无线局域网论文全文

精品文档 1欢迎下载 无线局域网 802 11 数据链路层的功能研究 第一章 无线局域网概述 在精彩的数据通信世界 无线局域网来了 无线局域网曾被认为是一项不 实用的技术 因为其组网费用昂贵 且受其数据传送能力的限制 而现在 无 线局域网正影响着人们生活的方方面面 您如果去旅游 可以方便地在机场或 酒店大厅等公共场合中通过配备的接入点上网冲浪 收发电子邮件 还可以使 用笔记本电脑或配有一个兼容的无线局域网适配器的个人数字助理 PDA 进行 其他活动 您如果登记入住一个酒店 观赏一场体育赛事或注册大学的一门课 程 也有可能会看到有人通过具有无线局域网性能的计算机连接本地有线局域 网接入点 从服务器和大型机获得数据 无线局域网 WLAN Wireless Local Area Network 可定义为 使用射频 RF Radio Frequency 微波 Microwave 或红外线 Infrared 在一个有 限地域范围内互连设备的通信系统 一个无线局域网可作为有线局域网的扩展 来使用 也可以独立作为有线局域网的替代设施 因此 无线局域网提供了很 强的组网灵活性 与有线局域网通过铜线或光纤等导体传输不同的是 无线局域网使用电磁 频谱来传递信息 与无线广播和电视类似 无线局域网使用频道 Airwave 发 送信息 其传输可以使用无线微波或红外线实现 一般应工作在 ISM 频段 1 1 无线局域网的优点和局限性 1 1 1 优点 无线局域网有下列优点 首先 无线局域网使用简易 能灵活地满足组网 的要求 其次 减少了传统布线的需要 使其构建不需布线或者不会太昂贵 因此 除非运营商对接入因特网收费高的离奇 无线局域网能够降低运营商和 用户双方的运营成本 第三 无线局域网明显提供了可移动性 能够添加 移 动 修改设施 另一个优点是可伸缩性 在适当的位置放置或添加接入点和扩 展点 就有可能满足扩展组网的需要 1 1 2 局限性 在某些领域中使用无线局域网收 数据会表现出其局限性 下面列出了使 精品文档 2欢迎下载 用无线局域网的五大局限性 传输范围 吞吐量 干扰 成本 移动平台的电池寿命 无线局域网设备的低功率和高频率限制了其传输范围 传统的有线局域网 通过使用光纤中继器可以达到数公里的传输范围 而无线设备的传输范围却只 有几百米 到新世纪初 无线局域网的最大传输速率是 2Mb s 引入支持 IEEE802 11b 标准的设备将吞吐量提高到了 11Mb s 一旦符合 IEEE802 11a 标准的设备投放 市场 吞吐量可能达到 54Mb s 与有线局域网的运行速率相比 旧的无线局域网技术似乎是一个瓶颈 而 更重要的是考虑一个接入点所争用的节点数 而不是单一的吞吐量 比如 架 设用 802 11bLAN 和一个快速以太网做比较 假定计划将一个无线局域网通过一 个单独的接入点连入到一个 100BaseT 网段 以便为 5 个节点服务 在假设快速 以太网中有 80 个节点 将无线局域网与有线局域网相比较 可以将运行速率除以节点个数 得出 每种类型局域网的每个节点的数据率 对于有线局域网 100Mb s 80 得出平均 速率为每节点 1 25Mb s 而无线局域网中注意到尽管通过接入点连接到以 100Mb s 速率运行的有线局域网 但是 802 11b 局域网的接入点时被限制在只 支持 11Mb s 的数据率内 因此 每节点的平均数据率为 0 733Mb s 多径传播引起的干扰会限制吞吐量 电磁干扰也会影响传输 因此 适当 的站点检测能把许多问题在尚未发生时就解决掉 几年前 无线局域网适配卡和接入部件还相对昂贵 尽管这些产品的成本 都已经因为大规模的生产有所下降 但其价格还是比 10Mb s 网卡贵许多倍 无线局域网的一个主要局限性就是移动平台的电池寿命 当无线局域网被 用来在难以布线构建 LAN 的地方提供通信时 那个地方很有可能缺少电源插座 类似地 使用 PDA 在商店里边移动边检查库存 电源插座的存在就没有意义了 精品文档 3欢迎下载 因为为设备的电池充电需要时间 因此 在很多场合下 移动平台的电池寿命 势必系考虑的一个不小的局限性 1 2 网络应用 在医院里记录和提交有关病人的信息 