Es el nivel inferior de la subcapa MAC, su funcionamiento se basa en técnicas de acceso aleatorias de contienda por el medio. Es de carácter asíncrono puesto que estas técnicas de contienda introducen retardos aleatorios y no predecibles, mismos que no son tolerados por servicios síncronos. Para la adecuada operación del algoritmo DCF, se utiliza un conjunto de retardos llamados IFS (Interframe Spaces) que configuran un esquema de prioridades. Wi-Fi define cuatro tipos de IFS´s para dar prioridad al acceso inalámbrico, éstos son:
• SIFS (Short IFS): Es el tiempo IFS más corto y es usado para transmitir tramas de alta prioridad.
• PIFS (PCF IFS): Es utilizado por las estaciones para ganar prioridad de acceso en los periodos libres de contienda, y por el controlador centralizado PCF para emitir polls.
• DIFS (DCF IFS): Es el tiempo de espera habitual en las contiendas con MACA. Se utiliza como un retardo mínimo cuando se compite por el acceso para tramas asincrónicas.
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• EIFS (Extended IFS): Controla la espera en los casos en que se detecta la legada de una trama errónea, esperando el tiempo suficiente para que le vuelvan a enviar la trama u otra solicitud.
En DCF todas las estaciones compiten por el acceso al canal simultáneamente, y puesto que en los medios inalámbricos detectar colisiones es complicado, DCF dispone de CSMA/CA y MACA (CSMA/CA con RTS/CTS17) como protocolo de acceso al medio con una combinación de censado físico y virtual para determinar si el medio está libre u ocupado. El algoritmo de acceso al medio CSMA/CA de detección de colisión consiste en testear el medio, o canal inalámbrico antes de transmitir para determinar su estado (libre u ocupado). Si el medio está libre se ejecuta una espera adicional IFS, si durante este tiempo o bien desde el principio, el canal se determina ocupado se espera un tiempo antes de volver a testearlo, este tiempo tiene una duración aleatoria para evitar colisiones sucesivas indefinidas. Los tiempos de espera son los retardos que se conocen como espaciado entre tramas IFS (InterFrame Space), y se definen como el periodo mínimo de tiempo durante el cual una estación estará escuchando el canal antes de transmitir. Una vez finalizada la espera debida a la ocupación del medio, se ejecuta un algoritmo de backoff, con el que se determina una espera adicional y aleatoria escogida en función de un intervalo llamado ventana de contienda (CW).
El algoritmo de backoff nos da un número aleatorio entero de ranuras de tiempo (slot time) de 20 microsegundos [13] para la espera, reduciendo así la probabilidad de colisión que es máxima cuando varias estaciones están esperando para transmitir. Mientras se ejecuta el algoritmo de backoff, se continúa censando el canal y si el medio se determina libre durante un tiempo al menos de un IFS, esta espera avanza hasta que la estación consume los slot times. Si el medio no queda libre durante esta condición el algoritmo de backoff queda suspendido hasta que el canal quede libre. La ecuación 1.1 muestra la fórmula para el cálculo de la longitud del algoritmo de backoff.
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time Slot CW Random length Backoff _ = (0, )* _ Ecuación 1.1 18 Donde:
Backoff_length: longitud del algoritmo de backoff-
Radom (0, CW): Número aleatorio en el rango de cero hasta el valor de la ventana de contención (CW)
Slot_time: Ranura de tiempo.
Hay que tener en cuenta que, CSMA/CA en un entorno inalámbrico presenta una serie de problemas, siendo los principales los siguientes:
• Nodos ocultos: Una estación cree que el canal está libre pero en realidad está ocupado por otro nodo que no se oye.
• Nodos Expuestos: Una estación cree que el canal está ocupado pero en
realidad está libre, pues el nodo al que oye no le interferiría para transmitir.
Ante estas dificultades la solución propuesta en el estándar original de Wi-Fi es MACA (MultiAccess Collision Advoidance), con este protocolo, antes de la transmisión el emisor envía una trama RTS (Request to Send) en la cual indica la longitud de datos a enviar y espera un tiempo por una respuesta del receptor quien responde con una trama CTS (Clear to Send) repitiendo la longitud. Al recibir el CTS el emisor espera un tiempo según la longitud, y sólo después de cumplir estas condiciones, el emisor envía los datos. DCF además brinda confiabilidad en la entrega de datos utilizando ACKs (Acuses de Recibo) y retransmisión si éstos no se reciben. Las estaciones tienen pleno conocimiento de cuando la estación que tiene el control del medio en un momento dado finaliza su transmisión. En DCF se usa reserva del canal, información que conocen a través de una variable llamada NAV (Network Allocation Vector), que sirve como predicción de cuando el medio quedará libre.
DCF usa un campo Duration/ID para indicar el tiempo de reserva para la transmisión, de manera que todos los nodos conozcan al escuchar cuando el
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canal quedará libre, y se implementa fragmentación de datos. Tanto al enviar un RTS o al recibir un CTS, se envía el campo Duration/ID indicando el tiempo de reserva del canal para la transmisión en cuestión, y el subsiguiente ACK, con lo que las estaciones que estén censando el canal modificaran su NAV según el valor del Duration/ID.
En la figura 1.9 se muestra un ejemplo de intercambio de tramas en una transmisión en modo DCF. En este escenario la estación emisora (Source), empieza a transmitir hacia la estación receptora (Destination) luego de haber detectado el canal libre al menos por un periodo de tiempo DIFS, y haber consumido su periodo de backoff, que es menor que el de las otras estaciones (Other). La estación emisora envía primero una trama RTS, en la que envía información del remitente (emisor), y tiempo que demorará dicha transmisión; luego de un período SIFS la estación receptora responde con una trama CTS, en la que incluye también el tiempo de ocupación del canal, con lo que las otras estaciones saben cuanto tiempo estará ocupado el canal, y durante ese tiempo no intentarán ninguna transmisión. Una vez establecida la comunicación la estación emisora luego de un SIFS envía los datos hacia la estación receptora, quien luego de otro SIFS responde con ACKs. Si un ACK no es recibido por el emisor, éste retransmite la trama. Al finalizar la transmisión, las otras estaciones que quieren acceder al medio, esperan un tiempo DIFS para empezar nuevamente un ciclo de transmisión.
Figura 1.9 Secuencia de Intercambio de Tramas en un Transmisión en Modo DCF19
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