关于无线通信中的MAC.doc

精品文档无限通信中的MAC无线通信中，为什么要有MAC协议？无线网络主要通过光、无线电波进行传输。大家都是通过一个共享的无线物理链路把所有的用户联结起来。由排队理论得知，对个用户，也就是多址通信的接入方式有好多种，但是最重要的一点都是要避免多个用户的碰撞，否则会产生干扰。理想的多址通信是让所有的队列排成一个总队列，由信道服务。那么，这种排队的方式，就需要有一个协议，这个协议就是无线通信中的MAC协议。MAC协议的种类？ 多个用户，多址接入的核心问题就是：对于一个信道，多个用户产生竞争的时候，如何采用一些协调机制，也就是采用何种MAC协议。例如两种极端的MAC协议，一种是完全自由的方式，用户自由发送，但是要解决一个问题是碰撞后如何办，一种是完全排序，每个用户都被规定了详细的规则来发送，接收包。但是，实际上不可能这样的，因为MAC协议，主要决定了通信的吞吐量、延迟等性能，所以，这块是非常重要的，是多种方式的结合。MAC协议主要分为以下三类1、固定分配信道。信道基本上可以分为频分、时分、码分、空分，每个用户都被固定的分配了一个信道，这种方式实时性很高，但是有浪费。主要是面向语音。例如FDMA（电话）、TDMA（GSM）、CDMA.2、随机分配信道。主要是面向数据。例如 ALOHA，CSMA就是随机分配的典型例子。3、按需分配信道。根据用户的要求，按照需求分配信道，例如802.16就是按照需求分配信道。主要是面型多媒体。MAC协议的主要指标和参数？ 协议的主要指标有1、延迟。就是一个数据进入队列后，发送出去的时间，包括发送错误后，重新发送的时间2、吞吐量。就是传输效率，单位时间内，最大传输的数据。3、公平性。多个用户，多个数据，不能只传一个人的，要公平的把用户的数据都传输出去，不能只传送特殊的数据。4、稳定性。协议存在开销，稳定的、比较小开销能让系统传送更多的数据。5、支持多媒体，也就是支持Qos.无线MAC协议要重点考虑的问题？ 无线的MAC协议有一些点要重点考虑，例如资源有限、信道会随着时间、环境变化、半双工的操作、信道有突发错误、和客户端的位置有很大关系（隐藏终端的问题、暴露终端的问题）、捕获效应（就是信号强度大的获得带宽高，引起不公平）、鲁棒性（鲁棒性就是指对抗信号衰落时，网络和信道仍能维持稳定的工作）、对于PHY层透明、公平性、节能性、对移动的支持性等。无线MAC层CSMA/CA的简单介绍？ 在无线通信系统中，由于发送信号的泄漏，在发送的时候很难进行检测，因为无线信道信号的强度变化范围非常大，所以就无法采用CD的方式，也就是冲突检测的方式。所以，只能是在发送前，先检测一下，也就是载波侦听。载波侦听主要有两种方式，一种是物理(直接)载波监听(PCS)，还有一种是虚拟(间接)监听（VCS）,因为物理监听的方式下，无线信道不稳定，信号变化强度大，所以，通产采用虚拟的方式，就是利用帧中持续时间的保留信息，该信息包括将要使用信道的时间和其他控制信息。 CSMA/CA主要是进行带内控制信息。不考虑捕获效应，假设没有衰落，分组错误只是因为碰撞。 首先我们假设两次握手协议，发送方检测信道，等待DIFS时间，这个时间就是两个帧的间隔，如果没有人发送数据，说明信道空闲，就发送数据，接受方在收到数据后，等待一个SIFS（最短帧间隔），回复ACK。但是，这种方式有一个问题，容易发生碰撞，就是两个站都在检测，都等待了DIFS的时间，都没有传输，然后发送，结果就碰撞了，这种方式下，就增加一个时间slot时间，就是等待了一个DIFS的时间后，再退避0，N个的slot时间，这样就大大降低了碰撞几率，但是，还有一个严重问题，那就是不能解决隐藏终端的问题，所以，就需要改进，然后提出了三次握手的协议。 三次握手协议，就是在发送数据之前，首先发送一个RTS，包含要发送数据的时间长度，接受方收到以后，回复一个CTS，CTS同样包含了发送数据包的长度，这样隐藏终端收不到RTS，但是可以收到CTS，这样，所有其他的客户端就会等待足够的时间，让通信的双方完成通信，在发送端收到CTS之后，开始发送数据。这就是通常说的三次握手，RTSCTSDATA，注意，这是没有ACK的，如果加上ACK，就是大家通常说的四次握手了。这个时候，还有一个问题就是暴露终端的问题。 暴露终端只能听到RTS，收不到CTS，暴露终端也听不到任何发送CTS端的任何数据，暴露终端就会和其他的终端联系，就可能会发生碰撞，这个时候，引入了五次握手的机制。 五次握手机制就是发送端在收到CTS后，要通知暴露终端，这个RTS和CTS的信道建立起来了，也就是在发送数据的时候，提前发送一个数据DS(Data Sending)，通过这个来通知暴露终端。当时这种方式下，又带来一个问题，就是公平性的问题。 这些握手机制，都是为了避免冲突，我们可以考虑另外一种思路，就是碰撞后，如何进行重传的算法，就是通过分裂算法(Splitting)来解决冲突分解，这种算法名字叫做CRA。CRA（Collision Resolution Algorithm）常用的方法有：树形算法、先到先服务算法。 这里再补充一点，就是CSMA是没有中心的方式，我们再介绍一下有中心方式的MAC协议。1)ISMA协议，中心站周期性的广播空闲信令。 2) DSMA 3）RAP协议。 在解决了数据传输的问题后，如果业务中有了视频、VOIP等，那么如果修改这些协议，满足这些要求呢。这就是802.11e协议，该协议主要对分布式协同（DCF）作了修订。802.11e的修订标准称为增强型分布式协同（EDCF）。