【文章內(nèi)容簡介】 MAC層在物理層之上 包括兩個子層 MAC 層 無爭用服務 爭用服務 分布協(xié)調功能 DCF (Distributed Coordination Function) (CSMA/CA) 點協(xié)調功能 PCF (Point Coordination Function) 物理層 GHz FHSS 1 Mb/s 2 Mb/s GHz DSSS 1 Mb/s 2 Mb/s IR 1 Mb/s 2 Mb/s 5 GHz OFDM 6, 9, 12, 18, 24, 36, 48, 54 Mb/s GHz DSSS Mb/s 11 Mb/s IEEE DCF 子層在每一個結點使用 CSMA 機制的分布式接入算法，讓各個站通過 爭用信道 來獲取發(fā)送權。因此 DCF 向上提供爭用服務。 MAC 層 無爭用服務 爭用服務 分布協(xié)調功能 DCF (Distributed Coordination Function) (CSMA/CA) 點協(xié)調功能 PCF (Point Coordination Function) 物理層 GHz FHSS 1 Mb/s 2 Mb/s GHz DSSS 1 Mb/s 2 Mb/s IR 1 Mb/s 2 Mb/s 5 GHz OFDM 6, 9, 12, 18, 24, 36, 48, 54 Mb/s GHz DSSS Mb/s 11 Mb/s IEEE PCF 子層使用集中控制的接入算法 ,將發(fā)送數(shù)據(jù)權 輪流交給各個站 從而避免了碰撞的產(chǎn)生 MAC 層 無爭用服務 爭用服務 分布協(xié)調功能 DCF (Distributed Coordination Function) (CSMA/CA) 點協(xié)調功能 PCF (Point Coordination Function) 物理層 GHz FHSS 1 Mb/s 2 Mb/s GHz DSSS 1 Mb/s 2 Mb/s IR 1 Mb/s 2 Mb/s 5 GHz OFDM 6, 9, 12, 18, 24, 36, 48, 54 Mb/s GHz DSSS Mb/s 11 Mb/s IEEE 幀間間隔 IFS — 控制 PCF與 DCF同時運行 機制 ? 所有的站在完成發(fā)送后，必須再等待一段很短的時間（繼續(xù)監(jiān)聽）才能發(fā)送下一幀。這段時間的通稱是 幀間間隔 IFS (InterFrame Space)。 ? 幀間間隔長度取決于該站欲發(fā)送的幀的類型。 高優(yōu)先級幀需要等待的時間較短，因此可優(yōu)先獲得發(fā)送權，但低優(yōu)先級幀就必須等待較長的時間。 ? 若低優(yōu)先級幀還沒來得及發(fā)送而其他站的高優(yōu)先級幀已發(fā)送到媒體，則媒體變?yōu)槊B(tài)因而 低優(yōu)先級幀就只能再推遲發(fā)送了。 這樣就減少了發(fā)生碰撞的機會。 三種幀間間隔 時間 SIFS PIFS DIFS 媒體空閑 發(fā)送第 1 幀 SIFS PIFS 時間 NAV（媒體忙） DIFS 爭用窗口 發(fā)送下一 幀 推遲接入 等待重試時間 有幀要發(fā)送 源站 時間 目的站 ACK SIFS 其他站 有幀要發(fā)送 SIFS，即短 (Short)幀間間隔，長度為 28 ?s，是最短的幀間間隔，用來分隔開屬于一次對話的各幀。一個站應當能夠在這段時間內(nèi)從發(fā)送方式切換到接收方式。 使用 SIFS 的幀類型有： ACK 幀、 CTS 幀、由過長的 MAC 幀分片后的數(shù)據(jù)幀，以及所有回答 AP 探詢的幀和在 PCF 方式中接入點 AP 發(fā)送出的任何幀。 三種幀間間隔 時間 SIFS PIFS DIFS 媒體空閑 發(fā)送第 1 幀 SIFS PIFS 時間 NAV（媒體忙） DIFS 爭用窗口 發(fā)送下一 幀 推遲接入 等待重試時間 有幀要發(fā)送 源站 時間 目的站 ACK SIFS 其他站 有幀要發(fā)送 PIFS，即點協(xié)調功能幀間間隔（比 SIFS 長），是為了在開始使用 PCF 方式時（在 PCF 方式下使用，沒有爭用）優(yōu)先獲得接入到媒體中。 PIFS 的長度是 SIFS 加一個時隙 (slot)長度（其長度為 50 ?s），即 78 ?s。 時隙的長度是這樣確定的：在一個基本服務集 BSS 內(nèi)當某個站在一個時隙開始時接入到媒體時，那么在下一個時隙開始時，其他站就都能檢測出信道已轉變?yōu)槊B(tài)。 三種幀間間隔 時間 SIFS PIFS DIFS 媒體空閑 發(fā)送第 1 幀 SIFS PIFS 時間 NAV（媒體忙） DIFS 爭用窗口 發(fā)送下一 幀 推遲接入 等待重試時間 有幀要發(fā)送 源站 時間 目的站 ACK SIFS 其他站 有幀要發(fā)送 DIFS，即分布協(xié)調功能幀間間隔（最長的 IFS），在 DCF 方式中用來發(fā)送數(shù)據(jù)幀和管理幀。 DIFS 的長度比 PIFS 再增加一個時隙長度，因此 DIFS 的長度為 128 ?s。 網(wǎng)絡分配向量 NAV ? 