在大学校园了对特定活动进行技术支持 控制批发和零售的库存 通过宾馆 机场和公用楼群里的接口接入因特网 通过简短通知来配置组织 Ad hoc 短期培训中心 不用添加 移动和修改设施的动态网络环境 对商贸展览运作进行技术支持 第二章 IEEE802 11MAC 层功能介绍 本章主要介绍数据链路层功能及其实现过程 以及其分层结构 说明数据 传输的握手过程 数据交换过程等等问题 在说明问题之前 有必要介绍一些 专业术语以及 MAC 层的基本概念性知识 2 1术语和概念介绍 2 1 1DCF DCF 是 IEEE802 11MAC 帧的最基本的访问方法 在所有 STA 中被贯彻执行 用于 IBSS 及构造网络中 对于一 STA 帧的传送 首先侦听介质是否有另一个 STA 正传送数据 如果 介质空闲 则传送可以进行 正在传送的 STA 必须保证试图传送前的一定的时 间内介质是空闲的 如果介质忙 则该 STA 应延迟发送 直到当前传送结束 可见 DCF 方式下 STA 使用 CSMA CA 和在介质忙时使用一随机延迟的方法 允许在两个兼容的物理层间自动共享介质 另外所有正确的传输均以一个 ACK 帧进行确认 如果发送者没有受到 ACK 帧 则要将该帧进行重传 当多个工作站同时访问一个介质时冲突最可能发生 而 CSMA CA 减少了冲 突发生的可能性 介质由忙变闲的瞬间 这可由载波侦听机制提供 是冲突发生 率最高的时候 这是因为多个 STA 可能都一直在等着介质重新变为空闲 这种 精品文档 4欢迎下载 情况下需要一随机的后延程序以解决介质的竞争冲突问题 实际的载波侦听机制是通过发布一预定信号预定介质来实现的 发布预定 信息的途径之一是在实际的数据传输之前交换 RTS 和 CTS 信息帧 RTS 和 CTS 帧中包含了时间和地址信息 定义了一个时间片即介质传送实际的数据帧和返 回 ACK 信息帧将占用的时间 在接收性能范围变化之内 所有的工作站 包括 发送站 发送 RTS 接收站 发送 CTS 都将收到介质被预定的信号 于是即 使工作站不能接收源工作站的信息 它仍然知道将有人要使用介质传送数据 发送预定信息的另一途径是在正确传送的帧中包含时间 地址信息 给出 介质被占用的时间 或者在传送的结束立即送一 ACK 信息帧或万一有分段发生 在该确认帧后附下一分段分帧 RTS CTS 机制的另一好处发生在当多个业务集同时占用一个信道时 介质 预定机制在 BSA 的界限范围内起作用 RTS CTS 机制也可以在一种典型环境下 提高操作性能 在此环境下 所有的工作站均能接收来自 AP 的信息 却都不能 接收来自同一个 BSA 中的其他工作站的信息 RTS CTS 机制不能在广播和存在多个接收者的情况下应用 因为这样存在 多个接收地址 对于一个 RTS 信号来说 这意味着可能多个并存的 CTS 信号作 为回答 而实际上 并非每一个数据帧的传送都需要交换 RTS CTS 这是因为 附加的 RTS CTS 交换增加了数据在空中传输的低效率 所以该机制并不总是正 确的 特别是对较短的帧 RTS CTS 在摩尔司码阈值属性的控制下运行 该属性可以在每一个基本的 工作站被设置 工作站可能被设置为或者总是用 从不用 或者仅仅当帧的长 度大于一特定值使用 RTS CTS 交换机值 没有被设置为开始时实施 RTS CTS 机制的工作站仍将更新其在接收的 RTS 或 CTS 帧中包含的时间信息的载波帧听机制 并总是对一有地址信息的 RTS 信 号回答一 CTS 帧 该协议允许工作站支持不同的数码率的设置 在一个基本数码率变化范围 内 工作站接受所有的数码率设置 并能在一个或多个基本数码率设置下传送 数据 为支持适当的 RTS CTS 操作和实际的载波帧听机制 所有的工作站必须 都能检测到 RTS CTS 信号 因此 RTS CTS 信号必须在一基本的数码率设置的 精品文档 5欢迎下载 速率下传送 2 1 2PCF 除了上述分布式协调功能以外 还存在其它的基于不同优先级的集中式接 入模式 这种模式即为点协调功能模式 这种模式可以允许在无竞争环境中高 优先级站能接入到介质中去 在这种模式中 通常控制核心部分都把控制权授 予给一个集中式的协调器 一般这个协调器就是接入点本身 