaux mécanismes (1/24)
11/04/2017 802.11e et les nouveaux mécanismes (1/24) 1 seule fonction d ’accès : Hybrid Coordination Function (HCF) Améliorations de DCF => EDCF (pendant CP) Amélioration de la méthode de Polling (pendant CP ou CFP) seulement en mode infrastructure Direct Link Protocol Block Acknowledgement Mechanism Economie d ’énergie (Etude Basée sur le draft IEEE e de février 2003)

11/04/2017 802.11e et les nouveaux mécanismes (2/24) Hybrid Coordination Function Polling EDCF DCF Pendant CFP ou CP CP HCF PCF Mode ad hoc : EDCF seulement Mode infrastructure : 2 possibilités EDCF+Polling (PCF inclus dans polling donc compatibilité )

11/04/2017 802.11e et les nouveaux mécanismes (3/24) Hybrid Coordination Function 2 types de trafic supportés selon Traffic IDentifier trafic avec priorités => TID de 0 à 7 (tag 802.1d) trafic paramétré => TID de 8 à 15 (on parle de TSID) 2 méthodes d ’accès au canal: Accès compétition ou Enhanced DCF => priorités Polling par AP (mode infrastructure) appelé Hybrid Coordinator (HC) => trafic paramétré Opportunités transmission et bursting

11/04/2017 802.11e et les nouveaux mécanismes (4/24) Hybrid Coordination Function Enhanced DCF Trafic arrive avec TID de 0 à 7 => définit des Traffic Category (TC) dans une même station TC sont mappés dans 4 files : Access Category (AC) Chaque AC fait DCF avec des paramètres différents Inter trames (DIFS en DCF, AIFS[AC] en EDCF) taille fenêtre backoff (Cwmin[AC], Cwmax[AC]) augmentation de fenêtre backoff propre (Cw x PF[AC]) => permet de garantir un accès suivant les priorités

11/04/2017 802.11e et les nouveaux mécanismes (5/24) Hybrid Coordination Function Enhanced DCF mapping

11/04/2017 802.11e et les nouveaux mécanismes (6/24) Hybrid Coordination Function Enhanced DCF : deux AC dans une même station Canal libre Fin échange précédent AC2 backoff AIFS[AC1] AIFS[AC2] trame AC1 backoff AIFS[AC1] trame AIFS[AC2]<AIFS[AC1], Cwmin[AC2]<Cwmin[AC1] AC2 prioritaire

11/04/2017 802.11e et les nouveaux mécanismes (7/24) Hybrid Coordination Function Enhanced DCF deux AC dans même station file i prioritaire sur j Fenêtres backoff Cwmin[i]<Cwmin[j] Cwmax[i]<Cwmax[j] CW[i] CW[j] AIFS[j] j AIFS[i] i Canal occupé

11/04/2017 802.11e et les nouveaux mécanismes (8/24) Hybrid Coordination Function Enhanced DCF En cas de collision entre deux AC dans même station, un scheduler donne le canal au TC prioritaire et autre TC fait une retransmission Les AC se comportent comme des stations virtuelles au sein d’une même station Chaque AC est une variante de DCF

11/04/2017 802.11e et les nouveaux mécanismes (9/24) Hybrid Coordination Function Accès Polling : Négociation trafic Trafic contient un TID de 8 à 15 => négocier paramètres requis par l’application Paramètres : débit, temps supportable entre deux émissions, délais supportés, longueur nominales trames... Négociation avec HC (scheduler dans HC) par trames Action Création flux (logique) pour une application si négociation OK => traffic stream (TS)

11/04/2017 802.11e et les nouveaux mécanismes (10/24) Hybrid Coordination Function création Traffic Stream (uplink/downlink) TS a une direction => 2 TS pour uplink et downlink (initié par la station) Trafic with TID=8…15 MAC layer MAC layer TSPEC Scheduler QoS Station ADDTS request QoS AP TSPEC Schedule elt Status ADDTS response

11/04/2017 802.11e et les nouveaux mécanismes (11/24) Hybrid Coordination Function Accès Polling : HC fait polling aux instants prévus pendant négociations Traffic stream => interrogations périodiques Polling pendant CP ou CFP Polling de stations non-QoS possible (compatibilité) pendant CFP Prise contrôle canal par HC pour polling en utilisant PIFS

11/04/2017 802.11e et les nouveaux mécanismes (12/24) Hybrid Coordination Function Transmission Opportunities (TXOP) Période prédéfinie pendant laquelle station a droit émission Obtenu par accès EDCF => EDCF-TXOP durée dépend de AC et est donnée dans les beacons ou probe req Par Polling des TS => Polled-TXOP (durée dans CF_Poll) Protégé par NAV et ne doit jamais être dépassé Si une station n ’a pas de temps dans TXOP ou a fini émission, envoi trame QoS Null (avec soit queue=0 soit durée = durée nécessaire -> demande TXOP plus long)

