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Qual é o protocolo MAC para Wi-Fi?

O protocolo Medium Access Control (MAC) é um componente fundamental do padrão IEEE 802.11, definindo como os dispositivos compartilham o meio de comunicação em uma rede Wi-Fi. O protocolo MAC desempenha um papel crucial no gerenciamento do acesso ao canal sem fio, no tratamento de contenções e na garantia da transmissão ordenada de dados entre dispositivos. Aqui está uma explicação detalhada do protocolo MAC para Wi-Fi:

1. Visão geral do IEEE 802.11:

  • Redes locais sem fio (WLANs): IEEE 802.11 é um conjunto de padrões que regem a comunicação sem fio em redes locais, comumente conhecidas como Wi-Fi.
  • Camadas Físicas e de Enlace de Dados: O padrão opera nas camadas Física e de Enlace de Dados do modelo OSI, abrangendo tanto as características de transmissão de rádio quanto o protocolo para acesso ao meio.

2. Funções da camada MAC:

  • Funções da camada de enlace de dados: A camada MAC, parte da camada de enlace de dados, é responsável por gerenciar o acesso ao meio de comunicação compartilhado, lidando com questões como contenção e prevenção de colisões.

3. Acesso múltiplo de detecção de portadora com prevenção de colisão (CSMA/CA):

  • Princípio Básico: O protocolo MAC emprega uma variante do Carrier Sense Multiple Access (CSMA), conhecida como CSMA com Prevenção de Colisão (CA).
  • Ouvir antes de transmitir: os dispositivos detectam o canal antes de iniciar as transmissões, verificando atividades em andamento para evitar colisões.

4. Operação de CSMA/CA:

  • Avaliação de canal limpo (CCA): os dispositivos realizam CCA para determinar se o canal está livre ou ocupado por outras transmissões.
  • Mecanismo de espera: se o canal estiver ocupado, os dispositivos iniciam um período de espera, aguardando um período aleatório antes de tentar transmitir novamente para evitar transmissões simultâneas.

5. Função de Coordenação Distribuída (DCF):

  • DCF como modo padrão: o protocolo MAC em redes Wi-Fi normalmente opera sob a função de coordenação distribuída (DCF), que é baseada em CSMA/CA.
  • Janela de contenção: o DCF usa uma janela de contenção que determina a duração do período de espera. Janelas de contenção maiores introduzem mais aleatoriedade e reduzem a probabilidade de colisões.

6. Reconhecimento e Retransmissão:

  • Quadros de confirmação: após o recebimento bem-sucedido de um quadro, o destinatário envia um quadro de confirmação ao remetente.
  • Retransmissão: Em caso de não recebimento de uma confirmação, o remetente assume uma colisão ou erro de transmissão e inicia uma retransmissão.

7. Solicitação para envio/Liberação para envio (RTS/CTS):

  • Mecanismo opcional: em cenários onde a probabilidade de colisões é alta (por exemplo, problema de nó oculto), os dispositivos podem usar o mecanismo RTS/CTS opcional.
  • RTS: o quadro Request to Send é enviado pelo transmissor ao receptor pretendido, indicando sua intenção de transmitir.
  • CTS: O quadro Clear to Send é enviado pelo receptor como uma confirmação, concedendo permissão para o transmissor prosseguir com a transmissão de dados.

8. Melhorias na qualidade de serviço (QoS):

  • Aprimoramentos para tráfego multimídia: para oferecer suporte aos requisitos de qualidade de serviço (QoS), o protocolo MAC em Wi-Fi introduz aprimoramentos como o Enhanced Distributed Channel Access (EDCA).
  • Diferenciação de tráfego: o EDCA introduz diferentes categorias de acesso com prioridades variadas, permitindo tratamento diferenciado de voz, vídeo e dados de melhor esforço.

9. Formato de quadro e mecanismos de controle:

  • Estrutura do quadro MAC: os quadros MAC incluem cabeçalhos e trailers contendo informações de controle, endereçamento e tipo de quadro.
  • Quadros de reconhecimento e controle: Quadros especiais são usados ​​para fins de reconhecimento, controle e gerenciamento para facilitar a comunicação confiável.

10. Evolução e melhorias futuras:

  • Emendas 802.11: O protocolo MAC evoluiu através de várias alterações (por exemplo, 802.11b, 802.11g, 802.11n, 802.11ac, 802.11ax), introduzindo melhorias nas taxas de dados, utilização de canais e eficiência geral da rede.
  • Wi-Fi 6 e além: os padrões mais recentes, como Wi-Fi 6 (802.11ax), introduzem recursos como coloração do Basic Service Set (BSS), Target Wake Time (TWT), e acesso múltiplo por divisão de frequência ortogonal (OFDMA) para melhorar o desempenho em ambientes de tráfego diversos e de alta densidade.

Em resumo, o protocolo MAC para Wi-Fi, definido pelo padrão IEEE 802.11, rege como os dispositivos competem pelo acesso ao meio de comunicação compartilhado. Ao utilizar CSMA/CA, mecanismos de confirmação e RTS/CTS opcional, o protocolo MAC garante uma comunicação ordenada e livre de colisões em redes Wi-Fi. À medida que a norma evolui, novas alterações e melhorias continuam a enfrentar os desafios das crescentes demandas de tráfego e dos diversos requisitos de aplicação.

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