Giới thiệu chung về ieee 802.11 và ieee 802.11n

LỜI NÓI ĐẦU Ngày nay khi xã hội ngày càng phát triển, con người càng ngày càng có nhiều phương tiện hơn trong việc thỏa mãn nhu cầu ngày càng cao về sinh hoạt và công việc. Sự phát triển các ứng dụng công nghệ như mạng viễn thông ngày càng được quan tâm. Dần dần xu hướng con người sử dụng mạng viễn thông mọi lúc mọi nơi với nhiều nhu cầu khác nhau. Do vậy việc sử dụng mạng vô tuyến đã trở nên là một điều tất yếu trong xã hội hiện đại. Các chuẩn mạng không dây cho tới nay đã thỏa mãn phần nào nhu cầu của con người. Đó là sự xuất hiện của các chuẩn mạng không dây IEEE 802.11 a/b/ Tuy nhiên theo thời gian và sự phát triển của xã hội đòi hỏi phải có những mạng không dây đạt được các yêu cầu di động, độ tin cậy, tính sẵn sàng, thông lượng và bảo mật tốt. Nhận thấy điều đó tổ chức IEEE đã thành lập TGn năm 2004 với mục đích xây dựng một chuẩn 802.11n mới đáp ứng nhu cầu về thông lượng có thể lên tới 600 Mbps. Báo cáo này sẽ giới thiệu các đặc tính cơ bản của 802.11n ở lớp MAC trong tầng liên kết dữ liệu. Báo cáo được trình bày thành 3 chương: Chương I: Giới thiệu chung về IEEE 802.11 và 802.11n. Chương II: Giới thiệu các chức năng và hoạt động của 802.11n ở lớp MAC. Chương III: Cải tiến thông lượng mạng trong 802.11n. Cuối cùng chúng em xin chân thành cảm ơn sự hướng dẫn và tạo điều kiện của thầy Hoàng Trọng Minh trong quá trình chúng em làm báo cáo này. Mục lục LỜI NÓI ĐẦU . 1 Mục lục hình vẽ 4 Danh mục thuật ngữ viết tắt . 6 CHƯƠNG I . 8 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ IEEE 802.11 VÀ 802.11n. 8 1.1 QUÁ TRÌNH HÌNH THÀNH VÀ RA ĐỜI CÔNG NGHỆ KHÔNG DÂY. . 8 1.2 LỊCH SỬ HÌNH THÀNH CỦA 802.11. . 12 1.3 LỊCH SỬ HÌNH THÀNH VỀ THÔNG LƯỢNG TỐC ĐỘ CAO VÀ CHUẨN 802.11n.15 1.3.1 Nhóm nghiên cứu thông lượng tốc độ cao. . 15 1.3.2 Các thiết bị cầm tay (handheld devices) 15 1.3.3 Môi trường và ứng dụng với 802.11n . 16 1.4 KẾT LUẬN 20 CHƯƠNG II . 21 PHÂN LỚP MAC TRONG CHUẨN 802.11n . 21 2.1 PHÂN LỚP GIAO THỨC 22 2.2 CÁC CHỨC NĂNG ĐIỀU KHIỂN . 23 2.2.2 Dò quét 24 2.4.1 Khoảng cách liên khung ngắn SIFS (The short interframe space) 33 2.4.2 Khe thời gian (Slot time) 34 2.4.3 Khoảng cách liên khung PIFS của PCF (The PCF interframe space) . 34 2.5 TRAO ĐỔI KHUNG DỮ LIỆU VÀ KHUNG ACK XÁC NHẬN. . 35 2.5.1 Phân đoạn khung (Fragmentation) 36 2.6 HIỆN TƯỢNG ẨN NÚT (HIDDEN NODE) 39 2.6.1 Network allocation vector (Vecto định vị mạng) 39 2.7 TĂNG CƯỜNG TRUY NHẬP KÊNH PHÂN TÁN 41 2.7.1 Thời điểm truyền tải . 43 2.7.3 Các tham số truy cập EDCA . 44 2.7.4 Khoảng cách liên khung mở rộng EIFS (Extended Interframe Space) 45 CHƯƠNG III 50 3.1 NHỮNG LÝ DO CHO SỰ CẢI TIẾN 50 3.1.1 Thông lượng cao mà không cần thay đổi MAC. 50 3.1.2 Những cải tiến thông lượng của lớp MAC. . 52 3.1.3 Thông lượng với các cải tiến hiệu quả ở lớp MAC. . 54 Giới thiệu chung về IEEE 802.11 và IEEE 802.11n 3.2 Móc nối,liên hợp (Aggregation) 54 3.2.1 Liên hợp các MSDU (AMSDU) 55 3.2.2 Liên hợp các MPDU (AMPDU) 56 3.2.3 Móc nối PSDU (APSDU) . 59 3.3 Xác nhận khối (Block Acknowledgement) 60 3.3.1 ACK xác nhận khối tức thời và trễ . 60 3.3.2 Sự khởi tạo phiên ACK xác nhận khối 62 3.3.3 Truyền dữ liệu ở phiên Ack xác nhận khối . 63 3.3.4 Làm đứt (tear down) phiên ACK xác nhận khối 64 3.3.5 Chính sách ack xác nhận thông thường trong một bất liên hợp (nonaggregate). . 64 3.3.6 Quá trình hoạt động của bộ đệm tái sắp xếp. . 64 3.4 Ack xác nhận khối tức thời thông lượng cao (HTimmediate block ack) 66 3.4.1 Chính sách của Normal Ack trong một quá trinh liên kết khung. 66 3.4.2 Nén ack xác nhận khối . 67 3.4.3 Trạng thái đầy đủ và một phần của ack xác nhận khối. . 68 3.5 HT Ack xác nhận khối trễ . 73 3.5.1 Các chuỗi TXOP trong HT ack xác nhận khối trễ. 74 3.6 Kết Luận . 74 KẾT LUẬN 79 Tài liệu tham khảo 80

pdf77 trang | Chia sẻ: lvcdongnoi | Ngày: 29/06/2013 | Lượt xem: 2733 | Lượt tải: 4download
Bạn đang xem nội dung tài liệu Giới thiệu chung về ieee 802.11 và ieee 802.11n, để tải tài liệu về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
S Data. Khung dữ liệu QoS có các trường giống như khung dữ liệu chính quy nhưng bao gồm phần thêm vào của trường QoS Control. Trường QoS Control mang nhiều trường con khác nhau cho việc quản lý QoS và các tính năng khác. 2.8 BÁO NHẬN KHỐI Các giao thức xác nhận khối, được giới thiệu trong 802.11e bổ sung , cải thiện hiệu quả bằng cách cho phép chuyển giao một khối dữ liệu được thừa nhận với 1 khối báo nhận (BA) thay vì một gói tin ACK cho mỗi khung dữ liệu cá nhân. Không giống như các cơ chế ghi nhận bình thường , cơ chế báo nhận khối là phiên định hướng và một trạm phải thiết lập một phiên ghi nhận khối với trạm ngang hàng của nó đối với mỗi bộ định danh lưu lượng (TID) cho mỗi khối dữ liệu truyền qua. Một phiên ghi nhận khối cụ thể xác định bởi các bộ . Chuẩn 802.11e bổ sung giới thiệu 2 giao thức xác nhận khối : báo nhận khối ngay lập tức và báo nhận khối trễ. Hai giao thức khác nhau trong cách quản lý trao đổi khung điều khiển báo nhận khối. Trong báo nhận khối ngay lập tức, khung yêu cầu báo nhận khối (BAR) yêu cầu khung báo nhận khối (BA) trả lời ngay lập tức, tức là BA sẽ được trả về trong SIFS trong BAR nhận được và do dó trong cùng 1 TXOP. Với báo nhận khối trễ, BAR được gửi trong một TXOP và khung BA trả lời được gửi lại trong TXOP tiếp theo. Báo nhận khối ngay lập tức cho phép độ trễ thấp hơn và cải thiện hiệu suất so với báo nhận khối trễ. Báo nhận khối được kích hoạt trong 1 hướng cho 1 TID riêng biệt với việc trao đổi ADDBA Request và ADDBA Response. Các trạm cần gửi dữ liệu sẽ gửi 1 ADDBA Request tới trạm sẽ nhận dữ liệu. Bên nhận sẽ báo đã nhận được ADDBA Request bằng khung ACK và trả lời lại bằng 1 khung ADDBA Response, sau đó sẽ nhận lại 1 khung ACK báo nhận được khung ADDBA Response từ bên phát. Việc trao đổi ADDBA cho phép bên gửi và bên nhận trả đổi các thông tin như dung lượng bộ đệm. Để hủy phiên Phân lớp MAC trong chuẩn 802.11n 47 báo nhận khối, bên gửi hoặc bên nhận sẽ gửi 1 khung yêu cầu DELBA, mà nếu nhận được sẽ báo lại cho bên kia bằng khung ACK. Việc truyền các khối dữ liệu diễn ra như sau. Bên gửi truyền 1 hoặc nhiều khung QoS Data được đánh địa chỉ tới bên nhận và TID của phiên báo nhận khối. Trường Ack Policy được đặt bằng Block Ack. Các khối dữ liệu không cần truyền theo thứ tự và có thể bao gồm các khung truyền lại. Bên nhận có trách nhiệm sắp xếp lại các khối dữ liệu theo thứ tự cho các lớp cao hơn và thực hiện việc này bằng bộ đệm sắp xếp lại. Bên nhận sẽ giữ các khối trong bộ đệm sắp xếp cho đến khi đầy. Bên gửi giới hạn phạm vi số thứ tự sao cho không bị tràn bộ đệm của bên