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En este post vamos a tratar de explicar que es y como funciona BSS Coloring el cual es una de las características introducidas por 802.11ax y como nos ayuda en la reutilizaron de canales y la mejora de administración del espectro.

Los dispositivos Wi-Fi 6 pueden distinguir entre frames que pertenecen a su mismo Basic Service Set (BSS) al observar el «color» de una trama. Aunque el término «color» puede resultar un poco engañoso, ya que en realidad se trata de un número que va del 1 al 63.

Por ejemplo, en la siguiente imagen vemos un beacon de una red que tiene habilitado BSS coloring en sus radios.

Ahora veamos alguna parámetros interesantes:

1. El nombre del SSID es «CWNE_BSS_COLORING
2. El campo «BSS Color Disable» se encuentra en «False» esto significa que BSS esta habilitado.
3. El valor del «color» es 0x3e es decir 62

Ahora, es importante identificar que el valor del color no cambia si hay más de una SSID, por ejemplo, en la siguiente imagen, se muestra otro beacon de otro SSID llamada «CWNE_OPEN». Es decir el valor del color estará atochado al radio.

Un Punto de Acceso (AP) comunica el color de su BSS en los Beacons, Probe Request y frames de después de (Re)Asociación. Por ejemplo, si dos dispositivos asociados con BSS diferentes pueden escuchar cada transmisión del otro, a niveles de señal relativamente bajos, cada dispositivo debería posponer su transmisión al «escuchar» la conversación del otro. Pero si ambos dispositivos transmitieran al mismo tiempo, es probable que ninguno genere suficiente interferencia en el receptor de la otra BSS.

CSMA/CA

Debido a la forma en que funciona la comunicación 802.11, cada estación debe esperar a que otra estación complete la comunicación antes de poder transmitir. Esto se logra mediante el mecanismo de CSMA/CA.

CSMA/CA genera dos problemas en particular, tales como:

1. Sobrecarga de contención (Contention overhead).
2. Utilización del tiempo de aire (Airtime utilization), lo cual consume una gran cantidad de ancho de banda.

Veamos como funciona este mecanismo antes de 802.11ax:

Cada dispositivo debe de seguir las reglas de CSMA/CA, si el medio es libre entonces un dispositivo puede transmitir, si un dispositivo quiere transmitir y escucha a otro dispositivo que ya lo esta haciendo, no importa a que nivel lo escuche, esté deberá de esperar hasta que el medio de encuentre totalmente libre para poder hacerlo.

Ahora, el mayor problema ocurre cuando un dispositivo en un BSS puede escuchar a otro dispositivo en otro BSS que esta utilizando el mismo canal es esto se le llama OBSS (Overlaping Basic Service Set) que no es otra cosa que CCI (co-channel interference) es decir otro AP utilizando el mismo canal que el primer dispositivo.

Si ambos BSS están operando en el mismo canal, significa que el mecanismo de CSMA/CA afectará a los dos. Los clientes y los APs tendrán que competir por el medio y esperar a que esté libre. En este contexto, BSS coloring nos ayudará a lograr un mejor rendimiento.

Los dispositivos anteriores a 802.11ax, deben demodular paquetes para examinar el encabezado MAC y determinar si un paquete recibido pertenece o no a su propia BSS. Este proceso de demodulación consume energía, la cual podría ahorrarse si los dispositivos pueden identificar rápidamente la BSS solo mirando el encabezado PHY y, posteriormente, descartar los paquetes que provienen de una BSS diferente. Antes de Wi-Fi 6, no existía ninguna disposición para que los dispositivos realizaran esta acción.

BSS Coloring, permite a los dispositivos que operan en el mismo espacio de frecuencia distinguir rápidamente entre paquetes de su propia BSS y paquetes de otro BSS (OBSS), simplemente observando el valor de color de BSS contenido en el encabezado PHY de HE.

En un radio 802.11ax el receptor analizara el color del BSS y su acceso estará condicionado de acuerdo a lo detectado:

Intra-BSS: Si el color es idéntico, el frame se identifica como una transmisión intra-BSS y el dispositivo que quiere transmitir aplazará su transmisión. En otras palabras, la radio transmisora pertenece a la misma BSS que el receptor, por lo tanto, la radio receptora pospondrá su transmisión.

Inter-BSS: Si el color es distinto, el frame se considera una transmisión inter-BSS desde una OBSS. En otras palabras, la radio transmisora pertenece a una BSS diferente y posiblemente no sea necesario aplazar la transmisión para el dispositivo que desea iniciar una transmisión.

Este mecanismo permite a dos estaciones comunicarse si están utilizando el mismo canal en diferente OBSS

Spatial Reuse Operation

A través de una técnica llamada Operación de Reutilización Espacial (SRO), las radios Wi-Fi 6 pueden ajustar los umbrales de evaluación de CCA (Clear Channel Assessment) de manera adaptativa para las transmisiones de frames detectadas en una OBSS. El propósito es ignorar las transmisiones de una OBSS y, en consecuencia, posibilitar la transmisión simultánea.

Ahora, veamos la secuencia de pasos que se utiliza para decidir si se lleva a cabo o no esta reutilización:

1. Una estación detecta una señal de RF
2. Clear channel assessment indica si la señal es mayor a -82 o no.
3. Si la señal es mayor a -82 la estación verifica si puede demodular el tráfico.
4. Si la señal puede ser leída (demodulada) entonces se lee el header para ver el color del BSS.
5. Si el color del BSS es el mismo que el de la estación, entonces utilizará el proceso de CSMA/CA tradicional y competirá por tener acceso al medio. En este caso sabremos que estamos frente a un frame de tipo intra-BSS.
6. Si es color es diferente, entonces, hablamos de un frame de tipo inter-BSS. En este punto, se realiza otra verificación del treshold para comprobar si la intensidad de la señal del frame está por encima de -62 o por debajo.
7. Si la intensidad de la señal es mayor que -62, significa que está demasiado cerca y se considerará que el medio está ocupado.
8. Si la intensidad de la señal es menor que -62, la estación no competirá por esta transmisión y continuará transmitiendo.