Tweet
Tránh nghẽn trong mạng không dây WLAN
Khi hai hoặc nhiều trạm không dây cùng truyền ở một thời điểm, tín hiệu trở thành bị nhiễu. Máy trạm bên phía nhận chỉ có thể nhận kết quả như những dữ liệu rác, nhiễu hay bị lỗi. Thật ra, không có một cách thức rõ ràng để xác định là xung đột collision đã xảy ra. Ngay cả với máy truyền đang gây ra xung đột cũng không nhận ra, vì lúc đó phần nhận của nó phải tắt đi. Để có một cơ chế phản hồi hiệu quả, trong mạng không dây, bất cứ khi nào một trạm truyền đi một frame, bên trạm nhận phải gửi một frame ACK để xác nhận là frame đã được nhận chính xác, không bị lỗi.
Các frame ACK hoạt động như một công cụ cơ bản phát hiện xung đột, tuy nhiên, công cụ này không giúp ngăn ngừa xung đột xảy ra. Chuẩn 802.11 dùng một phương pháp gọi là Carrier Sense Multiple Access Collision Avoidance (CSMA/CA). Chú ý rằng mạng có dây 802.3 phát hiện (detect) xung đột, trong khi 802.11 cố gắng tránh (avoid) xung đột.
Tránh nghẽn hoạt động bằng cách yêu cầu tất cả các máy trạm lắng nghe trước khi nó truyền đi một frame. Khi một máy trạm có một frame cần phải truyền, một trong hai trạng thái sau có thể xảy ra:
- Không có thiết bị nào khác đang truyền: lúc này máy trạm có thể truyền frame đi ngay lập tức. Bên máy nhận dự kiến phải gửi một frame ACK để xác nhận rằng frame ban đầu đến đúng và không bị đụng độ.
- Có một thiết bị khác đang truyền một frame: lúc này máy của ta phải chờ cho đến khi nào frame đang truyền là hoàn tất, sau đó nó phải chờ một khoảng thời gian ngẫu nghiên trước khi có thể truyền frame của chính nó.
Các frame wireless có thể thay đổi về kích thước. Khi một frame được truyền, làm thế nào để các máy khác biết là frame đã được truyền hoàn tất và đường truyền (sóng vô tuyến) là rảnh cho các máy khác sử dụng? Rõ ràng, các máy trạm chỉ có thể lắng nghe trong yên lặng, nhưng nếu làm thế thì không phải luôn luôn là hiệu quả. Các máy trạm không dây khác có thể cũng lắng nghe và cũng có thể truyền ở cùng một thời điểm. Chuẩn 802.11 yêu cầu tất cả các máy trạm phải chờ một khoảng thời gian. Khoảng thời gian này được gọi là khoảng thời gian giữa các frame DCF (DCF interframe space). Sau khoảng thời gian này, các máy trạm mới có thể truyền.
Bên máy truyền có thể chỉ ra một khoảng thời gian dự kiến để gửi đi hết một frame bằng cách chỉ ra trong một trường của frame 802.11. Khoảng thời gian này chứa số timeslot (thường tính bằng đơn vị microseconds) cần thiết để truyền frame. Các máy trạm khác phải xem giá trị chứa trong header này và phải chờ khoảng thời gian đó trước khi truyền cho chính nó.
Bởi vì tất cả các frame phải chờ cùng một khoảng thời gian chỉ ra trong frame, tất cả các máy đó có thể sẽ quyết định cùng truyền khi khoảng thời gian đó trôi qua. Điều này có thể dẫn đến hiện tượng xung đột, chính là một hiện tượng cần tránh.
Bên cạnh thông số thời gian nêu trên, các trạm không dây cũng phải triển khai một bộ định thời ngẫu nhiên. Trước khi truyền một frame, máy tính đó phải chọn một số ngẫu nhiên time slot phải chờ. Con số này sẽ nằm trong khoảng từ zero đến kích thước tối đa cửa sổ cạnh tranh. Ý tưởng cơ bản của cách làm này là khi một máy muốn truyền, mỗi máy sẽ chờ một khoảng thời gian ngẫu nhiên, giảm số trạm cố gắng truyền đồng thời cùng lúc.
Toàn bộ tiến trình này được gọi là chức năng phối hợp phân phối. Chức năng này được mô tả trong hình dưới đây. Ba người dùng wireless có cùng một frame phải truyền ở các khoảng thời gian khác nhau. Một chuỗi các sự kiện sau sẽ xảy ra:
1. Người dùng A lắng nghe và xác định rằng không có người dùng nào khác đang truyền. Người dùng A truyền frame của nó, đồng thời quảng bá khoảng thời gian để truyền frame.
2. Người dùng B cũng có frame để truyền. Anh ta phải chờ cho đến khi nào frame của người dùng A là hoàn tất, sau đó, phải chờ hết khoảng thời gian DIFS (thời gian phối hợp phân phối) hoàn tất.
3. Người dùng B phải chờ một khoàng thời gian ngẫu nhiên trước khi cố gắng truyền.
4. Khi người dùng B đang chờ, người dùng C có frame phải truyền. Anh ta lắng nghe và phát hiện rằng không có ai đang truyền. Người dùng C phải chờ một khoảng thời gian ngẫu nhiên. Khoàng thời gian này là ngắn hơn khoảng thời gian ngẫu nhiên của người dùng B.
5. Người dùng C truyền frame và quảng bá khoảng thời gian để truyền.
6. Người dùng B phải chờ khoảng thời gian truyền frame của người dùng C cộng với khảong thời gian giữa các frame DIFS trước khi cố gắng truyền lại một lần nữa.
