Função de Coordenação Distribuída DCF

A DCF é o mecanismo básico de acesso ao meio do padrão IEEE 802.11 e é base- ado no protocolo CSMA/CA (Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance). O CSMA funciona com uma estação “escutando” o meio antes de transmitir (Carrier Sen-

sing). Caso o meio esteja livre por pelo menos um período DIFS, a estação transmite o

dado e todas as outras estações aguardam até que o meio fique livre novamente por um período DIFS (ver Figura 2.4). Caso contrário, se o meio está ocupado, a estação aguarda um tempo arbitrário, denominado backoff, que é utilizado para evitar colisões (Collision

Avoidance), pois determina o tempo que uma estação deve aguardar para verificar se o

meio está livre novamente.

Figura 2.4: Mecanismo de acesso básico DCF.

O tempo de backoff é um valor uniformemente distribuído definido no intervalo de zero ao valor da Janela de Contenção - CW (Contention Window). Na primeira tentativa de transmissão, o valor de CW é definido com o valor mínimo da janela de contenção, CW- min (Contention Window Minimum). A cada transmissão sem sucesso, o tempo máximo do intervalo é dobrado, através da equação (2 x (CW + 1) -1), crescendo exponencial- mente até chegar ao valor máximo da janela de contenção, CWmax (Contention Window

Maximum), conforme mostra a Figura 2.5. Entretanto, a cada transmissão com sucesso,

o valor de CW é atualizado com o valor de CWmin. Os valores de CWmin e CWmax são definidos de acordo com a camada física do padrão em uso (ver Tabela 2.3).

Figura 2.5: Crescimento exponencial da Janela de Contenção - CW.

Uma vez que uma estação tenha iniciado o seu tempo de backoff, após o meio ter sido “escutado” e estar livre por um período DIFS, a estação começa a decrementá-lo a cada slot de tempo. Caso o meio se torne ocupado novamente, durante este período de

backoff, a estação pausa a contagem do tempo, que só será retomada quando o meio

estiver livre por um período DIFS novamente. Assim, a estação só conseguirá transmitir os dados quando o seu tempo de backoff chegar a zero.

Enquanto uma nova estação tem que escolher um novo tempo de backoff, a estação que tentou transmitir primeiro continua a contagem decrescente do seu backoff pausado ao invés de escolher um novo. Assim, uma estação que esperou mais tempo tende a ter vantagem sobre outra que tentou acessar o meio depois dela, uma vez que a mesma só terá que esperar o restante do seu tempo de backoff [FAROOQ & RAUF, 2006]. A Figura 2.6 ilustra o funcionamento deste esquema.

Figura 2.6: Exemplo do funcionamento do mecanismo de acesso DCF com o

procedimento de backoff.

Na Figura 2.6 existem três estações tentando transmitir os seus pacotes, em tempos diferentes, conforme indicam as setas vermelhas. A estação 3, foi a primeira a ocupar o

2.3. CAMADA DE ACESSO AO MEIO DO PADRÃO IEEE 802.11 15

meio após tê-lo escutado e o mesmo estar livre por um DIFS. Entretanto, durante a trans- missão desta estação, as estações 1 e 2 tentaram enviar os seus pacotes, porém o meio estava ocupado. Desta forma, foi gerado um backoff para cada uma das duas estações. Após o término da transmissão da estação 3, a mesma também teve um novo backoff. Como o tempo de backoff da estação 1 foi o menor, então a mesma teve prioridade em transmitir o seu pacote. Assim, as estações 2 e 3 pausaram os seus tempos até o meio ficar livre novamente.

De acordo com FAROOQ & RAUF (2006), o mecanismo Collision Avoidance não evita totalmente a ocorrência de colisões. Estas poderão ocorrer se os tempos de backoff de duas ou mais estações chegarem a zero ao mesmo tempo (Figura 2.6, onde as estações 1 e 2 tentam transmitir o segundo quadro) ou se, por coincidência, as estações obtiverem o mesmo tempo de backoff.

Em se tratando de uma transmissão sem sucesso, caso uma estação não receba a confirmação da recepção do pacote enviado, a mesma assume que uma colisão ocorreu e inicia um tempo de backoff novamente. Entretanto, o novo backoff é definido através do valor dobrado de CW. Com este novo valor, a probabilidade de ocorrer uma nova colisão é reduzida, uma vez que a probabilidade de colisão é inversamente proporcional ao tamanho da janela de contenção, ou seja, quanto menor o CW, maior a chance de ocorrer uma colisão e vice-versa.

2.3.2.1 Mecanismo RTS/CTS

O mecanismo RTS/CTS é utilizado para resolver o problema da estação oculta (hidden

station), que ocorre quando uma estação é capaz de receber o sinal de outras duas na

vizinhança, porém estas duas estações emissoras não conseguem captar o sinal uma da outra [AFONSO, 2004].

Este mecanismo é opcional e funciona através da troca de quadros de controle RTS (Request to Send), enviado pelo transmissor, e CTS (Clear to Send), enviado pelo recep- tor. Quando o transmissor deseja transmitir os seus dados, faz o pedido do meio através do envio do quadro RTS e aguarda a resposta do receptor através do quadro CTS, in- formando que o meio está livre. Caso o quadro CTS não seja recebido após o envio de um RTS, a estação transmissora inicia o tempo de backoff para a retransmissão desse quadro RTS. Entretanto, caso os quadros RTS e CTS tenham sido enviados e recebidos, respectivamente, com sucesso, os dados podem ser transmitidos após um período de SIFS, conforme está ilustrado na Figura 2.7.

Os quadros de RTS e CTS incluem a duração de uma sequência completa de troca de quadros, inclusive de SIFS e Ack. Após receber os quadros RTS e CTS, todas as estações que estiverem ao alcance do transmissor e do receptor, ativam os seus NAVs (Network

Allocation Vector). O NAV funciona como um temporizador que inibe outras estações de

transmitirem dados durante uma transmissão corrente. Uma estação só poderá transmitir ao término do tempo do seu NAV.

Colisões podem ocorrer quando um quadro RTS é transmitido por duas ou mais esta- ções ao mesmo tempo, acarretando na não recepção do quadro CTS. Nesta situação, a estação aguarda um tempo à espera da chegada do quadro CTS (CTS timeout). Caso o mesmo não chegue, o quadro RTS é retransmitido [FAROOQ & RAUF, 2006].

Como geralmente o tamanho dos quadros RTS são pequenos, quando comparados aos quadros de dados, o mecanismo RTS/CTS provê uma recuperação mais rápida em caso de colisões, pois o transmissor sabe quando ocorreu a falha (ausência do quadro CTS) e retransmite com mais rapidez o pacote RTS. Já no caso dos quadros de dados, a retransmissão demoraria mais tempo uma vez que são maiores [DEMARCH, 2007].

Devido a isso, o mecanismo RTS/CTS só é indicado para uso quando as estações transmitem quadros grandes. Caso contrário, a sua utilização eleva o overhead da rede [AFONSO, 2004; FAROOQ & RAUF, 2006; DEMARCH, 2007].