因此接入点很多 时候又被称为点协调器 PC PCF 的工作原理是它本身会询问所有的站是否具 有无竞争业务流量 如果有 那么 PC 就会把这些业务流量收集起来并把这些流 量传到要求的目的战中 PCF 运用了带有优先级的实际的载波侦听机制 PC 分发带有指示管理信息 的帧 通过设定 STA 中的 NAV 网络分配矢量 来获得对介质的控制权 另外 所有 PCF 下传送的帧用了一个比在 DCF 方式下传送帧的帧间间隔要小的帧间间 隔 这意味着当多个 STA 同时访问同一个信道时 PCF 可以对访问介质有较高 的优先级 另外 在无线局域网中 还允许 DCF 和 PCF 的共存 DCF 作为 PCF 的基础而存在 2 1 3CSMA CA CSMA CA 是无线局域网中最基本的介质访问方式 再次提供了两种 CSMA CA 方式 一种由物理层提供 即实际的载波侦听机制 另一种由 MAC 层提供 称 为虚拟的载波侦听机制 CSMA CD 被用于很多基于 IR 的局域网 其发射和接收都是定向的 在这种 情况下 发送器总是用自己发射的信号与从其它终端接收到的信号比较来检测 冲突 无线电波传播不是定向的 这使得在自己发射期间确定其它终端的发射 有困难 因此 冲突检测机制不适合无线局域网 然而兼容性对无线局域网非 常重要 因此网络的设计人员不得不考虑 CSMA CD 与以太网骨干局域网的兼容 性 后者在有线局域网领域占主导地位 尽管在有线局域网里实现冲突检测很容易 只需要检测电平再和某一阈值 电平比较 但在无线信道中由于衰落和其他无线信道的特性无法采用这种简单 的技术 一个可以被用来检测冲突的简单办法是让发射站首先对信道的信号进 行解调 解调之后将所得信息与自己发射信息相比较 如果二者不一致则认为 精品文档 6欢迎下载 是冲突发生了 则立即中止发射分组 然而在无线环境里 发送器自己的信号 在所有附近接收信号中占优势 因此接收器可能无法分辨冲突 只检测到自己 的信号 为了避免这种情况发生 发射站的发射天线模式应该与其接收模式有 所不同 但是在无线终端设置这样的模式并不方便 因此这需要定向天线 并 且发送器和接收器都需要昂贵的前端放大器 在 CSMA CA 中使用了两个特殊的帧 他们分别是 RTS 发送请求帧 和 CTS 清除发送帧 2 1 4NAV NAV 就是网络分配矢量 2 1 5MAC 信息管理库 MAC MIB MAC 层的信息管理库是由一系列表格形式的属性值按照一定的规则组织起 来的 这样就能对同属于一个 MAC 层中的不同事件起到协调作用 MAC 层的信 息管理库又包括了两套属性 站管理属性组和 MAC 属性组 一下重点介绍 MAC 属性组的一些属性 dotllMACAddress 该属性值表示 MAC 的唯一单独地址值 该属性值属于 MAC 层私有 并且 MAC 层也通过这个地址才能完成接收不同的帧 并把这些帧 传递到更上层协议层进行处理 dotllRTSThreshold 该属性控制在传递数据帧和管理帧前传递 RTS 控制帧 具体的属性值定义了传递 RTS 所需最短帧的长度 该属性的缺省值为 2347 字节 dotllShortRetryLimit 该属性定义了可以传递一个长度小于 dotllRTSThreshold 阈值的帧的次数阈值 超过这个阈值 这个帧就会被丢弃 而且会向上层激发一个故障事件的产生 dotllLongRetryLimit 该属性定义了一个可以传递一个长度大于或者等于 dotllRTSThreshold 阈值的帧的次数 超过这个阈值 这个帧就会被丢弃而且 会向上层激发一个故障事件的产生 该阈值的缺省值为 4 并且这个却省值可 以由本地或者外部管理器进行修改 dotllFragmentationThreshold 该属性定义了物理层所能接受的帧的最长 长度 超过了这个最长长度的帧都将被进行分段 精品文档 7欢迎下载 dotllTrahsmittedFragmentCount 该计数器记录成功传递了多少个帧片段 一个不需要经过分段处理就被传递了的 MSDU 也算作一个帧片段并增加一次这个 计数器的值 一次成功的传递被定义为向特定地址发送的已经接收到其 ACK 信 号的数据帧 或者其它向组播地址发送的数据或管理帧 