短距离无线通信系统及仿真课件 第2章 Wi-Fi无线通信技术 第十三讲.pptVIP

第2章Wi-Fi无线通信技术第2章Wi-Fi无线通信技术WLANMAC层原理与技术MAC层具有以下三个主要功能：(1)无线介质访问。(2)网络连接。(3)提供数据认证和加密。MAC层的功能无线介质访问在IEEE?802.11标准中定义了两种无线介质访问控制的方法，它们是：分布协调功能(DistributedCoordinationFunction，DCF)点协调功能(PointCoordinationFunction，PCF)图3.15无线介质访问控制方法DCF是IEEE?802.11最基本的媒体访问方法，其核心是CSMA/CA。它包括载波检测(CS)机制、帧间间隔(IFS)和随机退避(RandomBack-off)规程。每一个节点使用CSMA机制的分布接入算法，让各个站通过争用信道来获取发送权。DCF在所有的STA上都进行实现，用于无中心和有中心的网络结构中。DCF有两种工作方式：一种是基本工作方式，即CSMA/CA方式；另一种是RTS/CTS机制。PCF是可选的(Optional)媒体访问方法，用于有中心的网络结构中。PCF使用集中控制的接入算法(一般在接入点AP实现集中控制)，用类似于轮询的方法将发送数据权轮流交给各个站，从而避免了碰撞的产生。对于时间敏感的业务，如分组语音，就应该使用提供无争用服务的点协调功能PCF。图3.16两次CA握手机制①基本的CSMA操作采用两次握手机制，又称ACK机制，是一种最简单的握手机制。当接收方正确地接收帧后，就会立即发送确认帧(ACK)，发送方收到该确认帧，就知道该帧已成功发送，如图3.16所示。由图可见，如果媒体空闲时间大于或等于DIFS(DCF的帧间隔)，就传输数据，否则延时传输。网络分配向量(NetworkAllocationVector，NAV)NAV可以看做一个以某个固定速率递减的计数器，当值为0时，载波监测认为信道空闲；不为0时，认为信道忙。NAV中存放的是介质信道使用情况的预测信息，这些预测信息是根据MAC帧中Duration(持续时间字段)声明的传输时间来确定的。MAC层监听所有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，就用这一信息更新该工作站的NAV。如果信道繁忙，CSMA/CA协议将执行退避算法，然后重新检测信道，这样可以避免各工作站间共享介质时可能造成的碰撞。为什么要用退避算法？介质繁忙状态刚刚结束的时间窗口是碰撞可能发生的最高峰期，尤其是在利用率较高的环境中。因为此时许多工作站都在等待介质空闲，所以介质一旦空闲，大家就试图在同一时刻进行数据发送。CSMA/CA协议在介质空闲后，利用随机退避时间控制各工作站发送帧的进行，从而使各工作站之间的碰撞达到最小。当包第一次企图发送时，BEB选择一个随机时隙(CW=CWmin)进行等概率传输，CWmin是最小竞争窗口。每当节点传送数据包发生冲突时，竞争窗口的大小都会成为原来的两倍，直到它的上限CWmax。即CW=min[2*CW，CWmax]。新的竞争窗口是用来表示传输企图的，在一次成功传输之后，或当一个包企图传输的次数到达极限m(对于基本访问机制m=7，对于RTS/CTS?m=4)时，这个节点就将它的竞争窗口重设成它的最小竞争窗口。BEB二进制指数退避算法具体过程如下：检测到媒体空闲时，退避计时器递减计时。检测到媒体忙时，退避计时器停止计时，直到检测到媒体空闲时间大于DIFS后重新递减计时。退避计时器减少到0时，媒体仍为空，则该终端就占用媒体。退避时间值最小的终端在竞争中获胜，取得对媒体的访问权；失败的终端会保持在退避状态，直到下一个DIFS。保持在退避状态下的终端，比第一次进入的新终端具有更短的退避时间，易于接入媒体。A、B两个站点共享信道。A站点检测到信道空闲时间大于DIFS时发送数据报，B站点此时立刻停止退避时间计数，直到又检测到信道空闲时间大于DIFS时，继续开始计数。当B站点的退避时间计数器为0时，则B站点开始发送数据报。退避算法举例：当一个站要发送数据帧时，仅在下面的情况下才不使用退避算法：检测到信道是空闲的，并且这个数据帧是它想发送的第一个数据帧。除此以外的所有情况，都必须使用退避算法。②RTS/CTS机制采用四次(Four-way)握手机制。如图3.18所示，四次握手机制包括RTS—CTS—DATA—ACK四个过程，发送者在发送数据帧之前，首先发送一个RTS帧来预约信道，接收者发回一个CTS帧，之后开始进行数据帧的发送和ACK确认。RTS/CTS机制说明如果发送者没有接收到返回的ACK，则会认为之前的传输没有成功，会重新