nhận. Sau khi gửi một khối các khung dữ liệu, người gửi tạo một khung Block Ack Request (BAR). Khung BAR thực hiện hai chức năng: đưa khung dữ liệu vào bộ đệm tái sắp xếp của bên nhận và nhận về khung BA. Bộ đệm sắp xếp lại của bên nhận có thể nhận dữ liệu vào thông qua các lỗ trống trong khoảng số thứ tự do MSDU mà không thông qua sau khi đã hết bộ đếm truyền lại. Khung BAR bao gồm một trường Starting Sequence Control bao gồm số thứ tự của các MSDU lâu nhất trong khối báo nhận. MSDUs trong bộ đệm của người nhận với số thứ tự với số đứng trước được gửi tới lớp LLC ( nếu đầy đủ) hoặc loại bỏ nếu bị thiếu. Các khung BA chứ 1 bitmap đại diện cho trang thái báo nhận của khung dữ liệu nhận được khởi đầu bằng số thứ tự bắt đầu của khung BA. Khi nhận được khung BA, bên gửi loại bỏ khung dữ liệu báo nhận và sắp lại hàng đợi cho các khung tin chưa được báo nhận để truyền lại. Bên gửi cũng có thể loại bỏ các khung tin đã truyền lại hoặc đã hết thời hạn tồn tại. Với 1 phiên báo nhận, bên gửi vẫn có thể thu hút khung ACK cho khung QoS Data bằng cách đặt trường Ack Policy bằng Normal Ack. 2.8.1. Trao đổi các khối khung dữ liệu Trao đổi các khối khung dữ liệu sử dụng giao thức báo nhận ngay lập tức minh họa trong hình 2.24 (a) với STA 1 truyền đến STA 2. Sau giai đoạn ganh đua, STA 1 chiếm được TXOP. Là 1 cơ chế phát hiện va chạm và để đặt NAV ở trạm láng giềng, STA 1 thực hiện trao đổi khung ngắn, trong trường hợp này là RTS/CTS. Sau đó STA 1 gửi 1 khung dữ liệu quay lại với SIFS truyền riêng cho đến giới hạn của TXOP. Phân lớp MAC trong chuẩn 802.11n 48 Hình 2.24 (a) Trao đổi các khối khung dữ liệu Vì nó có nhiều dữ liệu hơn để gửi, STA 1 lần nữa truy cập thiết bị không dây và chiếm 1 TXOP. Trao đổi RTS / CTS thực hiện một lần nữa, tiếp theo là các khung còn lại trong khối được gửi như một gói tin quay lại. STA 1 sau đó gửi một khung BAR, thu hút 1 khung BA trả lời từ STA 2. Khung BA trả lời cho biết đã nhận được các khung dữ liệu trong khối. Hình 2.24 (b)Phát hiện đụng độ bằng trao đổi Data/ACK Để thay thế cho các trao đổi RTS/CTS, STA 1 có thể trao đổi Data/ACK với STA 2 để phát hiện đụng độ, minh họa trong hình 2.24 (b). cần phải phát hiện đụng độ thông qua 1 trong các cơ chế này để đảm bảo thông lượng qua mạng trong suốt thời gian TXOP. Trao đổi Data/ACK cung cấp thêm giới hạn bảo vệ gần máy phát (do điều chế bậc cao hơn được sử dụng cho các khung dữ liệu), nhưng hiệu quả hơn so với trao đổi RTS / CTS mà không có chuyển giao thông tin diễn ra. Phân lớp MAC trong chuẩn 802.11n 49 Cần lưu ý rằng việc chuyển giao khối độc lập với TXOP. Khối chuyển giao có thể xảy ra trên nhiều TXOP hoặc nó có thể được chứa trong một TXOP duy nhất. 2.9 KẾT LUẬN Chương II đã giới thiệu về các chức năng, cách thức hoạt động của 802.11 và 802.11n trong lớp MAC của tầng liên kết dữ liệu. Để hiểu rõ hơn sự vượt trội của 802.11n so với các chuẩn ra đời trước đó như a,b,g, ở chương III sẽ giới thiệu rõ hơn về các cải tiến trong kỹ thuật truy nhập kênh cũng như ưu và nhược điểm của các phương pháp đó. Các cải tiến thông lượng ở lớp MAC 50 CHƯƠNG III CÁC CẢI TIẾN VỀ THÔNG LƯỢNG Ở LỚP MAC 3.1 NHỮNG LÝ DO CHO SỰ CẢI TIẾN Từ lúc chuẩn 802.11 được hoàn thành, một số tính năng mới của tầng vật lý được ra đời và giới thiệu. Ngoài ra 802.11e còn được bổ sung thêm với các chức năng liên quan tới chất lượng dịch vụ QoS như khái niệm TXOP và khối xác nhận, góp phần nâng cao hiệu suất của lớp MAC. Tuy nhiên những cải tiến của lớp MAC thì lại khá ít, và với tiềm năng cho hiệu suất cao hơn đáng kể ở tầng vật lý người ta đã sớm nhận ra các giao thức ở lớp MAC hiện có quy mô không tốt với tốc độ dữ liệu ở tầng vật lý. 3.1.1 Thông lượng cao mà không cần thay đổi MAC Hình 3.1 Thông lượng và tốc độ truyền tầng vật lý giả định khi chưa có thay đổi ở lớp MAC (giới hạn 3ms/TXOP, xác nhận khối (block ack), 10% mất gói (PER)). Tỉ lệ nghèo nàn của thông lượng trên lớp MAC với tốc độ truyền dữ liệu vật lý được minh họa trong hình 3.1. Thông lượng lý thuyết được đưa ra cho các dữ liệu đơn hướng (unicast) từ một trạm gửi từ một trạm khác, giả sử 3 ms TXOP, giao thức xác Các cải tiến thông lượng ở lớp MAC 51 nhận khối, và tỷ lệ 10% lỗi (packet error rate: PER). Khi tốc độ truyền dữ liệu vật lý được tăng lên vượt quá 54 Mbps tốc độ dữ liệu cao điểm của 802.11a / g, thông lượng bắt đầu trững lại. Một hệ thống 40 MHz 2 × 2 với một tốc độ truyền dữ liệu vật lý là 270 Mbps chỉ đạt 92 Mbps trên lớp MAC. Tệ hơn, một hệ thống 40 MHz 4 × 4 với tốc độ truyền dữ liệu vật lý 540 Mbps cũng chỉ đạt được gần như chính xác thông lượng tương tự. Ở hình 3.2, việc tổng hợp các thống kê và khoảng cách liên khung IFS cho thấy sự suy giảm hiệu quả với tỉ lệ nghịch với chiều tăng tốc độ truyền dữ liệu. Không chỉ với riêng trường hợp thống kê này, phần lớn của thời gian trên không khí tải trọng dữ liệu truyền đi ngắn hơn khoảng thời gian tồn tại, nếu không ban đầu cần phải được hỗ trợ nhiều luồng hơn trên môi trường truyền tốc độ cao để thêm vào phần tổng hợp. Nhìn tổng quan tương đối về đoạn đầu của một khung thông thường 1500 byte được mô tả trong hình 3.3 cho một sự lựa chọn tốc độ truyền. Khi tải trọng nhận ngắn hơn và độ dài đoạn đầu tăng trong khoảng thời gian, ta thấy sự rút ngắn, giảm thời gian trong không khí chiếm bởi một khung. Rõ ràng những thay đổi là cần thiết để nâng cao hiệu quả nếu các ứng dụng này được cho thấy tăng đáng kể thông lượng. Hình 3.2 Hiệu quả ở lớp MAC và tốc độ truyền tầng vật lý giả định khi chưa có thay đổi ở lớp MAC (giới hạn 3ms/TXOP, xác nhận khối (block ack), 10% mất gói (PER)). Các cải tiến thông lượng ở lớp MAC 52 Hình 3.3 Tổng quan tương đối về đoạn đầu của một khung 1500 byte trên các tốc độ vật lý khác nhau. 3.1.2 Những cải tiến thông lượng của lớp MAC. Bổ sung cho 802.11n đã phát triển một số cải tiến đơn giản để 802.11e của lớp MAC tăng đáng kể hiệu quả. Một số cải tiến này bạn có thể xem trên hình 3.4. Hai dòng đầu tiên trong hình 3.4 cho thấy dòng dữ liệu truyền liên tục (data bursting) trong một TXOP, các đặc tính này được hỗ trợ bởi 802.11e cải tiến. Ở dòng thứ nhất sử dụng khung ACK xác nhận bình thường với dòng dữ liệu truyền liên tục còn dòng thứ 2 lại sử dụng khối xác nhận ACK tức thời. Giao thức khối ACK xác nhận cho phép các khung dữ liệu được tập hợp lại với nhau và đây chính là chia khóa để làm tăng hiệu quả trong 802.11n. Hình 3.4 Các cải tiến cơ bản của thông lượng trong 802.11 MAC. Các cải tiến thông lượng ở lớp MAC 53 Hình 3.5 Thông lượng và tốc độ truyền vật lý với các cải tiến cơ bản ở lớp MAC (giới hạn 3ms/TXOP, xác nhận khối (block ack), 10% mất gói (PER)). Một cải tiến đơn