dotllMulticastTransmittedFrameCount 该计数器仅仅记录传送了多少个 组播帧 只要传递一个组播帧 那么计数器就增加一 dotllRetryCount 该计数器记录那些在完成成功传输过程中至少经过了一 次重传的帧数 dotllMultipleRetryCount 记录那些在完成成功传输过程中至少经过了两 次重传的帧数 2 1 6帧间间隔 IFS 两帧之间的时间间隔 对给定的间隔 工作站通过载波帧听判断介质的忙 闲状态 定义了四种不同的 IFS 以提供对无线介质的优先级别访问 不同的 IFS 有其独立的工作站比特率 IFS 定时被定义为介质上的时间间隙 视每个物 理层而不同 SIFS 被用于 ACK CTS 有分段时的下一分帧或在点协调方式下作为对任一 询问的回答 在轮询控制时也可用于任意的帧 SIFS 时从前一帧最后一个符号 的结束到接下来一帧开头低一个字符的开始所对应的时间 可被用于一系列帧 交换的过程中 当工作站已占用介质需保持一段时间以执行一系列的帧交换时 利用这一最短的时间间隔传送一系列帧交换可以阻止那些需等待介质空闲较长 时间间隔的工作站争用介质 于是这一系列的帧交换的进行就取得了优先权 PIFS 仅仅被用于 PCF 方式下 在一 CFP 开始时取得介质访问的优先权 DIFS 用于分布协调方式下 工作站传送 MPDU 和 MMPDU 在正确接收一帧并后 延时间期满 如果载波侦听判断介质在 DIFS 期间空闲 使用分布协调的工作站 将被允许传送数据 如果传送中有错误 那么即使判断出介质空闲后 一个在分布协调方式 精品文档 8欢迎下载 下的工作站也不能传输数据 工作站可能接收一个 错误 空闲 帧后传送 是工作站重新同步 折旧允许工作站使用 DIFS 可见 DIFS 在上述 错误 空闲 帧之后 EIFS 扩展的 IFS 用于分布协调方式下 此时物理层指示 MAC 一帧的传送开 始后 没有正确的接收 物理层不用实际的载波侦听机制检测出错误的帧后判断介质空闲 随后 EIFS 延 迟开始 在一个工作站开始传送以前 EIFS 为另一个工作站提供足够的时间以 回答该工作站 什么是不正确接收的帧 根据实际的介质忙闲状态 在 EIFS 期 间 由于收到一 错误 空闲 帧而使工作站重新获得同步 所以 EIFS 被终 止 正常的介质访问在收到 错误 空闲 帧后继续执行 2 1 7帧的分段和重组 所谓真的分段 就是将一个 MAC 服务数据单元 MSDU 或一个 MAC 控制协议数 据单元 MMPDU 分割为较小的 MAC 级别的帧即 MAC 协议数据单元 MPDU 分段处理 产生的比原先的 MSDU 及 MMPDU 长度更短的 MPDU 增加了可靠性 这种方法是通 过在某些信道对一些较长帧有些特殊的限制其接受可靠性时增加了 MSDU 及 MMPDU 成功传输的可能性 该处理对于一个立即发射机是比较可靠的 将多个 MPDU 重组为单个的 MSDU 或 MMPDU 的处理过程称为重组 这一过程相应地对一 个立即接收机非常方便 该过程只对单一接收地址的帧进行分段 而在广播或 组播时不进行分段 当从 LLC 层接收的 MSDU 或从 MLME 接收的 MMPDU 的长度大于 2 1 5 中的 dotllFragmentationThreshold 分段阈值时 MSDU 或 MMPDU 就将被分段成为 MPDU 每一个分段帧的长度均不大于上述分段阈值 当然小于该阈值也是可能 的 分段的示意图如下 2 2MAC 分层结构 MAC 层分为 MAC 子层和 MAC 管理子层 前者主要负责访问机制的实现和分 组的拆分和重组 其管理子层主要负责 ESS 漫游管理 电源管理 还有登记过 程中的关联 去关联以及要求重新关联等等过程的管理 802 11 物理层分为三 精品文档 9欢迎下载 个子层 PLCP 物理层会聚协议 PMD 物理介质相关协议 和物理层管理子 层 PLCP 子层主要进行载波侦听的分析和针对不同的物理层形成相应格式的分 组 PMD 子层用于识别相关介质传输的信号所使用的调制和编码技术 物理层 管理子层为不同的物理层进行信道选择和调谐 除此之外 IEEE802 11 还定义了 