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对802.11分布式协调功能的初步探讨 201312172001——高建康——通信与信息系统 目 录 1 无线局域网802.11 MAC层 1 1.1 IEEE 802.11 MAC协议概述 1 1.2 IEEE 802.11 MAC中的主要技术 2 1.2.1 虚拟载波监听技术 2 1.2.2 帧优先级的设置 3 1.2.3 随机退避机制 4 1.2.4 节能管理 4 2 IEEE 802.11 MAC的网络工作方式 5 2.1 DCF接入方式 5 2. 2 PCF接入方式 9 2.3二进制指数退避算法的不公平现象 10 2.4 两种工作方式的对比和局限性 11 3 RTS/CTS-DCF协议性能分析 12 3. 1 RTS/CTS-DCF机制原理 13 3.2 RTS/CTS-DCF存在的问题 18 3.3 RTS/CTS-DCF的改进算法思想 19 4 总结 22 对802.11分布式协调功能的初步探讨 1 无线局域网802.11 MAC层 IEEE 802.11 MAC层提供了多种服务，同时它也定义了两种不同的介质接入的方法：分布式协调功能（DCF）和点协调功能（PCF）。其中PCF接入由于需要接入点协调整个覆盖区域内的站点，故使用较少。MAC层给站点提供信道的接入和数据的传输，这就直接关系到整个网络信道资源的合理分配和利用，从而影响到网络的性能表现。虽然在物理层上新的技术不断推出，但是发展相对缓慢的MAC层技术却极大地制约了无线网络的性能提升。IEEE 802.11 MAC本身协议存在着诸多的不足。例如，协议的本身是想提供对所有站点的公平信道接入。但是，由于协议设计上的一些不足，导致了信道接入的公平性问题。 1.1 IEEE 802.11 MAC协议概述 IEEE 802.11协议族的MAC层协议和IEEE 802.3中的以太网协议非常相似，都是在一个媒体之上支持多个用户来共享这一媒体资源，具体做法是由数据发送者在发送数据前先进行网络的可用性检查。 在IEEE802.3协议中，是由一种称为载波侦听多路接入/冲突检测（Carrier Sense Multiple Access with Co11ision Detection，CSMA/CD)的机制[1]来完成各个用户之间的协调的，这个协议解决了在Ethernet上的各个网络设备如何在公共的线缆上进行传输的问题，利用它检测和避免当两个或两个以上的网络设备需要同时进行数据传送时发生在网络上的冲突。而由于无线信道的特性，在802.11无线局域网协议中，冲突的检测在无线通信系统中是无法办到的。 鉴于这个差异，IEEE 802.11协议族标准对CSMA/CD进行了一些调整，采用了新的载波侦听多重接入/冲突避免( Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance，CSMA/CA)机制。CSMA/CA机制可以利用握手的方式来解决隐藏终端的问题，同时也利用ACK信号来避免冲突的发生。也就是说，只有当客户端收到网络上返回的ACK信号后才能确认送出的数据己经正确到达目的。 IEEE 802.11协议族所传输的业务包括异步的数据业务，以及对传输时延有着严格要求的各种实时业务，例如语音业务和视频业务。为了适应异步数据业务和实时业务各自不同的特点，802.11协议族规定了两种不同的MAC层访问机制，一种是分布式协调功能( Distributed Coordination Function，DCF)，被设计用来传输异步数据，同时也是支持PCF机制的基础。DCF机制可以应用于所有的站点，无论其拓扑结构是基本网络配置还是BISS：另一种访问机制称为点协调功能( Point Coordination Function，PCF)，是可选的，它只可用于基本网络配置的拓扑结构。PCF的工作原理主要为轮训机制，即由一个点协调器( Point Coordinator，PC)来控制令牌的循环。本文所作研究以DCF为基础，假设网络不使用PCF工作模式。 1.2 IEEE 802.11 MAC中的主要技术 1.2.1 虚拟载波监听技术 由于天线半双工的工作方式和信号空间传播的复杂性，无线网络相对于有线网络更易发生冲突，这个问题在物理层难以解决。IEEE 802.11在MAC层通过使用虚拟载波监听技术解决了这个问题，每个工作站维护一个网络分配矢量NAV(Network Allocation Vector)，用NAV来指示网络的忙闲状态，每个发送站在发送帧时估计网络忙的时间，即NAV，并把这一时间信息装入帧头，其他站接收到此帧后如发现本地NAV小于此时间则利用此时间更新本地NAV。各个工作站通过这种虚拟载波监听技术和物理层的载波监听技术来判断