giản dưới khối xác nhận ACK là làm giảm khoảng cách liên khung (Reduce inter-frame space:RTFS) để truyền liên tiếp trong dòng dữ liệu liên tục. Lúc trạm vẫn còn đang ở mức truyền tín hiệu trong khoảng thời gian truyền liên tục thì không cần đến SIFS dài giữa các khung tin, do vậy khoảng thời gian đó sẽ được điều chỉnh để phù hợp. Với cách truyền liên tiếp như vậy, khoảng cách liên khung IFS chỉ cần độ dài vừa đủ để bên nhận có thể nối lại tín hiệu mới nhận được. Bước tiếp theo xa hơn những điều trên, ta có thể loại bỏ các khoảng cách liên khung IFS, để phần đầu chung và các khung dữ liệu ghép nối này sẽ được truyền một lần. Trong 802.11n đây được gọi là sự kết hợp (aggregation) và đây cũng là một cải tiến then chốt được giới thiệu trong 802.11n MAC. Các cải tiến thông lượng ở lớp MAC 54 Thêm một cải tiến nữa là xem như móc nối khung BAR vào với các khung dữ liệu, tăng cường hiệu quả. Tuy nhiên cách này làm giảm đi sự liên tục vì khung BAR được truyền cuối cùng của tổ hợp các khung truyền và ở tốc độ truyền hơn là tăng cường MCS được dùng cho điều khiển các khung. Thay vì cách này, nên coi rằng một chức năng của khung BAR – nên là một khung BA – nên được chạy bằng một bit piggybacked trên mỗi khung dữ liệu được đang được nối lại. Thay đổi này làm tăng cả hiệu quả vì nó sẽ loại bỏ điểm lỗi trên khung BAR khi gửi tại điểm cuối của sự truyền gộp này và tốc độ truyền dữ liệu. Miễn là một trong các khung dữ liệu tạo thành tập hợp được thông qua, bên nhận sẽ trả lời với một khung BA. Nhận thấy rằng sự phân mảnh có lợi chút ít ở truyền tốc độ cao, đặc biệt là khi móc nối các khung dữ liệu đang được thực hiện, nó cũng có thể để giảm kích cỡ của khung BA. Nén khung BA để nó chỉ xác nhận MSDU và không phân mảnh MSDU để tăng hiệu quả hơn nữa. 3.1.3 Thông lượng với các cải tiến hiệu quả ở lớp MAC. Với các cải tiến hiệu quả trên ở lớp MAC, hệ thống 802.11n có thể thực hiện như trong hình 3.5. Chú ý rằng thông lượng bây giờ tỷ lệ gần như là tuyến tính với tốc độ vật lý truyền dữ liệu chủ yếu nhờ kết quả của việc móc nối khung dữ liệu, tính đến cả dữ liệu được truyền đi trong giới hạn TXOP. Ẩn khung BAR đi và sử dụng nén khung BA sẽ mang lại hiệu quả hơn. Thông lượng 100 Mbps tối đa ở lớp MAC bây giờ có thể đạt được dễ dàng với một tốc độ truyền vật lý khoảng 130 Mbps, đạt được trên băng thông 20 MHz với hai luồng không gian hoặc trên băng thông 40 MHz với một luồng không gian. Hiệu quả tăng lên rõ rệt ở hình 3.6. Hiệu quả lớp MAC giữa 70% và 80% khi tốc độ truyền vật lý đạt tối đa. Trong thực tế, hiệu quả được tăng cường trên 802.11e thậm chí ở tốc độ truyền trước đây như 54 Mbps hay thấp hơn. 3.2 MÓC NỐI LIÊN HỢP (AGGREATION) Trước khi chuẩn 802.11n được xem xét thì một vài cách móc nối, liên hợp đã được yêu cầu. Ba kỹ thuật đã được đề xuất trong đó hai loại cuối cùng được đưa vào chuẩn này. Hai loại móc nối, liên hợp đặt ở trên cùng và dưới cùng của lớp MAC như minh họa trong hình 3.7. Còn kĩ thuật liên hợp thứ ba không được đưa vào chuẩn này, nó nằm ở trên cùng của tầng vật lý. Trong đoạn này ta sẽ nói về một vài điểm thú vị của nó. Các cải tiến thông lượng ở lớp MAC 55 Ở trên cùng của lớp MAC là MSDU aggreegation (A-MSDU), đây là bước đi ra tập hợp các MSDU lại, bước đầu tiên để tạo thành một MPDU. Dưới cùng của lớp MAC là MPDU aggregation (A-MPDU), đây là bước đi ra tập hợp các MPDU lại để tạo thành PSDU rồi được chuyển tới tầng vật lý để trở thành tải trọng của một quá trình truyền. Các chức năng ngược lại, MPDU và MSDU sẽ nằm ở các quá trình đi vào. Hình 3.7 Hai mức liên hợp Aggreation trong trình tự chắc năng ở lớp MAC. 3.2.1 Liên hợp các MSDU (A-MSDU) Với A-MSDU, các đơn vị dữ liệu dịch vụ ở lớp MAC MSDU được nhận từ LLC và được dành cho cùng một nơi nhận và các loại dịch vụ tương tự (định danh cùng một lưu lượng hoặc TID), chúng sẽ được giữ lại và đóng gói trong cùng một đơn vị dữ liệu theo giao thức MAC (MPDU). Quá trình đóng gói này được thể hiện trong hình 3.8. MSDU nhận từ LLC được bắt đầu bằng một khung header nhỏ 14 byte bao gồm địa chỉ đích (DA), địa chỉ nguồn (SA), và một trường chiều dài cho chiều dài của SDU theo byte. Header cùng với SDU được đệm (padded) từ 0 đến 3 byte bao quanh khung nhỏ rồi tới 32 bit đường ranh giới (boundary). Nhiều khung nhỏ subframe có thể được Các cải tiến thông lượng ở lớp MAC 56 nối với nhau để trở thành trọng tải (payload) của khung dữ liệu chất lượng dịch vụ (QoS Data frame), cung cấp tổng chiều dài của khung dữ liệu không vượt quá kích thước tối đa MPDU. Hình 3.8 Quá trình đóng gói A-MSDU. Hỗ trợ cho A-MSDU là bắt buộc tại nơi nhận phải dưới chính sách xác nhận Normal ACK. Sự hỗ trợ này là quá trình thương lượng sử dụng xác nhận Normal ACK trong khi bắt tay thiết lập bởi khối ack. A-MSDU dài nhất mà một trạm có thể nhận, được khai báo trong thành phần thông tin HT Capbilities của nó như: 3839 byte hoặc 7935 byte. Các giới hạn này được lấy từ nghiên cứu bổ sung. Một vài hệ thống trước bản nháp 2.0 chỉ có một bộ đệm 4 kB /A-MSDU và cho phép một số trường hợp đặc thù sử dụng bộ đệm 257 byte, có lẽ đây là một giới hạn thấp. Giới hạn này được tăng lên 8kB cho bộ đệm, và một lần nữa cho một số trường hợp đặc thù. Các qui tắc truy nhập kênh để một QoS Data MPDU mang một A-MSDU giống như một MPDU dữ liệu mạng một MSDU của TID giống nhau. Thời gian tồn tại tối đa của một A-MSDU là thời gian tối đa mà một MSDU có thể tồn tại. 3.2.2 Liên hợp các MPDU (A-MPDU) Với A-MPDU, MPDU hoàn chỉnh được nối một cách hợp lý ở dưới cùng của lớp MAC. Một dấu tách MPDU ngắn được thêm vào mỗi MPDU và móc nối các MPDU rồi đưa đến tầng vật lý, sau đó PSDU sẽ được truyền trong một PPDU. Quá trình đóng gói A-MPDU được mô tả ở hình 3.9. Các cải tiến thông lượng ở lớp MAC 57 Hình 3.9 Quá trình đóng gói A-MPDU. Dấu tách MPDU dài 32 bit và bao gồm một nhóm 4 bít của trường reseved, một nhóm 12 bit của trường length, 8 bít của trường CRC và 8 bit của trường signature. 