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O método de acesso básico do DFWMAC é
uma função de coordenação distribuída
(DCF) conhecida como CSMA/CA (Carrier Sense Multiple Access with Collision
Avoidance) com reconhecimento. A utilização desse método
é obrigatória para todas as estações e pontos
de acesso (APs), nas configurações Ad Hoc e com infra-estrutura.
O serviço fornecido pela DCF é usado para transmissão
de tráfego assíncrono.
Esse mecanismo de acesso possui um esquema de acesso randômico com “sensor” do meio que tenta evitar colisões através de um backoff time (uma espécie de tempo de espera) aleatório. O mecanismo básico do CSMA/CA é mostrado na figura abaixo. Se o meio está inativo por pelo menos a duração de DIFS, uma estação pode acessar o meio imediatamente. Isso permite um atraso de acesso curto enquanto o tráfego estiver pequeno. Mas, tão logo mais e mais estações tentarem acessar o meio, outros mecanismos de controle são necessários. |
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Se o meio estiver ocupado, estações têm que esperar pela duração de DIFS, e depois têm que entrar numa fase de contenção. Cada estação escolhe um backoff time aleatório, dentro de uma janela de contenção (contention window), e tenta acessar o meio depois de passado esse intervalo de tempo aleatório. Se, passado esse intervalo de tempo, o meio estiver ocupado, essa estação perdeu este ciclo e tem que esperar até a próxima chance, ou seja, até o meio estiver inativo novamente por um período de pelo menos DIFS. Mas, ao contrário, se passado o intervalo de tempo aleatório, o meio estiver ainda inativo, essa estação pode acessar o meio imediatamente. Esse tempo de espera aleatório é escolhido como sendo um múltiplo de um slot time (dentro de um tamanho máximo da janela de contenção). O slot é derivado do atraso de propagação do meio, atraso da transmissão e outros parâmetros dependentes do meio físico. Obviamente, o mecanismo básico de CSMA/CA não é justo, pois cada estação tem as mesmas chances de transmitir no próximo ciclo. Para o mecanismo ficar mais justo, O IEEE 802.11 acrescenta um contador de backoff. Novamente, cada estação escolhe um tempo aleatório. Se uma determinada estação não consegue acessar o meio no primeiro ciclo, ela pára seu contador de backoff, espera o canal estar inativo novamente por um período DIFS e o seu contador começa a decair novamente. Quando o contador expirar, essa estação acessa o meio. Isso significa que essa estação não vai ter que escolher um tempo aleatório novamente, sendo esse tempo substituído pelo tempo que sobrou no seu contador. Portanto estações que estão tentando acessar o meio a alguns ciclos têm vantagem em relação as estações que venham querer acessar. A figura (abaixo do próximo parágrafo) mostra esse mecanismo em funcionamento
com cinco estações tentando enviar mensagem nos pontos marcados
com uma flecha. A estação3 é a primeira a requisitar
o meio, espera por DIFS e acessa o meio. Estação1,
estação2 e estação5 têm que esperar até
o meio ficar inativo por pelo menos DIFS depois que a estação3
parar de transmitir. A partir desse momento, as três estações
escolhem um backoff time dentro da janela de contenção e
começam a decrementar seus contadores.
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Agora, a estação4 quer transmitir. Então, depois de um período de tempo DIFS, três estações tentam acessar o meio. É possível que aconteça, como mostrado na figura, que duas estações acidentalmente tenham o mesmo backoff time, não importando se ele é do ciclo anterior ou de uma nova escolha. O resultado disso é uma colisão no meio, ou seja, o quadro transmitido é destruído. A estação1 armazena se backoff time residual novamente. E, no último ciclo mostrado na figura, finalmente consegue acesso ao meio, enquanto que a estação4 e a estação5 têm que esperar. Uma colisão leva a uma retransmissão com uma nova escolha aleatória do backoff time. Apesar desse refinamento, ainda sim, esse esquema apresenta problemas. Dependendo do tamanho da janela de contenção, os valores randômicos gerados podem ser próximos, causando muitas colisões; ou podem ser distantes, causando um atraso desnecessário. Dessa forma, é introduzido um outro mecanismo que tenta adaptar o tamanho da janela de contenção com o número de estações que estão tentando acessar o meio. Ele funciona da seguinte maneira: a janela de contenção começa com um tamanho pequeno. Cada vez que ocorrer uma colisão (que indica um tráfego alto no meio), a janela de contenção é dobrada, não podendo ultrapassar um valor máximo previamente determinado. Quanto maior for a janela menor será a probabilidade de colisão, já que há mais opções para se escolher um backoff time. Entretanto, para um tráfego pequeno no meio, uma menor janela garante um tempo de atraso mínimo. Esse algorítmo é também chamado de backoff exponencial e já é familiar no CSMA/CD numa versão similar. Enquanto esse processo descreve o mecanismo completo de quadros broadcast, um outro aspecto é provido pelo padrão para conexões ponto a ponto. A figura abaixo mostra um emissor acessando o meio e transmitindo seus dados. Mas agora o receptor responde diretamente com um sinal ACK (acknowledgement). O receptor acesssa o meio depois de esperar um intervalo de tempo igual a SIFS e, portanto, nenhuma outra estação pode acessar o meio ao mesmo tempo causando colisão. As outras estações têm que esperar por DIFS mais o seus backoff time. Essa confirmação do recebimento da mensagem assegura a correta recepção de um quadro da camada MAC, que é especialmente importante num ambiente propenso à erros como é uma conexão sem fio. Se o ACK não é enviado, o emissor automaticamente retransmite o quadro. Mas nesse caso o emissor tem que competir novamente pelo acesso ao meio, pois não há regras especiais para retransmissão. |
