Amélioration de la qualité de transmission vidéo dans les réseaux IEEE 802.11

1.2.3 La couche MAC 802.11

La couche de liaison de données de 802.11 se compose de deux sous-couches : le contrôle de la liaison logique Logical Link Control LLC et le contrôle d'accès au support Medium Access Control MAC. La norme 802.11 utilise la norme LLC 802.2 et un adressage sur 48 bits, tout comme les réseaux IEEE 802, simplifiant ainsi le pontage entre les réseaux sans fil et filaires. Le contrôle d'accès au support est en revanche propre aux WLAN. La couche MAC 802.11 est très proche de 802.3 dans sa conception: il est conçu pour supporter de multiples utilisateurs sur un support partagé en faisant détecter le support par l'expéditeur avant d'y accéder.

Pour les LAN Ethernet IEEE 802.3, le protocole CSMA/CD Carrier Sense Multiple

FIG. 1.1 - Le fonctionnement de CSMA/CA avec RTS/CTS [6]

Access with Collision Detection régule l'accès des stations Ethernet au câble. Dans un WLAN 802.11, la détection des collisions est impossible du fait de ce qu'on appelle le problème "near/far". Pour détecter une collision, une station doit être capable de transmettre et d'écouter en même temps. Or, dans les systèmes radio, il ne peut y avoir transmission et écoute simultanées. En plus, la collision se fait au voisinage du récepteur et non pas de l'émetteur. Donc, l'émetteur peut ne pas détecter la collision.

Pour prendre en compte cette différence, le standard 802.11 fait appel à un protocole légèrement modifié, baptisé CSMA/CA Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance, ou à la fonction DCF Distributed Coordination Function. Le protocole

Caractéristiques	802.1 1a	802.1 1b	802.1 1g
Fréquence	5 Ghz	2.4 Ghz	2.4 Ghz
Débit (Mbps)	6, 9, 12, 18, 24, 36, 48,54	1, 2, 5.5, 11	1, 2, 5.5, 6,9, 11, 12, 18, 22,24,33,36, 48,54
Modulation	BPSK, QPSK, 16 QAM, 64 QAM (OFDM)	DBPSK, DQPSK, CCK (DSSS, IR, et FH)	BPSK, DBPSK, QPSK, DQPSK, CCK, 16 QAM, 64 QAM (OFDM et DSSS)
FEC	1/2,2/3,3/4		1/2,2/3,3/4
Débit de base (Mbps)	6	1 ou 2	1,2 ou 6

TAB. 1.2 - Caractéristiques des différentes couches physiques IEEE 802.11

CSMA/CA tente d'éviter les collisions en imposant un accusé de réception systématique des paquets (ACK), ce qui signifie que pour chaque paquet de données arrivé intact, un paquet ACK est émis par la station de réception.

Ce protocole CSMA/CA fonctionne de la manière suivante [5] une station qui souhaite émettre commence par explorer les ondes et, si aucune activité n'est détectée, elle attend un temps aléatoire avant de transmettre si le support est toujours libre. Si le paquet est intact à la réception, la station réceptrice émet une trame ACK qui, une fois reçue par l'émetteur, met un terme au processus. Si la trame ACK n'est pas détectée par la station émettrice (parce que le paquet original ou le paquet ACK n'a pas été reçu intact), une collision est supposée et le paquet de données est retransmis après attente d'un nouveau temps aléatoire.

CSMA/CA permet donc de partager l'accès aux ondes. Ce mécanisme d'accusé de réception explicite gère aussi très efficacement les interférences et autres problèmes radio.

Autre problème de la couche MAC, spécifique au sans fil, celui du noeud caché, où deux stations situées de chaque côté d'un point d'accès peuvent entendre toutes les deux une activité du point d'accès, mais pas de l'autre station, problème généralement lié aux distances ou à la présence d'un obstacle. Pour résoudre ce problème, le standard 802.11 définit sur la couche MAC un protocole optionnel de type RTS/CTS Request to Send/Clear to Send. Lorsque cette fonction est utilisée, une station émettrice transmet un RTS et attend que le point d'accès réponde par un CTS. Toutes les stations du réseau peuvent entendre le point d'accès, aussi le CTS leur permet de retarder toute transmis-

sion prévue, la station émettrice pouvant alors transmettre et recevoir son accusé de réception sans aucun risque de collision. Du fait que le protocole RTS/CTS ajoute à la charge du réseau comme le montre la figure 1.1 en réservant temporairement le support, il est généralement réservé aux plus gros paquets, dont la retransmission s'avérerait lourde du point de vue de la bande passante.

La norme IEEE 802.11 a donnée lieu à trois type de réseaux type de réseaux sans fil. Les premiers se fondent sur la norme IEEE 802.11b, les seconds sur les normes IEEE 802.11a et g et les troisièmes sur la norme IEEE 802.11n. 802.11b utilise la bande 2.4 Ghz et permet d'atteindre un débit théorique de 11 Mbps en utilisant les technologies d'étalement de spectre avec sauts de fréquence FHSS, de séquence directe DSSS, et IR. Alors que IEEE 802.11a transmet dans la bande 5 GHz et peut atteindre un débit de 54Mbps en utilisant OFDM. Le standard IEEE 802.11g est une extension du IEEE 802.11b qui peut atteindre un débit théorique maximale de 54Mbps.

Chaque mode de transmission est caractérisé par ses méthodes de modulation. La performance d'une modulation par rapport à une autre réside dans sa résistance contre les erreurs de propagation, les interférences et le fading.

Pour chaque mode de transmission, il y a toujours un mode de transmission de base utilisé généralement pour la transmission des ACK, RTS, CTS et les entêtes PLCP. Ce mode de transmission utilise BPSK ou DBPSK comme modulation pour avoir le minimum d'erreur. Les modes de transmission de base pour les couches physiques sont décrits dans le tableau 1.2. Par exemple, le débit de base pour IEEE 802.11b est 1 Mbps.

Dans la norme IEEE 802.11, chaque paquet peut être envoyer avec deux débits différents. L'entête PLCP est envoyée avec le débit de base, alors que la deuxième partie du paquet est envoyée avec un débit généralement plus élevé. Le débit de la deuxième partie est indiqué dans un champs de l'entête PLCP. Par la suite, le récepteur décode l'entête PLCP afin de connaître le débit de la deuxième partie du paquet.