Khi hai hoặc nhiều trạm không dây cùng truyền ở một thời điểm, tín hiệu trở thành bị nhiễu. Máy trạm bên phía nhận chỉ có thể nhận kết quả như những dữ liệu rác, nhiễu hay bị lỗi. Thật ra, không có một cách thức rõ ràng để xác định là xung đột collision đã xảy ra. Ngay cả với máy truyền đang gây ra xung đột cũng không nhận ra, vì lúc đó phần nhận của nó phải tắt đi. Để có một cơ chế phản hồi hiệu quả, trong mạng không dây, bất cứ khi nào một trạm truyền đi một frame, bên trạm nhận phải gửi một frame ACK để xác nhận là frame đã được nhận chính xác, không bị lỗi.
Các frame ACK hoạt động như một công cụ cơ bản phát hiện xung đột, tuy nhiên, công cụ này không giúp ngăn ngừa xung đột xảy ra. Chuẩn 802.11 dùng một phương pháp gọi là Carrier Sense Multiple Access Collision Avoidance (CSMA/CA). Chú ý rằng mạng có dây 802.3 phát hiện (detect) xung đột, trong khi 802.11 cố gắng tránh (avoid) xung đột.
Tránh nghẽn hoạt động bằng cách yêu cầu tất cả các máy trạm lắng nghe trước khi nó truyền đi một frame. Khi một máy trạm có một frame cần phải truyền, một trong hai trạng thái sau có thể xảy ra:
- Không có thiết bị nào khác đang truyền: lúc này máy trạm có thể truyền frame đi ngay lập tức. Bên máy nhận dự kiến phải gửi một frame ACK để xác nhận rằng frame ban đầu đến đúng và không bị đụng độ.
- Có một thiết bị khác đang truyền một frame: lúc này máy của ta phải chờ cho đến khi nào frame đang truyền là hoàn tất, sau đó nó phải chờ một khoảng thời gian ngẫu nghiên trước khi có thể truyền frame của chính nó.
Các frame wireless có thể thay đổi về kích thước. Khi một frame được truyền, làm thế nào để các máy khác biết là frame đã được truyền hoàn tất và đường truyền (sóng vô tuyến) là rảnh cho các máy khác sử dụng? Rõ ràng, các máy trạm chỉ có thể lắng nghe trong yên lặng, nhưng nếu làm thế thì không phải luôn luôn là hiệu quả. Các máy trạm không dây khác có thể cũng lắng nghe và cũng có thể truyền ở cùng một thời điểm. Chuẩn 802.11 yêu cầu tất cả các máy trạm phải chờ một khoảng thời gian. Khoảng thời gian này được gọi là khoảng thời gian giữa các frame DCF (DCF interframe space). Sau khoảng thời gian này, các máy trạm mới có thể truyền.
Bên máy truyền có thể chỉ ra một khoảng thời gian dự kiến để gửi đi hết một frame bằng cách chỉ ra trong một trường của frame 802.11. Khoảng thời gian này chứa số timeslot (thường tính bằng đơn vị microseconds) cần thiết để truyền frame. Các máy trạm khác phải xem giá trị chứa trong header này và phải chờ khoảng thời gian đó trước khi truyền cho chính nó.
Bởi vì tất cả các frame phải chờ cùng một khoảng thời gian chỉ ra trong frame, tất cả các máy đó có thể sẽ quyết định cùng truyền khi khoảng thời gian đó trôi qua. Điều này có thể dẫn đến hiện tượng xung đột, chính là một hiện tượng cần tránh.
Bên cạnh thông số thời gian nêu trên, các trạm không dây cũng phải triển khai một bộ định thời ngẫu nhiên. Trước khi truyền một frame, máy tính đó phải chọn một số ngẫu nhiên time slot phải chờ. Con số này sẽ nằm trong khoảng từ zero đến kích thước tối đa cửa sổ cạnh tranh. Ý tưởng cơ bản của cách làm này là khi một máy muốn truyền, mỗi máy sẽ chờ một khoảng thời gian ngẫu nhiên, giảm số trạm cố gắng truyền đồng thời cùng lúc.
Toàn bộ tiến trình này được gọi là chức năng phối hợp phân phối. Chức năng này được mô tả trong hình dưới đây. Ba người dùng wireless có cùng một frame phải truyền ở các khoảng thời gian khác nhau. Một chuỗi các sự kiện sau sẽ xảy ra:
1. Người dùng A lắng nghe và xác định rằng không có người dùng nào khác đang truyền. Người dùng A truyền frame của nó, đồng thời quảng bá khoảng thời gian để truyền frame.
2. Người dùng B cũng có frame để truyền. Anh ta phải chờ cho đến khi nào frame của người dùng A là hoàn tất, sau đó, phải chờ hết khoảng thời gian DIFS (thời gian phối hợp phân phối) hoàn tất.
3. Người dùng B phải chờ một khoàng thời gian ngẫu nhiên trước khi cố gắng truyền.
4. Khi người dùng B đang chờ, người dùng C có frame phải truyền. Anh ta lắng nghe và phát hiện rằng không có ai đang truyền. Người dùng C phải chờ một khoảng thời gian ngẫu nhiên. Khoàng thời gian này là ngắn hơn khoảng thời gian ngẫu nhiên của người dùng B.
5. Người dùng C truyền frame và quảng bá khoảng thời gian để truyền.
6. Người dùng B phải chờ khoảng thời gian truyền frame của người dùng C cộng với khảong thời gian giữa các frame DIFS trước khi cố gắng truyền lại một lần nữa.