11/04/2017 802.11e et les nouveaux mécanismes (13/24) Hybrid Coordination Function Contention Free Burst (CFB) mécanisme consistant à émettre plusieurs trames pendant TXOP (EDCF bursting pour EDCF-TXOP) EDCF-TXOP Data1 Data2 Data3 SIFS Ack

11/04/2017 802.11e et les nouveaux mécanismes (14/24) Hybrid Coordination Function EDCF-TXOP et CFB EDCF-TXOP Canal libre SIFS SIFS AIFS[ACi] ACi backoff D1 D2 ACK AP NAV Autres stations Durée TXOP Limit contenue dans les beacons ou probe response

11/04/2017 802.11e et les nouveaux mécanismes (15/24) Hybrid Coordination Function EDCF-TXOP et CFB EDCF-TXOP Canal libre AIFS[ACi] PIFS ACi backoff D1 D1 …... NAV Autres stations D1 n ’est pas acquitté par HC, retransmission après PIFS

11/04/2017 802.11e et les nouveaux mécanismes (16/24) Hybrid Coordination Function EDCF-TXOP et CFB NAV Slot time EDCF-TXOP Canal libre PIFS SIFS SIFS D1 D2 …... AP ACK Autres stations D1 et D2 ne sont pas forcément destinés à la même station Les stations recevant des données devant être acquittées envoient ACK

11/04/2017 802.11e et les nouveaux mécanismes (17/24) Hybrid Coordination Function Polled-TXOP et CFB Polled-TXOP Canal libre PIFS SIFS SIFS SIFS AP Poll D2 +ACK D1 ACK Station interrogée Station utilise champs QoS Control de QoS CF_Ack si veut changer ses besoins

11/04/2017 802.11e et les nouveaux mécanismes (18/24) Direct Link Protocol En mode infrastructure, 2 stations peuvent se parler directement (sans passer par AP) Initialisation du Direct Stream par une station et passe par AP => gestion Power Saving mode Une fois le lien créé, les stations communiquent directement et l’initiateur peut tester ce lien Si lien inactif pendant timeout, trafic repasse par AP

11/04/2017 802.11e et les nouveaux mécanismes (19/24) Direct Link Protocol DLP request stations, -capabilities, -supported rates AP DLP request stations, -capabilities, -supported rates DLP response stations -capabilities - supported rates - status DLP response stations -capabilities - supported rates - status Timeout Si une station ne reçoit rien pendant timeout, direct stream terminé Station1 Station2 DLP Probes

11/04/2017 802.11e et les nouveaux mécanismes (20/24) Block Acknowledgement Possibilité d’agréger les ACK pour plusieurs trames Toutes les trames du bloc sont séparées par SIFS Lorsque émission terminée, source demande ACK Initialisation par demande au récepteur qui accepte (dit la taille des buffers alloués) ou refuse; fin si plus utile, ou après timeout sans réception Signalé par Ack policy de header des trames QoS

11/04/2017 802.11e et les nouveaux mécanismes (21/24) Block Acknowledgement Block Ack contient un bitmap qui liste les trames reçues Toute trame non reçue est réémise Une station ayant initialisé le mécanisme peut utiliser Ack normal (indiqué dans champ Ack policy QoS control) puis repasser en mode par bloc Block Acknowledgement peut être « immediate » ou « delayed »

11/04/2017 802.11e et les nouveaux mécanismes (22/24) Block Acknowledgement immediate

11/04/2017 802.11e et les nouveaux mécanismes (23/24) Block Acknowledgement delayed

11/04/2017 802.11e et les nouveaux mécanismes (24/24) Economie d ’énergie mécanismes supplémentaires Station prévient HC qu ’elle veut faire économie d ’énergie lors (ré)association ou par trame APSD QoS Action => contiennent wakeup period de la station Station PS indique son mode par bit de header Mac et AP conserve messages (avec les priorités et ordre d ’arrivée) Station en PS mode => réveil périodique pour recevoir (D)TIM et reste éveillée si message pour elle Station ayant un TS reçoit ses trames lors du Service

QUESTIONS ?

802.11e et les nouveaux mécanismes
11/04/2017 802.11e et les nouveaux mécanismes Hybrid Coordination Function TSPEC ? Nominal/Max MSDU size Min/Max service interval Inactivity Interval Min/Mean/Min PHY/Peak data rate Delay Bound => permet au scheduler de HC de calculer un Schedule element et de répondre oui/non/propose alternative à station hhhhhhh

802.11e et les nouveaux mécanismes
11/04/2017 802.11e et les nouveaux mécanismes Hybrid Coordination Function Schedule element ? Min/Max Service Interval Min TXOP duration Max TXOP duration Specification Interval => indique à station quand elle sera interrogée si un TS est créé hhhhhhh

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