Rechnernetze

Distributed Coordination Function (DCF)

Die Distributed Coordination Function (DCF) ist die grundlegende Zugriffsmethode des MAC nach IEEE 802.11. Da ein Verfahren mit Kollisionserkennung wie beim Ethernet (CSMA/CD) aus technischen Gründen beim drahtlosen Datennetz nicht in Frage kommt, wird ein Verfahren mit Kollisionsvermeidung (Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance: CSMA/CA) verwendet. 

Beim CSMA/CA-Verfahren überprüft eine sendewillige Station das drahtlose Medium (WM: wireless media), ob es belegt ist, indem es dieses abhört. Ist das Medium belegt, wartet die Station bis zur Beendigung der laufenden Datenübertragung. Da nur auf das Senden von beliebigen Daten gelauscht wird, kann das exposed-terminal-Problem durch dieses Protokoll und somit auch durch den IEEE 802.11 Standard nicht gelöst.

Während des Sendens einer Station sammeln sich mit größerer Wahrscheinlichkeit mehrere Stationen, die evtl. auch Senden wollen. Treten Kollisionen auf, so könnten diese beim WLAN erst nach vollständiger Übertragung festgestellt werden, da ein Sender nicht gleichzeitig empfangen kann; daher würde die Verzögerung bei jeder Kollision sehr groß werden, so das Kollisionen möglichst zu vermeiden sind. Es darf daher kein 1-persistentes Verfahren eingesetzt werden, wie beim Ethernet, welches durch Mithören des gesendeten Signals leicht feststellen kann, ob das gegenwärtig gesendete Signal gestört wird. 

Beim DCF-Verfahren wird nach einer festen Zeit, der Distributed Coordination Function Inter Frame Space (DIFS) noch eine zufällige Zeit gewartet, die Backoff Time. Diese Zeit ist ein Vielfaches der Slot Time, die für die verschiedenen physikalischen Medien unterschiedlich ist und zum Beispiel beim FHSS-Verfahren 50 µs dauert.

Stellt die Station während der Backoff Time erneut Aktivität auf dem drahtlosen Medium fest, so wird der Backoff Timer angehalten; er behält also seinen letzten Wert. Wird das Medium wiederum für die Zeit eines DIFs frei, so wartet die Station nur noch ihre verbleibende Backoff Time und erhält damit eine höhere Priorität, da diese Zeit in der Regel kürzer sein wird. 

Backoff Time

Ziehen zwei Stationen, die während des Sendens einer anderen Station warten, die gleiche Wartezeit, so führt dieses zu einer Kollision. Kollisionen können daher trotz der Bezeichnung nicht ganz vermieden werden. Da beide Stationen eine neue Backoff Time ziehen müssen, steigt diese exponentiell an, indem die Anzahl der Slots, aus denen gleichverteilt einer zufällig gewählt wird, jeweils etwa verdoppelt wird.

Nach erfolgreicher Übertragung eines Frames muss eine Station aus Fairness die Zeit des sogenannten Contention Windows (CW) abwarten, bevor sie erneut übertragen darf. Die Größe des CW ist vom verwendeten Physical Layer abhängig, der Minimalwert liegt bei Verwendung von FHSS bei dem 15fachen der Slot Time (also bei 750µs). Das CW wird wie der Backoff bei erkannten Übertragungsfehlern in Zweierpotenzschritten vergrößert. Der Maximalwert bei FHSS liegt bei dem 1023fachen der Slot Time, also bei etwa 51ms. In dem Fall, dass nur diese eine Station senden will, bedeutet das Abwarten des CW natürlich einen nicht zu vernachlässigenden Effizienzverlust.