图3.6 无线通信中的站点暴露示意图
3．IEEE802.11帧的传输机制
IEEE802.11采用肯定确认（positive acknowledgment）机制。所有传送出去的帧都必须得到相应。如图3.7所示，只要有任何一个环节失败，该帧即被视为已经漏失。
图3.7 数据传输的肯定确认
图3.7所列的步骤称为原子操作（atomic operation），意指不可分割的单一事物单元（single transactional unit）。若没有完成所有步骤，则整个操作就被视为失败。数据帧的传送必须得到响应，否则该帧即被视为已经漏失。
在无线网络中，由隐藏节点所导致的冲突问题相当难以监测，因为无线收发器通常只有半双工工作模式，即无法同时收发数据。为了防止冲突发生，IEEE802.11允许工作站使用Request to Send （请求发送，简称RTS）及Clear to Send（清除发送，简称CTS）信号来清空传送区域。由于RTS与CTS帧均会延长帧交易过程，因此RTS帧、CTS帧。数据帧以及最后的响应帧均被视为相同原子操作的一部分。图3.8说明了整个过程。
图3.8以RTS/CTS进行清空
如图3.8所示，节点1有个帧待传，因此送出一个RTS帧以启动整个过程。RTS帧本身带有两个目的：预约无线链路的使用权与要求接收到这一帧的其他工作站保持沉默。一旦收到RTS帧，接收端会以CTS帧应答。和RTS帧一样，CTS帧也会令附近的工作站保持沉默。等到RTS/CTS完成交换过程，节点1即可传送之前待传的帧，而无需担心来自其他隐藏节点的干扰。
3.3.1 IEEE 802.11的无线媒介访问
1.CSMA/CA
以太网采用的CSMA／CD技术（参见第2章），基于总线型有线局域网，网络站点能够实时对信道进行检测以发现冲突。无线环境下，存在冲突的两个站点可因空间遮挡等因素而产生隐藏问题。因此无线局域网引入了CSMA／CA，即载波侦听多址接人／冲撞避兔（With Collision Avoidance）控制方法。CSMA／CA中的 CSMA，要术站点在发送数据之前先进行载波侦听，确定媒质是否空闲；当信道处于空闲时，站点以一随机时间延后发送，使发生冲突的概率进一步减小[13]。
CSMA/CA的基本思想是让发送方激励接收方发送一个短帧，以便接收站周围的站点都能检测到这个帧，从而使这些站暂停向接收站发送。以图3.5的场景为例，具体过程如下：
（1）A向C发送数据帧之前向C发送一个RTS①帧，该帧给出了后继数据帧的长度；
（2）C收到后口复一个CTS帧，CTS帧中也给出数据帧的长度；
（3）A收到CTS帧后就可以发送数据帧；
（4）在此过程中，若A周围的站（B）监听到了A的RTS帧，会在随后的一段时间内保挎沉默，以便让A元冲突地收到CTS帧；而B监听到了C的CTS帧后，也会在随后的一段时间（由CTS帧中的数据长度决定）内保挎沉默，从而让C能够元冲突地收到A发送的数据帧；
（5）若A和B同时向C发送RTS帧，则会产生冲突；这时，不成功的发送方会随机等待一段时间后重试。
2. IEEE802.11 MAC访问模式
无线媒介的访问是由协调功能（coordination function）控制。Ethernet之类的CSMA./CA访问是由分布式协调功能（distributed coordination function，简称DCF）控制。如果需要用到无竞争服务(contention-free service)，则可通过构建于DCF之上的点协调功能（point coordination function，简称PCF）来控制。在各取所需(free-for-all)的DCF与精确控制的PCF之间，网络也可以介于两种极端之间的混合协调功能（hybrid coordination function ，简称HCF）。
（1）分布式访问控制方式(DCF)
DCF方式是物理层（PHY）兼容的工作站和访问节点（AP）之间自动共享无线介质的主要的访问协议。802.11网络采用了具有避免冲突的载波监听多路访问（CAMA/CA）协议进行无线介质的共享。
① 载波监听机制（CSMA）物理和虚拟的载波监听机制可以让MAC层监听介质状态。其中物理层(PHY)提供信道的物理监听。PHY控制机提供的物理信道评估结果发送到MAC层， 作为确定信道状态信息的一个因素。注意在当工作站监听到介质空闲时，工作站会延迟相应的一个帧间时隙（IFS），如果此时介质保持忙状态，站点使用退避算法并继续监听介质；如果介质空闲， 站点才传输。这点图3.9没有反映出来。MAC 控制机制利用帧格式中的持续
时间（Durat ion）字段的保留信息实现虚拟监听协议。这一保留向其它所有工作站本工作站将要使用介质的消息。MAC会监听所有MAC帧的持续时间字段， 如果监听到的值大于当前的网络分配矢量（NAV）值，就用这一信息更新改工作站的NAV。NAV就像一个计数器，开始值是最后一次发送的帧的Duration字段的值，然后倒计时到0。这里只有当NAV=0且物理监听机制判断信道空闲时，介质才被认为是空闲的，此时这个工作站就可以发送帧了。介质忙刚刚结束的时段是冲突发生可能性最大的时期，尤其是在介质利用率较高的环境中，因为许多工作站都在等待介质空闲，所以介质一旦空闲，大家就有可能在同一时刻发送数据。CSMA/CA协议于是利用随机退避时间控制，将冲突发生的可能性减少到最低。 这样，和以太网中的二进制退避算法类似，802.11 中的Backoff Procedure提供了一种处理重负载的方法。
图3.9 CSMA/CA竞争型DCF的工作流程
（2）中心网控方式（PCF）
IEEE 802.11规范定义了对介质访问的三种时间间隔IFS， 实现基于优先级的访问控制，在信道由忙转闲时由最高优先级的先发送数据。
SIFS：最短的帧间隔，为某些帧提供最高的介质优先访问级别，下列帧使用SIFS：
★ ACK 帧
★ CTS 帧
★ 分段的第二个或突发的MSDU
PIFS：中等长度的帧间隔，PCF 方案中被中心控制器在轮询时使用。
DIFS：最长的帧间隔，被工作在DCF 方式下的工作站使用。最高优先级的帧使用SIFS，从而保证了最高优先级帧迅速发送数据不发生冲突。
基于可选优先级的PCF提供无竞争的帧传送。在这种工作模式下，置于访问节点AP中的中心控制器控制来自工作站的帧的发送。所有工作站均服从中心控制器（PC）的控制。在竞争期的开始，PC首先获得介质的控制权。这样中心控制器就可在无竞争期保持控制权；PC通过发送CF-POLL 轮询有数据要发送的工作站，工作站收到轮询帧后必须予以反应。PC遵循PIFS对介质访问；因为PIFS比DIFS小，PCF能够获得介质并且在它轮询和接收相应时把所有的DCF方式下发出的帧排出介质外。
工作站具有被轮询与否的选择权。中心控制器维护着一个轮询队列，队列中的工作站在无竞争期受到轮询。 8/15 首页 上一页 6 7 8 9 10 11 下一页 尾页 |