一个站管理子层 它的主要任务是协调物理层和 MAC 层之间的交互作用 2 2 1MAC 子层 MAC 层支持三种主要的帧类型 站点间传输信息所用的数据帧 控制访问介质所用 的控制帧以及管理帧 管理帧用于站点第二层间交换管理信息 而不会将管理信息送往协 议栈的高层 2 2 1 1 帧格式 802 11 的帧格式是可变长的 图 2 2 说明了站点间发送信息所用的 MAC 数 据帧格式 在后面的介绍中将会发现 该帧的某些域也在其他类型的帧中使用 图 2 2 帧正文 Body 域的最大长度可达 2312Byte 如上图所示 然而 因为无 线链路的误码率比有线 LAN 误码率高得多 随着帧长度增加 帧信息受破坏的 概率也高 因此一个无线局域网比一个有线局域网的情况就糟糕多了 为弥补 这种情况 无线局域网在 MAC 层支持一种简单的分段重组机制 A 控制域 16bit 的帧控制域包含 11 个子域 其中有 8 个 1bit 域 通过设置 可指 定一个特性或功能 以下将介绍控制域中的每个子域 a 协议版本子域 2 bit 的协议版本子域提供了一种标识 802 11 标准版本的机制 该标准的 最初版本中 协议版本子域值设为零 b 类型和子类型子域 类型和子类型子域提供 6bit 来标识一个帧 类型子域能识别 4 种类型的帧 但目前仅定义了 3 种 4bit 的子类型子域标识了类型分类中的一种特定类型的 帧 精品文档 10欢迎下载 c 到分布系统子域 该子域为 1bit 当帧寻址到一个接入点以便转发到分布系统时 该子域置 1 否则该子域置 0 d 来自分布系统子域 该子域也是 1bit 当帧是收自分布系统时 该子域置 1 否则该子域置 0 e 多段子域 该子域为 1bit 当在当前段之后还有更多的段时 这个域的值就设为 1 这个域使发送端注意一个帧是一个段 并且允许接受端将一系列段重装成一个 帧 f 重试子域 当这个 1bit 域被置 1 表示这个帧是一个先前传送过的重传段 接收站 点用这个域来识别当确认帧丢失时可能发生的重传 g 电源管理子域 IEEE802 11 站点可选择两种电源模式 即节能模式或活动模式 之一 当 发送时一个站点是活动模式时 一个帧能将其电源状态从活动改为节能模式 通过使用电源管理比特 一个站点可标识其电源状态 接入点使用该信息 不断维护工作在节能模式的站点记录 接入点将缓存发往其他站点的分组 直 到那些站点通过发送轮询请求来专门请求分组 或是改变其电源状态 通过使用信标帧可获得另一种将缓存帧发送给一个运行于节能模式站点的 技术 接入点周期性地发送信息 这些信息是关于运行于节能模式的站点有接 入点所缓存的帧 作为信标帧的一部分 每个这样的站点接受信标帧后被唤醒 注意到有帧存储在接入点中等待转发 然后这些站点就保持在活动电源状态 并且给接入点发送一个轮询请求信息以索取那些帧 h 多数据子域 这个子域指示在当前帧后带有更多帧 这个 1bit 子域由接入点设置 指示 有更多的帧缓存在一个特定站点中 记住当一个目的站点运行在节能模式时 将在接入点中产生缓存 目的站点可利用此信息来决定它是否要继续轮询 或 者这个站点是否要将电源管理模式转变为活动模式 精品文档 11欢迎下载 i 有线等效保密子域 IEEE802 11 委员会提出通过附加授权认证和加密保证安全性 统称为有线 等效保密 WEP Wired Epuivalent Privacy WEP 子域的设置指示了帧的正文 按 WEP 算法加密 j 顺序子域 控制域的最后一个子域是 1bit 的顺序子域 该比特 1 指示帧使用严格顺序 服务等级进行发送 该子域的使用是适应 DEC LAT 协议的 DEC LAT 协议不允 许单播和多播帧间顺序的变化 因此 对于大多数无线应用是不使用该子域 以上是对控制域内的子域做了详细介绍 下面继续讨论 MAC 数据帧 B 持续时间 标志符域 这个域的含义与帧类型有关 在一个节能轮询消息中 该域指示了站点标 志符 ID 在其他类型帧中 该域指出持续时间值 它表示发送一帧所需的时 间间隔 单位是微秒 C 地址域 一个帧可以包含多达 4 个地址 这与控制域中 ToDS 和 FromDS 比特设置有 关 地址域被标识为地址 1 到地址 4 