Accesso al mezzo trasmissivo: il protocollo CSMA – Guida Wi-Fi

Per quanto riguarda l’accesso al mezzo trasmissivo, il Wi-Fi utilizza una tecnica ad accesso casuale di tipo CSMA. Sinteticamente si può riassumere il funzionamento nel seguente modo: un terminale entra in ascolto sul canale in modalità persistente; se trova il canale libero effettua la trasmissione dei dati altrimenti viene programmato un altro istante di ascolto al canale. Nelle reti wireless però non è possibile implementare un protocollo di tipo CSMA "puro" in quanto sussitono due problemi:

1) Problema del terminale nascosto: per meglio comprendere il problema affidiamoci alla figura sottostante:

Il terminale B vuole trasmettere al terminale A. B ha raggio d’azione del segnale che consente di arrivare nell’area X. C ha un raggio d’azione del segnale che consente di arrivare nell’area Y. Il terminale A, trovandosi nell’intersezione del dominio X e del domino Y, può ricevere sia dal terminale C che dal terminale B. Immaginiamo che il terminale B ascolti il canale e lo trovi libero iniziando così la fase di trasmissione verso A. Immaginiamo ora che anche il terminale C abbia necessità di trasmettere al terminale A e che ascolti il canale subito dopo che il terminale B abbia inviato il pacchetto verso il terminale A. In questa situazione, poichè il segnale del terminale B non viene percepito dal terminale C, quest’ultimo considera il canale libero e trasmette. Ciò da luogo ad una collisione e quindi ad una distruzione dei messaggi inviati dai terminali B e C.

2) Problema del terminale esposto: il seguente problema è sostanzialmente l’opposto del precedente. Anche in questo caso, per una migliore comprensione, affidiamoci alla figura sottostante:

Supponiamo adesso che il terminale A stia trasmettendo verso il terminale B e supponiamo che C abbia necessità di trasmettere al terminale D. Il terminale C, prima di trasmettere, ascolta il canale e percepisce il messaggio mandato dal terminale A e quindi desiste dall’accedere al canale anche se la destinazione della trasmissione era il terminale D e ciò non avrebbe portato a nessun problema dato che il messaggio mandato dal terminale C non sarebbe arrivato al terminale B. Lo scenario sopra descritto non porta a nessun tipo di collisione, ma causa una forte inefficienza della rete e ritardi di trasmissione considerevoli.

Per risolvere questo tipo di problemi si potrebbe pensare di implementare una variante del protocollo CSMA ovvero il protocollo CSMA/CD che viene utilizzato nelle reti Ethernet, ma ciò non è fisicamente possibile. CSMA/CD prevede che un terminale ascolti il canale anche mentre trasmette dati perchè, in caso di collisione, sospende immediatamente la trasmissione e quindi viene ridotto, il più possibile, il tempo di accesso perso con una collisione. Questo tipo di tecnologia è però implementabile solo se il mezzo trasmissivo è full-duplex ovvero se il mezzo trasmissivo permette di definire due percorsi separati per i due sensi del flusso dati. Si deduce dunque che CSMA/CD non è implementabile nelle reti wireless in quanto si ha una trasmissione radio dei segnali che, per definizione, è un canale half-duplex ovvero un canale che fornisce una comunicazione in entrambe le direzioni ma con il vincolo di poter utilizzare soltanto una direzione di trasmissione alla volta.

Nelle reti Wi-Fi viene dunque implementato un protocollo della famiglia CSMA che prende il nome di CSMA/CA. La denominazione CA sta per Collision Avoidance e il funzionamento di questo protocollo si basa principalmente sullo scambio, prima dell’inizio di una trasmissione, di alcuni pacchetti (i pacchetti RTS e CTS) per gestire la comunicazione.

Vedremo nella prossima lezione le modalità di scambio dei dati e l’implementazione della tecnica CSMA/CA.