8 bit CRC bảo vệ 4 bit reserved và 12 bit của trường length, nó cũng bảo đảm tính toàn vẹn của header. Các byte signature được đặt kí “N” trong bảng mã ASCII và được dùng để hỗ trợ cho phần mềm phân tách. MPDU được đệm (padded) bằng 3 byte xung quanh sau đó tới 32 bit ranh giới (boundary). Bên nhận sẽ thực hiện phân tích cấu trúc khung A-MPDU bằng cách sử dụng độ dài mỗi dấu tách để xuất ra MPDU. Nếu một dấu tách bị hỏng (nằm ngoài độ dài dải giá trị, hoặc một lỗi ở signature hoặc CRC-8bit) thì sau đó bên nhận có thể quét để tìm dấu tách tiếp theo sau 32 bit ranh giới. Với xác suất cao, bên nhận sẽ đồng bộ lại được dấu tách thực tế (vì trái với một từ 32 bit ngẫu nhiên nên sẽ xuất hiện một dấu tách) và có thể trích xuất được MPDU và các MPDU sau nó. Nói chung cấu trúc khung A-MPDU có tính phục hồi vì có thể phục hồi được các MPDU theo một dấu tách lỗi. Tất cả các MPDU trong A-MPDU được gửi đến cùng một bên nhận và tất đều của cùng một loại dịch vụ (giống TID). Trường Duration và ID trong header lớp MAC của tất cả các MPDU trong A-MPDU đều có giá trị giống nhau. Quá trình nối A-MSDU có thể được sử dụng cùng với quá trình nối A-MPDU nếu được thương lượng thông qua việc bắt tay xác nhận khối. Thông thường điều này Các cải tiến thông lượng ở lớp MAC 58 ít có lợi hơn quá trình nối A-MPDU thẳng, tuy nhiên cả hai trường hợp đều có thể có ích. Theo tình hình bất thường trong đó một số lượng lớn các gói tin ngắn đang được vận chuyển, sử dụng A-MPDU một mình có thể là kết quả bởi giới hạn khối xác nhận ACK của 64 MPDU được giải phân mảnh còn tồn tại đang hoạt động trong một phép móc nối không sử dụng đủ TXOP. Một tình hình tương tự có thể xảy ra ngay cả với các gói tin lớn với tốc vật lý rất cao. Ở cả tình trạng trên, dùng A-MSDU để liên kết hai hay nhiều MSDU vào trong một MPDU và sau đó tiếp tục liên kết thành nhiều MPDU lớn hơn sẽ tăng cường dung lượng dữ liệu trong quá trình truyền liên kết, do vậy sẽ có tăng được hiệu quả. A. Nội dung A-MPDU Tất cả MPDU trong một A-MPDU được gửi tới một địa chỉ nhận. Giới hạn này đơn giản hóa trình tự khung và sẽ cần phải được hỗ trợ nhưng nó cũng có nghĩa là một trạm có thể tiết kiệm được năng lượng khi chỉ cần đọc các MAC header của MPDU đầu tiên trong liên kết và ngay lập tức ngừng kiểm tra cho phần còn lại của PPDU nếu nó không được gửi đến đó. Trường Duration/ID trong MAC header của tất cả MPDU trong A-MPDU mang giá trị giống nhau. Đó cũng là những giới hạn trong các loại MPDU được mang trong A-MPDU. Dưới HT ACK xác nhận khối tức thời, một A-MPDU có thể mang: o Một khung BA tại MPDU đầu tiên trong liên kết. o Các QoS Data MPDU thuộc cùng một TID và chịu ràng buộc của giao thức khối xác nhận ACK. o Bất cứ MPDU điều khiển của Action No ACK loại nhỏ. Dưới HT ACK xác nhận khối trễ, một A-MPDU có thể mang: o Một hay nhiều BA MPDU với trường BA ACK Policy đặt là No Ack. o Các QoS Data MPDU thuộc cùng một TID và chịu ràng buộc của giao thức khối xác nhận ACK. o Bất cứ MPDU điều khiển của Action No ACK loại nhỏ. o Các BAR MPDU với trường BA Ack Policy đặt là No Ack. Các cải tiến thông lượng ở lớp MAC 59 Các loại MPDU bổ sung được cho phép với PSMP. Quá trình phân đoạn của các QoS Data MPDU không được cho phép trong một A-MPDU. B. Độ dài A-MPDU và khoảng cách bắt buộc của MPDU Một trạm giới thiệu độ dài A-MPDU tối đa mà nó có thể nhận trong thành phần HT Capacibilites của nó. Độ dài lớn nhất theo giới thiệu có thể một trong các loại sau: 8191, 16383, 32767 hay 65535 octet. Một trạm gửi không thế gửi một A-MPDU có độ dài lớn hơn thế. Một số việc khiến quá trình xử lý MPDU đến giới hạn và có thể bị tràn ngập bởi các chuỗi khung dữ liệu ngắn. Để ngăn ngừa mất dữ liệu thông qua bộ đệm bị tàn phá, một trạm có thể quảng cáo một MPDU nhỏ nhất bắt đầu từ khoảng cách như vậy mà MPDUs trong một liên kết không đến một tỷ lệ nhanh hơn so với công việc có thể xử lý chúng. Trong thành phần HT Capacibilites của nó, một trạm có thể cho biết khoảng bắt đầu nhỏ nhất giữa các MPDU. Một đài truyền đảm bảo rằng khi tạo thành một liên kết nó không vi phạm giới hạn khoảng cách. Nếu các MPDU đóng gói vào một liên kết sẽ vi phạm các giới hạn khoảng cách sau đó các máy phát có thể gửi các MPDU trong các quá trình truyền riêng biệt, sử dụng A-MSDU để tạo ra MPDUs lớn hơn, hoặc chèn thêm các dấu tách null MPDU để tăng khoảng cách. Một dấu tách null MPDU chứa một trường chiều dài bằng một chiều MPDU với toàn 0. 3.2.3 Móc nối PSDU (A-PSDU) Trong giai đoạn đề xuất của quá phát triển 802.11n một chương trình móc nối, liên hợp được đề xuất (Hansen và Edwards, 2004) rằng nên đặt quá trình này ở trên đầu của tầng vật lý. Kỹ thuật này được minh họa khái niệm trong hình 8.10. Hình 2.10 Đề xuất về quá trình đóng gói A-PSDU. Các cải tiến thông lượng ở lớp MAC 60 Về cơ bản đề nghị gọi một trình tự móc nối duy nhất ở mặt trước của PPDU theo đó là một cấu trúc khung bao gồm các trường tín hiệu vật lý (HT-SIG) xác định giới hạn một hoặc nhiều PSDU. Các trường LENGTH và MCS trong trường tín hiệu vật lý cho ta báo hiệu thời gian của PSDU tiếp sau đó. Một bit trong-HT SIG sẽ chỉ ra HT-SIG cuối trong liên kết. Khái niệm A-PSDU có đặc tính hấp dẫn là tốc độ truyền dữ liệu có thể được thay đổi cho mỗi PSDU tạo thành liên kết. Điều này sẽ hỗ trợ tỷ lệ móc nối các PSDU cho phép chương trình liên kết được sử dụng có hiệu quả gửi dữ liệu đến nhiều người nhận trong cùng một cụm. Cuối cùng kế hoạch này đã bị từ chối, vì một số lý do dẫn tới khó khăn trong việc giải điều chế tín hiệu. 3.3 XÁC NHẬN KHỐI (Block Acknowledgement) Cơ chế xác nhận khối được giới thiệu trong 802.11e để tăng hiệu quả bằng cách cho phép truyền tải của một khối các khung dữ liệu được xác nhận với một khung xác nhận khối BA (Block Acknowledgement) thay vì một khung ACK xác nhận cho mỗi khung dữ liệu riêng lẻ. Các trạm với các dữ liệu để gửi được gọi là nơi khởi tạo và nhận của dữ liệu như người nhận. Hai loại của khối xác nhận ack ban đầu được xác định trong bổ sung 802.11e: ack xác nhận khối tức thời (immediate block ack) và ack xác nhận khối trễ (delayed block ack). Cả hai loại được tăng cường trong việc sửa đổi 802.11n để nâng cao hiệu quả và tận dụng các liên kết nối và tốc độ truyền dữ liệu cao hơn. Các cơ chế cải tiến được gọi là ack xác nhận khối HT-immediate và ack xác nhận khối HT-delayed. Tất cả bốn loại có thể được hỗ trợ bởi các trạm HT, mặc dù các cơ chế ban đầu sẽ chỉ được sử dụng cho khả năng tương tác với các trạm đời trước. Trong phần này, các cơ chế ack xác nhận khối ban đầu của 802.11e được mô tả và sau đó các biến thể HT. Cần lưu ý rằng các cơ chế ban đầu được cải chút để hỗ trợ các trạm HT, ví dụ như tín hiệu A-MSDU hỗ trợ trong ADDBA Request và Response. Tuy nhiên, những sửa đổi đã được thay đổi để thực hiện trong phiên bản HT. 3.3.1 ACK xác nhận khối tức thời và trễ Trong khi cơ chế xác nhận bình thường luôn luôn hoạt động và trong thực tế là một phần của DCF, các cơ chế ACK xác nhận khối cần phải được kích hoạt bằng cách thiết lập một phiên ACK xác nhận khối thông qua trao đổi của một ADDBA Request và Các cải tiến thông lượng ở lớp MAC 61 Response. Các phiên ACK xác nhận khối được thiết lập giữa hai trạm cho một định danh lưu lượng đặc biệt (traffic identifier: TID) và để truyền dữ liệu theo một hướng, bên khởi tạo tới bên hồi đáp. Theo đó một trao đổi ADDBA thành