基于控制域中的 ToDS 和 FromDS 比特设置 地址域的应用情况见表 2 2 注意表 2 2 中地址 1 总是指接受端地址 这个地址可以是目的地址 DA 基本服 务集 ID BSSID 或是接收地址 RA 如果 ToDS 比特置 1 那么地址 1 中含接入 点地址 如果 ToDS 比特置 0 那么地址 1 中是站点地址 所有站点按地址 1 域中的值进行过滤 表 2 2 基于控制域中的 ToDS 和 FromDS 比特设置的 MAC 地址域值 ToDSFrom DS 地址 1地址 2地址 3地址 4 00DASABSSIDN A 01DABSSIDSAN A 10BSSIDSADAN A 11RATADASA 地址 2 总是用于标志发送分组的站点 如果 From DS 比特置 1 那么地 址 2 中是接入点地址 否则代表站点地址 地址 3 域也与 ToDS 和 FromDS 比特 精品文档 12欢迎下载 设置有关 当 Fromds 比特设置为 1 地址 3 中就是原来的源地址 如果 ToDS 比特置 1 则地址 3 中就是 DA 地址 4 用于特定情况 即使用了无线分布系统 并且一个帧从一个接入点 正发往另一个接入点 在这种情况下 ToDS 和 FromDS 比特设置都被置位 因 此 原来的 DA 和 SA 都不可用了 地址 4 就仅限于标识有线 DS 帧的源地址 D 序列控制域 2Byte 的序列控制域用作表示所属帧的不同段顺序的机制 序列控制域中 包含两个子域 段号和序列号 这些子域用于定义帧和所属帧的各段的段号 E 帧正文域 帧正文域用于在站点间传送实际信息 这个域是可变长的 最长可达 2312 字节 F CRC 域 MAC 数据帧中最后一个域是 CTC 域 这个帧长 4 字节 包含 32 比特的 CRC 2 2 1 2数据传送前的握手过程 如前所述 IEEE802 11MAC 采用了一个基本的介质访问协议即带有冲突避免 的载波侦听多路访问机制 CSMA CA 所用的 CSMA CA 协议要求一个有信息要 发送的站点首先要对传输介质进行侦听 即发前侦听 如果介质忙 该站点就 延迟发送 如果接着在某一特定的时间内是可用的 称之为分布的帧间间隔 DIFS 则该站点可以发送数据 因为其他的站点可能几乎同时发送信息 接收 站点就必须检验接收分组 并且发送一个确认消息 ACK 通知发送站点没有发生 冲突 若发送站点没收到确认信息 他将进行重发 直到它收到一个确认消息 或者其重发次数达到一定的极限 CSMA CA 机制使介质访问中的冲突最小化 因为有可能会出现两个站点同时 侦听信道 并发现介质空闲随后发送信息 或是两个站点没有互相侦听 就发 送信息的情况 这时冲突就会发生 为减小冲突的可能性 IEEE802 11 标准所 用的 CSMA CA 派生出一种称为虚拟载波侦听 VCS 的技术 在 VCS 中 要求发送 信息的站点先发送一个请求发送帧 RTS 的分组 这个分组是一个相当短的控制 包 它包含了 DA 和 SA 以及随后的发送持续时间 这个持续时间是根据数据 精品文档 13欢迎下载 分组的传输和接收端分组确认的时间来规定的 接收端发出清除发送 CTS 分组 作为响应 CTS 分组指示了与 RTS 分组中相同的持续时间信息 收到 RTS 或 CTS 控制分组 或是收到两种分组的每个站点 将其 VCS 指示器设成传输持续时间 在 IEEE802 11 中 该指示器即为所谓的网络分配矢量 NAV 其用作一种通知介 质上所有其它站点后退或延迟其传送的机制 如果在以预定的时间内未收到 CTS 则发送站点就认为是发生了冲突 并且 重新开始这个过程 发送另一个 RTS 分组 一旦收到 CTS 帧 就发送数据帧 接收端回送一个 ACK 分组以确认一次成功的数据传输 使用 RTS 和 CTS 控制分组减少了在接收端发生冲突的可能性 这种冲突来 自发送端 隐藏 的站点 所谓 隐藏节点 指一个服务集的站点 它不能检 测到另一个站点的传送数据 因而不能判断出介质忙 现以图解的方式归纳使用 RTS 和 CTS 控制分组以及它们与数据流和 NAV 之 间的关系 如图 2 5 所示 为了更形象地说明问题 现举一个有五个工作站竞争信道的例子如下 