當一個站檢測到正在信道中傳送的 MAC 幀首部的“持續(xù)時間”字段時，就調整自己的 網(wǎng)絡分配向量 NAV (Network Allocation Vector)。 ? NAV 指出了必須經(jīng)過多少時間才能完成數(shù)據(jù)幀的這次傳輸，才能使信道轉入到空閑狀態(tài)。 爭用窗口 ? 信道從忙態(tài)變?yōu)榭臻e時，任何一個站要發(fā)送數(shù)據(jù)幀時，不僅都必須等待一個 DIFS 的間隔，而且還要 進入爭用窗口，并計算隨機退避時間以便再次重新試圖接入到信道。 ? 在信道從忙態(tài)轉為空閑時，各站就要執(zhí)行退避算法（ 以太網(wǎng)是發(fā)生碰撞后執(zhí)行退避算法 ）。這樣做就減少了發(fā)生碰撞的概率。 ? 使用二進制指數(shù)退避算法 。 二進制指數(shù)退避算法 （與以太網(wǎng)不同點） ? 第 i 次退避就在 22 + i 個時隙中隨機地選擇一個。 ? 第 1 次退避是在 8 個時隙（而不是 2 個）中隨機選擇一個。 ? 第 2 次退避是在 16 個時隙（而不是 4 個）中隨機選擇一個。 使用退避算法 ? 僅在下面的情況下才不使用退避算法：檢測到信道是空閑的，并且這個數(shù)據(jù)幀是要發(fā)送的第一個數(shù)據(jù)幀。 ? 除此以外的所有情況，都必須使用退避算法。即： ? 在發(fā)送第一個幀之前檢測到信道處于忙態(tài)。 ? 在每一次的重傳后。 ? 在每一次的成功發(fā)送后。 CSMA/CA 協(xié)議的原理 1. 欲發(fā)送數(shù)據(jù)的站先檢測信道。在 標準中規(guī)定了在物理層的空中接口進行物理層的載波監(jiān)聽。 2. 通過收到的相對信號強度是否超過一定的門限數(shù)值就可判定是否有其他的移動站在信道上發(fā)送數(shù)據(jù)。 3. 當源站發(fā)送它的第一個 MAC 幀時，若檢測到信道空閑，則在等待一段時間 DIFS 后就可發(fā)送。 為什么信道空閑還要再等待 ? 這是考慮到可能有其他的站有高優(yōu)先級的幀要發(fā)送。 ? 如有，就要讓高優(yōu)先級幀先發(fā)送。 假定沒有高優(yōu)先級幀要發(fā)送 ? 源站發(fā)送了自己的數(shù)據(jù)幀。 ? 目的站若正確收到此幀，則經(jīng)過時間間隔 SIFS 后，向源站發(fā)送確認幀 ACK。 ? 若源站在規(guī)定時間內(nèi)沒有收到確認幀 ACK（由重傳計時器控制這段時間），就必須重傳此幀，直到收到確認為止，或者經(jīng)過若干次的重傳失敗后放棄發(fā)送。 分布式訪問控制方式 (DCF)及原理 載波監(jiān)聽機制 分布式訪問控制方式（ DCF） 是 IEEE 理層兼容的無線局域網(wǎng)中的工作站和訪問點（ AP）之間共享無線媒體的主要訪問控制協(xié)議。和 IEEE 總線式以太網(wǎng)的 CSMA/CD MAC 協(xié)議類似， DCF使用 具有碰撞避免功能的載波偵聽多址接入（ CSMA/CA）協(xié)議 。 載波偵聽機制可以讓 MAC層偵聽傳輸媒體是處于“忙碌”還是“空閑”狀態(tài)。 物理（ PHY）層提供信道的物理偵聽信道。 PHY控制機制提供的物理信道偵聽評估結果發(fā)送到 MAC層，作為確定信道狀態(tài)的一個因素。 載波監(jiān)聽機制 NAV＝ 0？ 監(jiān)測信道媒體 信道忙 ？ 發(fā)送幀 碰 撞？ 隨機退避時間 有待發(fā)送 MAC幀 結束返回 Yes Yes Yes No No No IEEE （ DCF）幀發(fā)送流程圖 NAV工作起來就像一個計數(shù)器，開始值是最后一次發(fā)送的幀的持續(xù)時間Duration字段值，然后倒計時到 0。當NAV的值到達 0，且PHY控制機制表明有空閑信道（偵聽信道上沒有載波）時，這個工作站就可以發(fā)送它的 MAC幀了。如果未發(fā)送前又一次監(jiān)聽到其他站發(fā)出幀的Duration值大于當前的網(wǎng)絡分配矢量NAV值，就用這一信息更新該工作站的 NAV。 當工作站的物理或邏輯的信道媒體檢測機制確定媒體處于忙碌狀態(tài)時， CSMA/CA協(xié)議利用隨機退避時間控制，可以避免各工作站間共享媒體時可能造成的碰撞。 MAC監(jiān)測機制利用下式計算 隨機退避時間 ： Backoff Time = Random( ) aSlotTime Random( )是一個平均分布在 [0,CW]段上的偽隨機整數(shù) ， CW（ 競爭窗口 ） 。 隨機退避時間受到碰撞的影響 ， 隨著一個 MAC幀連續(xù)遭到碰撞的次數(shù)增加 ， 選擇退避時間的偽隨機整數(shù) Random( )的分布范圍 [0,CW]， 即 CW的取值也要增加 。 分布式訪問控制方式 (DCF)及原理 訪問優(yōu)先機制 IEEE 標準以不同長度幀間時間間隔形式定義了站對媒體進行訪問多種優(yōu)先級。每種幀間間隔都定義了從上一發(fā)送幀的結束到下一個發(fā)送幀的開始所要求的最小空閑時間。 Short優(yōu)先級 幀間隔 PCF優(yōu)先級幀間隔 DCF優(yōu)先級幀間隔 傳輸幀 圖