增强型分布式协同（EDCF）把流量按设备的不同分成8类，也就是8个优先级。当线路空闲时，无线设备在发送数据前必须等待一个约定的时间，这个时间称为“给定帧间时隙”（AIFS），给定帧间时隙(AIFS)的时间间隔来取代DIFS，AIFS不像DCF中定义的DIFS那样不变，它的值是不唯一的，不同的业务类型有着不同的AIFS值，这个值由支持QoS的无线接入点(QAP)来分配。AIFS其长短由其流量的优先级决定：优先级越高，这个时间就越短。不难看出，优先级高的流量的传输延迟比优先级低的流量小得多。为了避免冲突，在8个优先级之外还有一个额外的控制参数，称为竞争窗口，实际上也是一个时间段，其长短由一个不断递减的随机数决定。哪个设备的竞争窗口第一个减到零，哪个设备就可以发送数据，其它设备只好等待下一个线路空闲时段，但决定竞争窗口大小的随机数接着从上次的剩余值减起。通过这种方式，实现了QoS的功能。 802.11的帧类型有哪些？ 镇类型主要有三类，一类是控制帧：例如RTS、CTS、ACK。二类是管理帧：例如试探请求、响应、信标、认证、解除认证等三类是数据帧：802.11X的MAC协议详细介绍？ 前边的CSMA/CD已经对WLAN的协议介绍的理论介绍了，现在我们详细的看一下里面的过程。 DCF：分布式协调功能，其基础就是CSMA/CA，包括载波检测、随机退避等，在所有的STA上实现。 PCF：PCF的基础是DCF，PCF把时间分为竞争和非竞争的时间，通过轮巡的方式把发送数据的权利交给各个终端，这种方式现在用的很少了。DIFS=分散帧间隔tF=帧的传输时间tDIFS=分布式帧间间隔tBO=平均退避时间, 平均退避次数时隙长tACK=应答时间。持续时间为SIFS+ACKMAC协议定义了5类时序间隔，其中两类是由物理层决定的基本类型：短帧空间(SIFS)和时隙(slot time)。SIFS是最短的时序间隔，其次为时隙。时隙可视为MAC协议操作的时间单元。通常SIFS和时隙分别为10和20s，其余3类时序间隔则基于以上两种基本的时序间隔：优先级帧间空间(PIFS)，PIFS等于SIFS加1个时隙，PCF模式下的IFS。分散帧间空间(DIFS)，在传输数据之前，必须侦听DIFS长的时间。分布式帧间间隔，每个节点检测到信道空闲之后，需要等待28s，才能开始退避计数；DIFS等于SIFS加2个时隙扩展帧间空间(EIFS)。EIFS比上述4类时序间隔都长得多，通常在当收到的数据帧出现错误时才使用。如果信道在DIFS时序间隔内空闲，那么移动站开始将信道时间分为多个时隙单元；同时生成以时隙为单位的随机退避间隔(random backoff interval)；继续检测信道。接着，在信道仍保持空闲的每个时隙中，退避间隔值减1。当间隔值为0时，移动站将开始传送分组数据。随机退避时间的窗口大小：7，15，31，63，127，255。RTS的帧也会碰撞，碰撞后采用回退机制。对于帧的结构描述？801.11 协议族 MAC 帧结构： 2 2 6 6 6 2 6 0-2312 bytes 4 bytes Frame Control Duration Address 1 Address 2 Address 3 Seq Address 4 Data Check Sum 帧控制结构： 2 2 4 1 1 1 1 1 1 1 1 Version Type Subtype To DS From DS MF Retry Pwr More W O Protocol Version 表示 IEEE 802.11 标准版本。 Type 帧类型：管理、控制和数据。 Subtype 帧子类型：认证帧（Authentication Frame）、解除认证帧（Deauthentication Frame）、连接请求帧（Association Request Frame），连接响应帧（Association Response Frame）、重新连接请求帧（Reassociation Request Frame）、重新连接响应帧（Reassociation Response Frame）解除连接帧（Disassociation Frame）、信标帧（Beacon Frame当上电启动完毕后，工作站将在它的缺省信道上等待信息，它会收到从其他工作站或AP那里发出的信号Beacon。Beacon是一条包含着ESS_ID的简短数据包，默认为每秒钟传输10次。在IEEE 802.11标准中，Beacon的发送间隔是可设置的变量。）、Probe 帧（Probe Frame）、Probe 请求帧（Probe Request Frame）或 Probe 响应帧（Probe Response Frame）。 To DS 当帧发送给 Distribution System（DS）时，该值设置为1。 From DS 当帧从 Distribution System（DS）处接收到时，该值设置为1。 MF More Fragment 表示当有更多分段属于相同帧时该值设置为1。 Retry 表示该分段是先前传输分段的重发帧。 Pwr Power Management，表示传输帧以后，站所采用的电源管理模式。 More More Data，表示有很多帧缓存到站中。 W WEP，表示根据WEP（Wired Equivalent Privacy） 算法对帧主体进行加密。 O Order 表示利用严格顺序服务类发送帧的顺序。 Duration/ID（ID） 站 ID 用于 Power-Save Poll 信息帧类型。 Durat