công truyền dữ liệu sẽ được nhập vào. Bên khởi tạo sẽ gửi một khối dữ liệu theo sau là một BAR, mà bên trả lời sẽ trả lời với một BA. BA xác nhận đã nhận được khung dữ liệu một cách chính xác từ các khối trước đó. Bên khởi tạo sẽ sắp hàng đợi các khung dữ liệu mà không nhận được một cách chính xác và có thể gửi chúng trong khối tiếp theo. Bên khởi tạo hay bên nhận có thể phá bỏ phiên ack xác nhận khối bằng cách gửi một DELBA Request, nếu nhận được một cách chính xác, được xác nhận với một ACK. ACK xác nhận khối tức thời và trễ khác biệt trong việc xử lý của khung BAR và BA trong giai đoạn truyền dữ liệu. Với ACK xác nhận khối tức thời, BAR xin một hồi đáp BA ngay lập tức, trong khi với ACK xác nhận khối trễ chỉnh sửa việc thu nhận của khung BAR được xác với một ACK và BA được trả về trong một kênh truy nhập riêng biệt và xác nhận với ACK khác. Các ACK xác nhận khối tức thời và trễ được minh họa trong hình 3.11 và mô tả chi tiết hơn dưới đây. Hình 3.11 Các phiên ACK xác nhận khối tức thời và trễ. Các cải tiến thông lượng ở lớp MAC 62 3.3.2 Sự khởi tạo phiên ACK xác nhận khối Trạm cho biết khả năng của mình để hỗ trợ ack xác nhận khối bằng cách thiết lập các bit tính năng ACK xác nhận khối tức thời và trễ trong trường Capability Information trong Beacon của mình, như yêu cầu và hồi đáp liên kết, tái liên kết khung. Nếu một trạm giới thiệu nó hỗ trợ một hoặc cả hai loại của ACK xác nhận khối, thì một trạm ngang hàng có thể thành lập một phiên ACK xác nhận khối tương ứng cho một lớp lưu lượng cụ thể với trạm đó. Các phiên ACK xác nhận khối được khởi xướng bởi bên khởi tạo khung ADDBA Request. Để hồi đáp với một khung ADDBA Request, bên trả lời gửi một ACK. Sau khi tiếp tục xử lý, bên trả lời gửi một khung ADDBA Response mà bên khởi tạo đáp lại với một ACK nếu nhận được chính xác. Bên khởi tạo và trả lời sẽ truyền lại ADDBA Request/Response nếu ACK được chờ đợi không nhận được. Một thời gian chờ không hoạt động tại bên khởi tạo sẽ phát hiện một phiên thiết lập thất bại. Các khung ADDBA Request và Response bao gồm các trường sau: o Block Ack Policy: Trường này chỉ ra cho dù phiên làm việc là một phiên ACK xác nhận tức thời hoặc trễ. Nếu một trong những trạm hoạt động không là một trạm HT, thì giá trị được thiết lập bởi bên khởi tạo trong ADDBA Request là tham khảo và giá trị trả về bởi bên hồi đáp chỉ ra kiểu của phiên nên để bên khởi tạo tiếp tục phiên làm việc đó. Nếu cả hai trạm là trạm HT thì Block Ack Policy được thiết lập bởi bên khởi tạo hoặc là phải được chấp nhận hoặc bị từ chối của người nhận. o TID: Trường này cung cấp định danh cho các lớp lưu lượng hoặc luồng lưu lượng cho phiên. o Buffer size: trường này cho biết số khung đệm khi bên trả lời đã sẵn sàng cho các khung thứ tự. Giá trị này, nếu được đặt bởi bên khởi tạo, là giá trị mong muốn; thì giá trị này sẽ được thiết lập bởi bên trả lời đang liên kết. Bên khởi tạo không cần có nhiều hơn số này của các MPDU còn lại trước khi yêu cầu một ACK xác nhận khối. o A-MSDU Supported: Trường này được đặt trong ADDBA Request để chỉ rõ bên khởi tạo có thể gửi các A-MSDU trong phiên này và được đặt trong ADDBA Response nếu bên nhận có khả năng nhận Các cải tiến thông lượng ở lớp MAC 63 các A-MSDU trong phiên này. Nếu trường này không được thiết lập trong hồi đáp thì bên khởi tạo sẽ không gửi các A-MSDU. o Block Ack Timeout Value: Trường này cho biết khoảng thời gian sau khi phiên ACK xác nhận khối được hoàn thành khi đó không có trao đổi khung trong phiên này. o Start Sequence Number (SSN): Đây là số thứ tự của khung dữ liệu đầu tiên từ bên khởi tạo. 3.3.3 Truyền dữ liệu ở phiên Ack xác nhận khối Trong giai đoạn truyền dữ liệu, bên khởi tạo có thể truyền tải một khối của các khung QoS Data, giống như truyền burst liên tục, cách nhau bằng SIFS hoặc RIFS, hoặc như một phần của A-MPDU. Mỗi khung dữ liệu QoS trong khối đó có trường Ack Policy được thiết lập tới xác nhận khối BA. Bên nhận duy trì một bảng điểm để theo dõi các MPDU đã nhận được một cách chính xác. Các khối dữ liệu có thể được chứa hoàn toàn trong một TXOP đơn hoặc nó có thể nằm ở nhiều TXOP. Trong bất kì trường hợp nào các khối dữ liệu và TXOP cũng không đi theo cặp. Sau khi truyền các khối dữ liệu, bên khởi tạo gửi một khung BAR. Khung này bao gồm một số thứ tự bắt đầu (SSN), là số thứ tự của MSDU lâu đời nhất trong khối mà một xác nhận được đòi hỏi. Khi nhận được BAR, bên nhận thực hiện hai chức năng. Thứ nhất, nó chuẩn bị một hồi đáp BA bằng bảng điểm cho phiên đó. Bảng điểm được chuyển đổi thành một bitmap nơi bit đầu tiên đại diện cho MPDU với số thứ tự giống như SSN từ khung BAR và các bit tiếp theo cho thấy số thứ tự kế tiếp. Như vậy bitmap tạo thành một mảng lập chỉ mục bởi số thứ tự với SSN bắt đầu. Thứ hai, nó xem xét sắp xếp bộ đệm của nó cho các MPDU với các số thứ tự đứng trước giá trị SSN. Những MPDU này được tập hợp lại thành các MSDU hoàn chỉnh và chuyển tiếp đến các lớp cao hơn hoặc bị loại bỏ nếu các MSDU hoàn chỉnh không thể được tạo ra. Sự khác biệt chính giữa ACK xác nhận khối tức thời và ACK xác nhận khối trễ là trong thời gian mà bên nhận phản hồi tới BAR. Dưới tác động của ACK xác nhận khối tức thời, bên nhận trả lời tới các BAR với một khung BA sau SIFS. Dưới tác dụng của ACK xác nhận khối trễ, bên nhận trả lời tới BAR bằng một ACK. Sau đó, trong một truy cập kênh riêng biệt, bên nhận sẽ tạo ra một khung BA và gửi nó cho bên khởi tạo. Bên khởi tạo trả lời lại tới BA đến trễ bằng một ACK. Các cải tiến thông lượng ở lớp MAC 64 ACK xác nhận khối tức thời cung cấp hiệu suất tốt hơn trong khi ACK xác nhận khối trễ quy định để dễ thực hiện. Với ACK xác nhận khối trễ, bên nhận có nhiều thời gian hơn để xử lý BAR và phù hợp với hiện thực, nơi phần lớn các xử lý BA được thực hiện trong phần mềm trên hệ thống máy chủ. Trong khi nhận BA, bên khởi tạo giải phóng các MPDU được xác nhận và xếp vào hàng đợi các MPDU không được xác nhận để quá trình truyền lại được cung cấp thời gian để tồn tại không vượt quá giới hạn. 3.3.4 Làm đứt (tear down) phiên ACK xác nhận khối Khi bên khởi tạo không có dữ liệu bổ sung để gửi và trao đổi ack xác nhận khối cuối cùng đã hoàn thành, nó có thể vô hiệu hóa các phiên ack xác nhận khối bằng cách gửi một khung DELBA cho bên nhận. Những người nhận sẽ gửi một ACK phản hồi và giải phóng bất kỳ nguồn lực phân bổ cho các phiên ack xác nhận khối. Các phiên ack xác nhận khối cũng có thể bị phá bỏ bởi bên khởi tạo hoặc nhận hoặc nếu không nhận được một khung BA, BAR, hoặc QoS Data thuộc phiên trong khoảng thời gian ACK xác nhận khối còn giá trị. 3.3.5 Chính sách ack xác nhận thông thường trong một bất liên hợp (non- aggregate). Tăng hiệu quả nhỏ là có thể sử dụng ack bình thường trong một phiên ack xác nhận khối. Nhiều mô hình lưu lượng liên tục (bursty) và thường xuyên có khoảng thời gian ngắn, nơi chỉ có một khung duy nhất cần phải được gửi đi. Nếu việc truyền khối cuối cùng hoàn tất và tất cả các khung tin đã được xác nhận tới điểm cần đến, nên có hiệu quả hơn khi gửi các khung dữ liệu bằng cách sử dụng các thủ tục ack xác nhận bình thường hơn để thực hiện một trao đổi BAR/BA. Trong trường hợp này khung QoS Data có một trường Ack Policy để thiết lập Ack thông thường (Normal Ack) và được gửi trong một quá trình truyền vật lý không liên hợp. Nếu nhận được chính xác thì bên trả lời sẽ đáp lại bằng một ACK. Khung đó được đánh dấu để xác nhận việc nhận chính xác trong bảng ghi phiên ack xác nhận khối. 3.3.6 Quá trình hoạt động của bộ đệm tái sắp xếp. Khi bên nhận nhận được một khung QoS Data mà một phiên Ack xác nhận khối đặt ra, bên nhận sẽ đệm MPDU. Nếu MPDU đang truyền hoàn thành, MSDU ở phần đầu của bộ đệm tái sắp xếp, thì bên nhận chuyển tiếp MSDU hoàn thành và các MSDU hoàn thành tiếp theo trong bộ đệm tái sắp xếp theo thứ tự cho các lớp cao hơn cho đến Các cải tiến thông lượng ở lớp MAC 65 khi gặp phải một MSDU không đầy đủ tạo thành một lỗ hổng trong không gian thứ tự. Nếu, khi MPDU đến, có các MSDU chưa hoàn thành ở trước trong bộ đệm tái sắp xếp, MSDU đó sẽ được giữ cho đến khi những MSDU trước được hoàn tất. Nếu một MPDU đến và bộ đệm tái sắp xếp đang đầy thì MSDU đầu tiên trong bộ đệm tái sắp xếp sẽ bị bỏ đi (vì nó là không đầy đủ) để tạo chỗ trống. Điều này cũng có thể dẫn đến việc giải phóng tiếp các MSDU phía trước tới các lớp cao hơn. Nếu một khung BAR được nhận, tất cả các MSDU hoàn thành với một số thứ tự thấp hơn số thứ tự bắt đầu của BAR sẽ được chuyển tiếp đến các lớp cao hơn và tất cả các MSDU chưa hoàn thành với một số thứ tự thấp hơn là bỏ đi. Khung BAR do đó có vai trò kép. Bên cạnh việc trưng cầu một hồi đáp ack xác nhận khối, nó còn cấp khởi tạo một cơ chế làm đều bộ đều sắp xếp lại bên nhận của các MSDU chưa hoàn thành hoặc các lỗ đại diện cho các MSDU mà khoảng thời gian truyền lại của nó đã hết. Nếu khởi tạo đó bỏ một hoặc nhiều MPDU do hết hạn tồn tại nó phải gửi một BAR để làm đều bộ đệm sắp xếp lại ở bên nhận để các MSDU tiếp theo không phải là vô ích giơ lên chờ đợi cho các trình tự sẽ được hoàn thành. Hình 3.12 là một ví dụ về hoạt động của bộ đệm sắp xếp lại. Một khối của các khung QoS dữ liệu gồm các MSDU phân mảnh được gửi. Trong giản đồ, các MPDU QoS dữ liệu được đánh số như sau Số thập phân trước dấu chấm là số thứ tự của MSDU, còn số thập phân sau dấu chấm là số thứ tự các phân đoạn của MSDU đó. MSDU 1 được nhận đầy đủ, kết hợp lại và chuyển tiếp đến các lớp cao hơn. Đoạn thứ hai của MSDU 2 bị mất và vì thế mảnh nhận được lưu giữ cho đến khi MSDU 2 có thể được nhận đầy đủ. Hình 3.12 Hoạt động của bộ đệm tái sắp xếp với các phân đoạn MSDU. Các cải tiến thông lượng ở lớp MAC 66 Sau một trao đổi BA/BAR, bên khởi tạo nhận biết được các mảnh bị mất và truyền lại chúng với nhau với các MSDU bổ sung có sẵn và thích hợp với bộ đệm tái sắp xếp. Mọi MSDUs được hoàn tất và được chuyển tiếp theo thứ tự để các lớp cao hơn. Bên khỏi tạo biết được rằng tất cả các MSDUs đã được chuyển giao thành công bằng một trao đổi BA/BAR. 3.4 ACK XÁC NHẬN KHỐI TỨC THỜI THÔNG LUỢNG CAO (HT- immediate block ack) HT-immediate block ack là một sửa đổi quan trọng cho giao thức ack xác nhận khối tức thời và xem như là một giao thức riêng biệt cho mục đích tương thích ngược với các thiết bị đời cũ hơn. Một trạm thông lượng cao (HT station) muốn thiết lập một phiên ack xác nhận khối với một trạm khác không phải HT station thì sẽ phải sử dụng giao thức ack xác nhận khối tức thời hoặc trễ nguyên bản. Một trạm HT muốn thiết lập một phiên ack xác nhận khối với một trạm HT khác sẽ sử dụng HT ack xác nhận khối tức thời hoặc trễ. Có rất nhiều biến thể phổ biến giữa HT và giao thức ban đầu, trong đó giúp giảm bớt thực hiện. Tất cả các trạm HT đều được yêu cầu để hỗ trợ HT ack xác nhận khối tức thời như bên nhận. 3.4.1 Chính sách của Normal Ack trong một quá trình liên kết khung. Giao thức ack xác nhận khối được giới thiệu trong 802.11e được bổ sung cho 802.11n. Từ lúc một quá trình liên kết là một quá trình truyền vật lý bao gồm các MPDU, một cơ chế tương tự như cơ chế Data/Ack có thể được thực hiện. Cơ chế này được bổ sung cho 802.11n khi . Nếu một hay nhiều MPDU QoS dữ liệu trong một liên kết có trường Ack Policy được gọi Normal Ack thì bên hồi đáp sẽ trả lại một BA trong hồi đáp tới liên kết đó. Hai cơ chế hồi đáp này được mô tả qua hình 3.13. Hình 3.13 Chính sách Normal Ack trong một liên kết và không liên kết khung. Các cải tiến thông lượng ở lớp MAC 67 Hình 3.14 Sử dụng BAR để làm giảm bộ đệm tái sắp xếp. Việc sử dụng chính sách Normal Ack để thu hút một BA không loại bỏ sự cần thiết BAR. Nhớ lại rằng khung BAR thực hiện hai chức năng: xin một phản hồi BA và làm đều các MSDU trong bộ đệm tái sắp xếp để giữ một MSDU chưa hoàn chỉnh. Nếu bên khởi tạo không nhận được một xác nhận cho một MSDU đã hết hạn, thì bên khởi tạo phải gửi một BAR để làm đều bộ đệm tái sắp xếp bên nhận của các MSDU hoàn chỉnh trước đến MSDU mà sẽ không bao giờ làm cho nó qua. Điều này được minh họa trong ví dụ đưa ra trong hình 3.14. Trong ví dụ này, MSDU 3 không được nhận thành công bởi người nhận sau một số thử lại. Hết hạn tồn tại bên khởi tạo sẽ loại bỏ MSDU 3. Để loại bỏ lỗ trống trong bộ đệm tái sắp xếp bên nhận, bên khởi tạo phải gửi một BAR với một số SSN mà lớn hơn số thứ tự của các MSDU bỏ đi. Trong thực tế, SSN được đặt số thứ tự của các MSDU kế tiếp được truyền đi (mặc dù MSDU có thể chưa sẵn sàng để truyền) mà trong trường hợp này là 8 kể từ khi tất cả các MSDU với số thứ tự thấp hơn đã được ghi nhận và bỏ đi do bên khởi tạo. 3.4.2 Nén ack xác nhận khối Ở tốc độ truyền cao HT, quá trình phân mảnh không cho nhiều lợi ích. Khung BA nguyên bản được định nghĩa với một bảng 1024 bit (128 octet) để hỗ trợ 64 MSDU, mỗi trong số đó có thể được phân mảnh với 16 mảnh. 802.11n giới thiệu một phiên bản BA nén với 16 bit cho mỗi MSDU cho các phân mảnh, tạo ra một bảng 64- Các cải tiến thông lượng ở lớp MAC 68 bit (8 octet). Điều này làm giảm thiểu tiêu đề trên không và bộ nhớ yêu cầu ở bên nhận. 3.4.3 Trạng thái đầy đủ và một phần của ack xác nhận khối. Cơ chế ack xác nhận khối được quy định trong 802.11e bổ sung được gọi là trạng thái ack xác nhận khối đầy đủ để phân biệt nó với trạng thái ack xác nhận khối một phần, giới thiệu trong việc sửa đổi 802.11n. Trạng thái ack xác nhận khối