QoS dans les réseaux sans-fil 802.11

La norme IEEE 802.11 (ISO/IEC 8802-11) est un standard international décrivant les caractéristiques d'un réseau local sans fil (WLAN).

Par rapport aux réseaux filaires Ethernet (802.3), le modèle OSI diffère dans les réseaux sans-fil comme nous pouvons le voir dans le graphique ci-dessous:


Le standard IEEE 802.11 a défini deux méthodes d'accès au canal pour offrir une qualité de service :

DCF : Distributed Coordination Function
    - Utilise le protocole CSMA/CA : mécanisme d'esquive de collision sur le principe d'accusés de réceptions entre l'émetteur et le récepteur.
   
PCF : Point Coordination Function
    - Utilisée seulement en mode "Infrastructure"
    - Permet de réaliser un contrôle de l'utilisation du média par l'utilisation de messages de polling

DCF et PCF sont basés sur les espaces inter trames (IFS).

Les IFS sont de 3 types distincts:
SIFS (Short IFS) : Espace utilisé pour séparer les transmissions d'un même dialogie
PIFS (PCF IFS) : Espace utilisé par le point d'accès pour effectuer le polling en PCF.
DIFS (DCF IFS) : Espace utilisé par les stations dans la méthode DCF lorsque l'une d'entre elles veut prendre la parole.

Nous allons décrire les deux méthodes DCF et PCF, leurs apports et leurs limites.

Le DCF s'appuie sur le CSMA/CA (Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance).

Le CSMA/CA se résume à:

1. L'émetteur attend qu'aucune émission ne soit en cours
2. Lorsqu'aucune communication n'est détectée, il attend durant la période DIFS suivie d'un délai aléatoire supplémentaire CW, "Collision Windows".
3. Il peut alors prendre la parole.

Fonctionnement détaillé du DCF

1- Le canal de transmission apparaît libre et le DIFS a été attendu
2- L'émetteur envoie une demande de permission RTS (request to send) avant d'envoyer ses données
3- Le destinataire répond par un paquet CTS (Clear To Send) dans un court délai < SIFS
4- L'émetteur reçoit CTS, attend SIFS et envoie ses données
5- Le récepteur reçoit les données, attend SIFS et renvoie un paquet ACK pour signaler à l'émetteur que les données ont été reçues.

Ce mode d'accès est complémentaire à la méthode DCF.
La gestion du canal de transmission est centralisée dans le point d'accès.
Le système PCF est dit "sans dispute" (Contention Free) .

Fonctionnement détaillé du PCF

1- Le point d'accès interroge successivement chacune des stations via une requête CF-Poll (dans le cas présent, la première station veut envoyer des données)
2- La station qui veut transmettre répond par un CF-ACK dans le temps SIFS imparti
3- Le point d'accès lui répond et lui octroie un temps durant lequel elle peut émettre
4- La station émet ses données durant le temps accordé

Pour la méthode DCF:
Elle ne supporte que la méthode Best Effort.
Par son caractère aléatoire, elle n'offre pas de garantie de bande passante, de délai ou de gigue.

De plus, ces autres limites sont:
- Le nombre de collisions augmente rapidement avec le nombre de stations qui communiquent, ce qui provoque une chute du débit (perte d'efficacité)
- Une station lente impacte l'ensemble du réseau (temps max d'émmission)
- Les interférences peuvent interrompre complètement les échanges de données
- Elle n'offre aucune garantie sur le temps de transit puisqu'il repose sur un mécanisme aléatoire. Elle est donc incompatible avec les applications synchrones

Pour la méthode PCF:
Cette méthode résout le problème de 'station aveugle' en étendant la zone de couverture. En effet, vu que le point d'accès gère l'accès au média, il voit l'ensemble des stations.
Elle empêche les collisions dû au contrôle de l'utilisation du réseau via le point d'accès.

Néanmoins, son système de vote central inefficace: en effet, le principe de 'polling' peut brider les performances du réseau dans le cas où une station nécessite d'envoyer un nombre important de données alors que les autres stations n'ont pas besoin d'utiliser le canal de transmission.

De plus, elle ne prend pas en compte de la différenciation des flux : Voix, Vidéo, Données.

Vous allez désormais voir les apports du 802.11e.