有 A B C D E 五个展位了发送自己的数据帧参与竞争信道 此时 A 站 有一个帧在空中发射 BCD 站侦听信道并且发现信道正忙 于是他们各自允许 随机数发生器来随机产生一个后退时间 C 站在 D 和 B 站之后得到一个最小的 数 所有三个终端继续侦听信道并且推迟各自的发射 直到 A 终端的发射完成 完成后三个终端等候 IFS 周期 一旦此周期结束他们立即开始计数 第一个完 成计数的终端 在本例中是 C 站 在等待时间计数完成后开始其帧发射 其余 两个终端 B 和 D 将各自计数器停止在 C 站开始发射时的计数值 在 C 站发射 的过程中 E 站开始侦听信道 运行自己的随机数发生器 在本例中得到一个 比 D 站剩余计数大但是比 B 站剩余计数小的随机计数值 因此在 C 站传输完毕 之后推迟自己的发射 按照和先前一样的方式 所有的终端要等待 IFS 周期 然后开始计数 D 站最早完成自己的随机等候时间 开始发射自己的分组 同 时 B 和 E 暂停自己的计数器 等待 D 站完成帧传输以及之后的 IFS 周期 然后 他们再次启动计数 由于 E 站的计数器首先计数到零 于是 E 站开始发射数据 B 站暂停计数 在 E 站完成帧传输以及 IFS 周期后 B 站的计数器一直计数到零 精品文档 14欢迎下载 并且开始发射帧数据 这样的后退策罗比起 IEEE802 3 标准中的指数后退方案 其优势在于无需冲突检测程序 并且等候时间也是公平分布的 平均来说执行 了先来先服务的原则 具体过程图解如下 2 2 1 3分段传输过程中的 RTS CTS 用法 RTS CTS 帧定义了以下帧和 ACK 帧持续的时间 时间 标识域 在数据帧和 ACK 帧中 详细指明了下一分段和 ACK 的时间 每一帧包括了定义下一次传输 持续时间的信息 该信息帧从用来更新 NAV 值时介质忙的 RTS 帧开始直到 ACK0 的结束 从用来更新 NAV 值时介质忙的 CTS 帧开始直到 ACK0 的结束 分段 0 和 ACK0 中都包括时间信息以更新 NAV 值时介质忙直至 ACK1 的结束 这些均通 过运用时间 地址域 数据帧和 ACK 振中来实现 到最后一分段中 时间信息 变为一个 ACK 时间加一个 SIFS 时间且在其 ACK 帧中将其时间 标识域设为零 每一分段和 ACK 均像 RTS 和 CTS 因此 在以 RTS CTS 开始一系列帧交换后 尽管分段的长度可能大于 dot11RTS 阈值 仍不再在分段的传送之间用 RTS 和 CTS 帧 在运用跳频技术的物理层的工作站中 当在下一时间边界前没有充足 的时间传送随后的分段时 发动帧交换序列的工作站就在时间边界前将时间 标 识域的值在最后一个数据帧或管理帧中设为一 ACK 时间加上一个 SIFS 时间 万一 ACK 被送出而源工作站没收到 接收分段或 ACK 帧的工作站就把信道 对下一帧交换标记为忙 因为 NAV 从这些帧的信息中一直被更新 这是最坏的 情况 见下图 如目标工作站没送出 ACK 则仅能听到目标工作站的工作站不更 新其 NAV 且可能试图访问信道当他们的从收到的前一帧的信息中被更新的 NAV 达到 0 时 所有能听到源工作站的工作站在其 NAV 期满时都将自由地访问信道 在分段突发期间 源工作站仅仅在下列情况下才在 SIFS 后传送 工作站已经收到一需要 ACK 的分段 源工作站已经收到对前一分段的 ACK 又有多个分段要传 在下一个 居留时间边界之前 有足够的时间发送下一分段且能收到其确认信号 另外还应遵守下列规则 当工作站已传完一帧 除了开始的或中间的分段 工作站不会在此信 精品文档 15欢迎下载 道中在不执行后延程序的情况下在紧跟着传输一 ACK 帧 MSDU 成功传输或所有重传尝试都结束 而且该工作站还有一随后的 MSDU 待传时 工作站将执行补偿程序 仅仅没被确认的分段要重传 2 2 1 4广播和组播 PCF 方式下 当一广播或多接收地址的 MPDU 被传送时 仅仅需要一基本的 介质访问程序 而不考虑帧的长度 也不用 RTS CTS 帧交换 另外 也不用 ACK 帧的传送 任何工作站要传送广播和多接收地址的 MPDU 时 除了要确认基 本的 CSMA