một phần tương thích ngược với trạng thái ack xác nhận khối đầy đủ theo ý nghĩa là một bên khởi tạo bằng cách sử dụng quy định trạng thái một phần sẽ hoạt động một cách chính xác với một bên nhận thực hiện các hoạt động ở trạng thái đầy đủ. A.Quá trình hoạt động của ack xác nhận khối trạng thái đầy đủ. Dưới hoạt động này, bên nhận duy trì một bảng điểm trạng thái ack cho mỗi phiên ack xác nhận khối. Bảng điểm này ghi lại trạng thái ack của trên 64 MSDU. Khi sự phân mảnh được sử dụng mỗi MSDU có thể được phân mảnh thành trên 16 phân đoạn nhỏ, do đó là một bảng có thể lên đến 64 đầu vào của mảng 16 bit. Bên nhận thực hiện với bộ nhớ giới hạn có thể hạn chế mức độ của mảng bằng cách đặt tham số BufferSize trong các ADDBA Response hồi đáp. Các số thứ tự MSDU là một giá trị 12-bit, do đó bảng đại diện cho một cửa sổ trong không gian số thứ tự của 4096 giá trị. Các cửa sổ bảng điểm được xác định bởi một số thứ tự đầu WinStart, một số thứ tự kết thúc WinEnd, và giới hạn trong một WinSize. Với việc thành lập phiên ack xác nhận khối, bảng điểm được khởi tạo với thiết lập WinStart số thứ tự bắt đầu cung cấp theo ADDBA yêu cầu. Khi một khung dữ liệu QoS đến, nếu số thứ tự nằm trong không gian đại diện bởi bảng điểm, bên nhận sẽ ghi vào bảng điểm bằng cách sử dụng số thứ tự của khung dữ liệu (SN) và ghi nhận chính xác của nó. Nếu SN ở ngoài khoảng biểu thị bởi bảng điểm, nhưng trong phạm vi WinEnd đến WinStart + 211 (một nửa không gian số thứ tự) thì bên nhận sẽ chuyển các bảng điểm bên phải cho đến khi nó bao gồm số thứ tự mới trên mép bìa phải của cửa sổ của nó. Khi một BAR đến, cửa sổ bảng điểm được dịch chuyển sang phải để WinStart bằng với SSN được cung cấp trong khung BAR và một phản hồi BA được trả về với nội dung của bảng điểm này. Các cải tiến thông lượng ở lớp MAC 69 B. Sự thúc đẩy cho ack xác nhận khối trạng thái một phần Với cơ chế ack nguyên bản, nó được yêu cầu rằng trạng thái bảng điểm kéo dài theo thời hạn của phiên ack xác nhận khối. Điều này là gánh nặng với quá trình bên nhận thực hiện với sự cần thiết phải duy trì trạng thái cho tất cả các phiên ack xác nhận khối hoạt động, và, trong thực tế, với độ trễ thấp cần thiết để tạo một BA để đáp ứng với một BAR, có nghĩa cần sử dụng chip nhớ đắt hơn. Với việc sửa đổi 802.11n để giảm tải cho chip nhớ cần sử dụng các phiên ack xác nhận khối khác. Trạng thái bộ nhớ có hiệu quả phục vụ như một bộ nhớ cache, lưu trữ trạng thái của các hoạt động gần đây nhất của phiên ack xác nhận khối. Các quy tắc mới hơn được gọi là trạng thái ack xác nhận khối một phần và hoàn toàn tương thích ngược với các ack đầy đủ nguyên bản. Để hiểu được động lực để thay đổi thực hiện xem xét một minh họa trong hình 3.15. Dưới tác động tức thì của BA, khi bên nhận nhận được một BAR hoặc một khung liên hợp bao gồm các khung QoS Data bằng chính sách Normal Ack, bên nhận phải truyền tải một khung BA Response phản hồi trong khoảng SIFS sau khi nhận được BAR hoặc khung liên hợp các khung QoS Data. Do trễ giải mã trên đường nhận và mã hóa trên đường truyền dẫn, có rất ít thời gian có sẵn để định vị các trạng thái thông tin thích hợp và tạo thành những đáp ứng BA. Điều này phần lớn đòi hỏi trên chip lưu trữ các bảng điểm ack xác nhận khối mà sẽ được trả lại trong BA Response phản hồi. Chức năng chủ yếu khác trong cơ chế ack xác nhận khối là chức năng tái tổ hợp và tái sắp xếp. Tái tổ hợp các MSDU hoàn chỉnh và chuyển tiếp chúng theo thứ tự đến các lớp cao hơn. Chức năng này không quan trọng thời gian và đòi hỏi một bộ đệm lớn cho các gói tin lưu trữ trong quá trình tái sắp xếp và tái tổ hợp và như vậy thường được thực hiện trong hệ thống lưu trữ các giao diện mạng. Các quy tắc trạng thái một phần mới này không ảnh hưởng đến quá trình tái sắp xếp và tái tổ hợp, nhưng giảm các yêu cầu tài nguyên trong các giao diện mạng để lưu trữ các bảng điểm ack xác nhận khối. Tái sắp xếp một vùng đệm vẫn còn cần thiết cho mỗi phiên ack xác nhận khối nhưng từ nay sẽ được lưu trữ trong bộ nhớ máy chủ tương đối rẻ. Phần lớn bộ nhớ được yêu cầu chip lưu trữ các bảng điểm ack khi cùng một bộ nhớ có thể được sử dụng lại cho nhiều phiên ack xác nhận khối. Các cải tiến thông lượng ở lớp MAC 70 Hình 3.15 Chức năng chia nhỏ thông thường cho quá trình thực hiện ack xác nhận khối tức thời ở trạm nhận. C. Quá trình hoạt động của ack xác nhận khối một phần Khi nhận được khung dữ liệu QoS với số thứ tự SN, bên nhận kiểm tra để xem nếu có một bản ghi của bảng điểm cho phiên ack xác nhận khối đó, nơi phiên được xác định bởi địa chỉ truyền (TA) và TID. Nếu không, sau đó nó tạo ra một bảng điểm cho phiên đó với WinEnd = SN và WinStart = WinEnd – WinStart +1, có thể tái sử dụng bộ nhớ từ các phiên khác. Việc tiếp nhận chính xác của các khung dữ liệu được ghi chép bằng cách thiết lập một bit 1 ở vị trí đại diện cho SN, tức là WinEnd. Với mỗi khung dữ liệu sau đó: o Nếu SN bên trong khoảng cửa sổ bảng điểm hiện tại, tức là WinStart ≤ SN ≤ WinEnd, bảng điểm sẽ ghi lại nhận được tại giá trị đại diện bởi SN. Các cải tiến thông lượng ở lớp MAC 71 o Nếu SN là bên ngoài khoảng cửa sổ bảng điểm hiện tại, nhưng trong phạm vi một nửa không gian trình tự, tức là WinEnd <SN <WinStart + 211, sau đó là bảng điểm được dịch sang phải để phù hợp với SN. o Nếu SN là hơn một nửa không gian chuỗi ngoài cửa sổ, tức là 211 + WinStart <SN <WinStart, thì thay đổi không xảy ra. Hình 3.16 Quá trinh hoạt động bảng điểm (scoreboard) Các hoạt động bảng điểm được minh họa trong hình 3.16. Đó là một khung dữ liệu QoS với số thứ tự 102 được nhận và bên nhận sẽ tạo ra một bảng điểm mới.Với các liên kết kế tiếp, khung QoS dữ liệu 103 và 105 được nhận một cách chính xác và bảng điểm này được dịch phải để phù hợp các mục dữ liệu mới. QoS frame 100 nằm trong phạm vi dãy bảng điểm số và chỉ đơn giản là đánh dấu lên. Lưu ý rằng trong trình tự các khung dữ liệu QoS này có trường Ack Policy được thiết lập Ack xác nhận khối. Khi BAR được nhận, bên nhận dịch bảng sang phải cho đến khi WinStart = SSN từ BAR (là 100 trong trường hợp này) và trả về một khung BA với nội dung của bảng này. Lưu ý rằng những con số hiển thị chuỗi chỉ để minh hoạ. Trong thực tế, số thứ tự là giá trị 16-bit bao gồm 12 bit cho số MSDU và 4 bit một số phân đoạn. Sự khác biệt chính giữa ack trạng thái một phần và toàn đầy đủ là qua bảng điểm được giữ lại bởi người nhận. Ở ack một phần, bên khởi tạo nên đảm bảo rằng lấy Các cải tiến thông lượng ở lớp MAC 72 ra trạng thái ack với xác suất cao trước khi trạm khác có cơ hội để gửi dữ liệu đến bên nhận và có khả năng xóa bảng phiên của ack xác nhận khối. Trong thực tế này có nghĩa là bên khởi tạo