Understanding WLAN Architectures and IEEE 802.11 Standard

1. Wireless Local Area Networks and the 802.11 Standard genta

2. 今日のお話 無線LAN • 物理層で何をやっているか？ • MAC層って何か？ • など

3. WLAN Architecture IEEE 802.11 supports three basic topologies • The Independent Basic Service Set (IBSS) • Ad hoc • The Basic Service Set (BSS) • Infrastructure (Figure 2) • The Extended Service Set (ESS) • Infrastructure (Figure 2)

4. IEEE 802.11 Physical Layer 物理層では通信のベースとなる周波数帯や変調方式として三方式を規定 • 赤外線方式（IR） • 周波数ホッピングｽペクトラム拡散方式（FH or FHSS) • 直接拡散(DS) • 上記の下二方式はすべて2.4GHz帯 • 1Mbpsと2Mbpsをサポート

5. 赤外線拡散方式 • 赤外線を拡散させることで指向性の弱点を克服 • 複数のAPと通信可能 • 到達距離： 25~35 feet • 通信速度： 1~2 Mbps

6. 周波数ホッピング方式 (FHSS) • 802.11が使用 • 2.4GHz無線周波数帯を使用 • ある一定の周期で周波数を変更して送信 • 受信側も周波数を同様に変更 • 特定周波数でのノイズに強い • 到達距離： 620 mile • 通信速度： 1.2~2Mbps

7. 直接拡散方式 (DSSS) • 802.11bではこれを採用 • デジタル信号を広い帯域に分散して同時に送信

8. Sub-layers in the PHY layer The PHY layer is divided into two sub-layers • PMD (Physical Medium Dependent) • encoding • PLCP(Physical Layer Convergence Protocol) • 上位層とのインタフェース • Carrier sense and CCA (Clear Channel Assessment)

9. MAC Layer 1/2 MAC Layer provides these services • Authentication • De-authentication • Association • Establish wireless links • Disassociation • Cancel wireless links • Re-association • AP-to-AP coordination

10. Mac Layer 2/2 MAC Layer provides these services • Privacy • Data transfer • Provide frame exchange between MAC layers • Use Collision Sense Multiple Access with Collision Avoidance (CSMA/CA) as the media access scheme • Distribution • Integration • Provide logical integration between existing wired LANs and 802.11 LANs • Power management

11. アクセス制御方式CSMA/CD(Collision Detection:衝突検知) • フレームの衝突を検出 • 送信を一時中断 • 乱数で待ち時間を決める • 街時間分だけ待った後再送信

12. アクセス制御方式CSMA/CA(Collision Avoidance:衝突防止) • DCF (Distributed Coordination Function)モード • 無線LANでは送信中のフレーム衝突検出が困難 • 各端末は通信路が一定時間（DIFS）以上継続して空いていることを確認してからデータを送信 • データを受信したらACKを返す • PCF (Optimal Point Coordination Function)モード • 基地局制御

13. 図10.4 ランダムパルス送出CSMA/CA (a) 伝送の成功例 衝突ウィンドウ （８パルス分） stn i t ステーションｉがランダムに送信したパルス（４個） 実際のフレーム (b) フレーム伝送中止の例 衝突ウィンドウ （８パルス分） stn i t ステーションｉが送信していないパルスの検出 伝送の中止

14. 隠れ端末問題 同時に送信を開始してしまった場合(例えば、他の端末が送信している電波を受信できない他の端末が送信している場合もある) • 同時に複数の受信電波を受けた受信端末は、ただ ACK を送らない • ACK を受け取らなかった端末は、ランダムな時間だけ待機して再送信を開始 • ある端末の電波が届かない 　別の端末があると 　コリジョンが多発する

15. RTS/CTS 制御 仕組み • 端末Aは、送信予約のパケットを送信「RTS フレーム」src, dst, 処理にかかる時間 • 受信した端末(主にアクセス・ポイント)は、端末A から受信するという宣言のパケットを送信「CTS フレーム」 • その他の端末は、CTS フレームに指定された時間だけ送信を待機する • 端末Aは、CTS フレームを受信後に(送信権を獲得してから)、データ部の送信を開始する

16. 802.11 Security • Securityの必要性 • SSID(Network ID)があれば誰でもつなげる • Authentication Encryption

17. Wireless Equivalent Privacy (WEP) Encrypting the traffic and authenticating nodes via the WEP protocol • Encryption: hardware based symmetric encryption • Authentication: shared key authentication(Figure.8) • Etc: Access Control List

18. Roaming Approach, Association and Mobility • Access Pointの切り替え 手順 • Stationはre-association requestを新しいAPに送信 • Re-association response • 成功→Stationは新APと通信を始める • 失敗→Stationは別のAPを探す • 新APがRe-association requestを受け入れたら、旧APにそれを告知

19. Power Management • 電力消費問題は重要よ！ • MAC層ではこれもサポート • Continuous Aware Mode • Power Save Polling Modes