CA 介质访问程序以外 还要服从 RTS CTS 帧交换的规则 因为该 MPDU 时直接到达 AP 的 广播信息将被分发到 BSS 内 原来的工作站也将收到 因此 所有的工作站将过滤出包含他们自己地址的广播信息作为源地址 广播 和多接收地址的 MPDU 将在一个 ESS 内被散播 在广播和多接收地址的 MPDU 帧中无 MAC 层恢复功能 于是比起直接传送的 可靠性 这样的传输的可靠性就降低了 因为在延迟 碰撞等情况下 帧丢失 的可能性增大了 2 2 1 5恢复处理 本节主要讲述对错误帧地恢复程序 重传过程及其极限和对重复帧的处理 过程 a 恢复程序和重传极限 导致错误发生而需要恢复的环境很多 例如 RTS 被传送后 可能 CTS 没 被返回 这有可能是因为与其他的传输发生了冲突 也可能因为信道中的干扰 或者因为收到 RTS 的 STA 正处于载波侦听状态 指示介质忙 对于一发起帧交换且被证明错误的工作站 错误恢复可以通过重传来进行 对于每个失败的帧交换序列 重传继续直到成功或者直到达到一个适当的重试 极限 对于每个期待传送的 MSDU 或 MMPDU 工作站都包含一个短的和长的重试计 数器 这些计数器在增加或者重设时是互相独立的 一 RTS 帧被传送后 工作站将执行 CTS 9 2 5 7 如果 RTS 传输失败 则短重试计数器和长重试计数器增加 该过程继续直到尝试重传的次数达到 dot11 短重试极限 精品文档 16欢迎下载 传送一需要确认的帧后 工作站执行 ACK 程序 9 2 8 对于 MSDU 或 MMPDU 来说 每一次传送的 MAC 帧 长度小于或等于 dot11RTS 阈值 失败 短 重试计数器增加 成功的话 计数器被重置 而长度大于 dot11RTS 阈值的帧传 送失败 长重试计数器增加 成功传输则长重试计数器被重置 直到长重试计 数器或短重试计数器达到各自的重试极限 对失败传输的重传将继续 一旦达 到极限 重传停止 该 MSDU 或 MMPDU 被丢弃 在省电模式下的工作站 通过传送一轮询帧作为对来自 AP 数据的回答已开 始一帧交换序列 万一既没有 ACK 帧也没有数据帧从 AP 传过来 工作站将在适 宜的时刻通过发送另一个轮询帧来重试该帧交换序列 如果 AP 发一数据帧作为 对轮询的回答 但又没收到 ACK 确认帧 则从同一个工作站发出的下一个轮询 帧会引起 AP 中最后一个 MSDU 的重传 该完全一样的帧将被滤波器过滤 如果 AP 送一 ACK 作为回答 那么相应地 因为数据在一系列的帧交换中已被传送 对于一携带错误恢复的数据帧的责任就转移到了 AP 上 AP 就试图传送一 MSDU 给传送轮询帧的工作站 用任何合法的帧交换序列换取一个正确的 MSDU 省电模式下 如果传送轮询帧的工作站在传送了 ACK 帧作为对成功接收 MSDU 的确认后回到 Doze 状态 AP 将重传该 MSDU 直到达到有关的重试极限 b 重复帧的检测和恢复 既然该协议中包含了确认和重传机制 那么就有可能某一帧被不止一次地 传送 那些重复帧将被目的工作站的 MAC 层过滤出来 在数据帧和管理帧中 重复帧的过滤有助于包括一序列控制域 包括一序列号和一分段号 的帧的通 过 作为同一个 MPDU 的 MPDU 有同样的序列号而不同的 MSDU 有很大的可能性 有不同的序列号 序列号被正在传送的工作站作为一个增值的整数序列而存在 2 2 2 MAC 管理子层 管理子层负责在站和 AP 之间进行通信的初始化 这一层的操作机制是移动 环境下所需要的 这种功能在其他的无线系统中也有 但在 802 11 的 MAC 管理 子层得到了极大的扩展 一般的 MAC 管理帧的格式见下图 不同的管理帧一般 用于不同的目的 精品文档 17欢迎下载 控制帧 持续时间 DA SA BSSID 序列控制 帧体 FCS MAC 管理帧格式 a 登记 信标是一种管理帧 它是由 AP 准定期地进行发送 用来建立定时同步功能 TSF 管理帧包含的信息有基站子系统 ID BSS ID 时间戳 用于同步 业务指示表 睡眠模式 功率管理和漫游等 接收信号的强度的测量是根据信 标信息作出的 信标帧还用来识别 AP 网络等等 要给 MS 移动台 发送帧时