nên cố gắng để lấy bảng điểm ack trước khi kết thúc mỗi TXOP. Nếu thỉnh thoảng các ack bảng điểm khối không lấy trong TXOP (có lẽ khung BA được nhận bị lỗi), vẫn còn một cơ hội tốt mà một kênh truy nhập tiếp theo ngay lập tức truy cập bởi các trạm tương tự sẽ xảy ra trước khi dữ liệu thuộc một khối là phiên ack nhận bởi người nhận, tẩy xoá bảng điểm khối của phiên ack. Bên khởi tạo có thể vì thế chỉ cần sử dụng một khung BAR trong một kênh truy nhập tiếp theo để lấy lại trạng thái ack. Thậm chí trong trường hợp xấu nhất bảng trạng thái ack, các BA sẽ hiển thị tất cả các số không và bên khởi tạo sẽ cần phải truyền lại các MSDU. Ngoài ra, nếu bên khởi tạo đã gửi một liên kết khung duy nhất bao gồm các khung dữ liệu QoS với chính sách Normal Ack và không có BA nào được nhận, sau đó bên khởi tạo có thể giả định rằng không có khung nào trong số các khung dữ liệu QoS thông qua và chỉ đơn giản là truyền lại các khung dữ liệu QoS. Trong khi nhiều hành vi phức tạp được phép, hầu hết các hoạt động sẽ phù hợp với quy tắc của trạng thái ack một phần bằng cách gửi một liên kết khung duy nhất ở mỗi TXOP, mời một khung BA bằng cách thiết lập chính sách ack của khung dữ liệu QoS tạo thành liên kết tới Normal Ack. Nhân dịp hiếm hoi khi khoảng thời gian tồn tại MSDU hết hạn trước khi nó được xác nhận, bên khởi tạo sẽ gửi một khung BAR để giải phóng các lỗ hổng trên bộ đệm tái sắp xếp. Bên khởi tạo thực hiện hành vi này sẽ làm việc với cả hai trạng thái ack đầy đủ và ack một phần ở bên nhận. 3.4.4 Các chuỗi TXOP trong HT ack xác nhận khối tức thời. Thông thường chuỗi TXOP dưới hoạt động của HT ack xác nhận khối tức thời ngay được biểu diễn trong hình 3.17. TXOP được bắt đầu với một khung trao đổi ngắn như cơ chế phát hiện va chạm. Trong những trình tự này một trao đổi RTS/CTS, cung cấp bảo vệ nâng cao, được sử dụng, hiệu quả hơn so với sử dụng trao đổi dữ liệu/Ack. Trong chuỗi (a) một quá trình truyền dữ liệu liên kết được thực hiện với chính sách ack thiết lập để Normal Ack trong các QoS dữ liệu MPDU tạo thành liên kết. Việc này yêu cầu một khung phản hồi BA ngay lập tức. Các cải tiến thông lượng ở lớp MAC 73 Hình 3.17 Các chuỗi TXOP có HT ack xác nhận tức thời thông thường. Chuỗi (b) là tương tự với hai liên kết khung được gửi liên tục. Điều này được thực hiện để cải thiện mạnh mẽ, ví dụ nếu một quá trình truyền đã quá lâu và có thể bị thay đổi nhanh chóng các điều kiện kênh mà một kênh mới ước tính sẽ có lợi. Liên kết đầu tiên sẽ được gửi với Chính sách Ack thiết lập Block Ack và thứ hai tổng hợp với Chính sách Ack thiết lập để Normal Ack để thu hút một BA. Chuỗi (c) và (d) có thể được sử dụng khi một MSDU là bị hủy do hết thời hạn, khi BAR được yêu cầu phát ra có khả năng ngừng các MSDU hoàn chỉnh trong bộ đệm tái sắp xếp của bên nhận. Trong dãy (c) các khung dữ liệu có sẵn và thường được gửi trước của BAR. Liên kết khung được gửi đi với Chính sách Ack thiết lập để Block Ack từ BAR sẽ thu hút các BAR phản hồi. Lưu ý rằng được phép liên kết BAR với các khung dữ liệu, tuy nhiên, BAR thường được gửi như một khung riêng liên tục được điều chế. Vì BAR được gửi thường xuyên, chuỗi liên quan đến BAR không cần phải được tối ưu hóa vì rất nhỏ. 3.5 HT ACK XÁC NHẬN KHỐI TRỄ HT ack xác nhận khối trễ là một mở rộng của giao thức ack xác nhận khối trễ và khác với nó trong cách thức mà BAR và BA khung được xác nhận. Hỗ trợ cho HT ack xác nhận khối trễ là tùy chọn và một trạm quảng bá hỗ trợ bằng cách thiết lập bit Các cải tiến thông lượng ở lớp MAC 74 khả năng HT ack xác nhận khối trễ. Một trạm ngang hàng có thể thành lập một phiên HT ack xác nhận khối trễ với một trạm mà quảng bá chính. Dưới hoạt động của HT ack xác nhận khối trễ, các khung BAR và BA mang theo một trường BAR Ack Policy và BA Ack Policy. Nếu được thiết lập lên 1 sẽ cho biết khung của bên nhận không nên đáp lại một phản hồi ACK. Hình 3.18 Các chuỗi TXOP trong HT ack xác nhận khối trễ. 3.5.1 Các chuỗi TXOP trong HT ack xác nhận khối trễ. Các chuỗi TXOP dưới tác động của HT ack xác nhận khối trễ thường thấy như trên hình 3.18. TXOP bắt đầu với một trao đổi khung ngắn có là RTS/CTS hoặc Dữ liệu/ACK. HT ack xác nhận khối trễ cho phép TXOP được sử dụng hoàn toàn bởi bên khởi tạo từ lúc chưa có phản hồi tức thời được yêu cầu từ bên hồi đáp. Chuỗi (a) cho thấy bên khởi tạo gửi một liên kết khung với Ack Policy được đặt thành Block Ack theo một khung BAR. Khi các luồng dữ liệu theo các cách này, BA có thể được kết hợp với dữ liệu theo hướng ngược lại. Đó là chuỗi (b). Ở chuỗi (c) là sự liên kết cả khung BA và BAR vào dữ liệu. 3.6 KẾT LUẬN Sau khi nghiên cứu xong chương III các cải tiến về thông lượng mạng trong chuẩn 802.11n. Có rất nhiều biện pháp được sử dụng để cải tiến thông lượng mạng như giảm khoảng cách liên khung; liên kết móc nối các khung dữ liệu với nhau khi đi qua quá trinh đóng gói, thêm tiêu đề, header.. và cuối cùng là các cải tiến trong quá Các cải tiến thông lượng ở lớp MAC 75 trình giao tiếp xác nhận Ack trong quá trình truyền tin để giảm thời gian chiếm giữ băng thông truyền. Như vậy hi vọng những cải tiến đó có thể mang lại nhiều hiệu quả trong việc đẩy nhanh thông lượng, góp phần nâng cao chất lượng dịch vụ trong chuẩn 802.11n. 77 KẾT LUẬN Từ những kết quá tìm hiểu trên, có thể nhận thấy rằng IEEE 802.11n có nhiều ưu điểm vượt trội so với các chuẩn trước đo về thông lượng mạng. IEEE 802.11n cũng tương thích tốt với các chuẩn trước đó như 802.11a/b/g và các thiết bị dùng chuẩn a/b/g. Tuy nhiên cũng còn một vài mặt hạn chế của IEEE 802.11n đó là các giải pháp cải tiến thông lượng mạng còn khá phức tạp, giá thành các thiết bị sử dụng công nghệ MIMO hỗ trợ cho công nghệ này còn cao do đặc thù về mặt thiết bị: AP với nhiều ăng ten hơn để tăng kênh phát và nhận nhưng nó cũng làm độ phức tạp của quá trình xử lý tín hiệu. Mong rằng trong tương lai gần những nhược điểm này có thể khắc phục được. Như vậy sự ra đời của IEEE 802.11n được mong đợi sẽ đáp ứng được nhu cầu ngày càng gia tăng của các ứng dụng phân tán trên nền mạng viễn thông và mạng không dây ngày nay. IEEE 802.11n hứa hẹn sẽ trở thành chuẩn phổ biến rộng rãi nhất trong tương lai thay thế cho mạng nội bộ có dây Ethernet và các chuẩn không dây hiện nay như 802.11a/b/g với tốc độ và thông lượng vượt trội. 77 Tài liệu tham khảo [1] Eldad Perahia and Robert Stacey , “ Next Generation Wireless LANs Throughput ”, Cambridge University. [2] Anand R. Prasad, Neeli R. Prasad , “802.11 WLANs and IP Networking ”. [3] Trang web www.hoangtrongminh.info, www.google.com

Các file đính kèm theo tài liệu này:

  • pdfGiới thiệu chung về IEEE 80211 và IEEE 80211n.pdf