封面802.11

MAC相關(guān)協(xié)議191x2016.6.24目錄Agenda802.11第1頁(yè)一、802.11概述二、802.11

MAC幀三、802.11

MAC介質(zhì)訪(fǎng)問(wèn)四、802.11

QoS五、802.11n六、Q&A過(guò)渡1、802.11發(fā)展2、802.11與802協(xié)議族3、Wi_Fi概念4、網(wǎng)絡(luò)組成5、網(wǎng)絡(luò)分類(lèi)6、802.11體系結(jié)構(gòu)7、無(wú)線(xiàn)網(wǎng)卡工作流程一、802.11概述第2頁(yè)圖表1971年，夏威夷大學(xué)的研究人員在Norman

Abramson的帶領(lǐng)下，創(chuàng)造了第一個(gè)基于封包式技術(shù)的WLAN。20世紀(jì)90年代初，WLAN開(kāi)始得到較多關(guān)注，隨后IEEE成立專(zhuān)門(mén)的802.11工作組開(kāi)始了WLAN標(biāo)準(zhǔn)的研究和制定。1997年6月，推出了第一代IEEE

802.11-1997，定義了介質(zhì)訪(fǎng)問(wèn)控制層（MAC）和物理層（PHY）。經(jīng)過(guò)多年的完善，最新的一次更新是在2007年，稱(chēng)為802.11-2007。802.11在原始的802.11標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上有了很多擴(kuò)展標(biāo)準(zhǔn)：√ 802.11—工作在2.4G(2.4000～2.483GHz)頻段，提供1Mbps或2Mbps傳輸速率；√ 802.11a—工作在5G（5.15～5.825GHz）頻段，提供54Mbps傳輸速率；√ 802.11b—工作在2.4G頻段，提供最高11Mbps的傳輸速率。且速率可以在11Mbps、5.5Mbps、2Mbps、1Mbps間自動(dòng)切換；√ 802.11e—支持傳輸服務(wù)質(zhì)量服務(wù)，QoS機(jī)制；√ 802.11g—對(duì)802.11b的提速，工作在2.4G頻段，最高速率達(dá)54Mbps，802.11g接入點(diǎn)支持802.11b和802.11g設(shè)備；√

.√

.√ 802.11n—采用了MIMO-OFDM等技術(shù)，將802.11a/g的54Mbps速率做了更大的提高到?！?/p>

802.11ac1、802.11發(fā)展802.11發(fā)展正文一、802.11概述第3頁(yè)圖表IEEE

802協(xié)議族定義了一系列局域網(wǎng)（LAN）技術(shù)規(guī)范。如以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)802.3，無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)802.11等。802.11

PHY層決定了整個(gè)WLAN的速率。隨著無(wú)線(xiàn)射頻和調(diào)制解調(diào)技術(shù)的發(fā)展，WLAN速率得到了很大提升，同時(shí)也出現(xiàn)了一系列關(guān)于PYH層的協(xié)議。802.11與802.3使用相同的LLC以及LLC以上的協(xié)議。但因?yàn)閃LAN的傳輸介質(zhì)是無(wú)線(xiàn)媒介，所以802.11的

MAC比較獨(dú)特，也比較復(fù)雜。2、802.11與802協(xié)議族802.11與802協(xié)議族正文一、802.11概述第4頁(yè)圖表與WLAN相關(guān)的組織較多，其中最著名的組織是WIFI聯(lián)盟。Wi-Fi聯(lián)盟建立了一套用于驗(yàn)證802.11b產(chǎn)品兼容性測(cè)試的程序，稱(chēng)為Wi-Fi認(rèn)證，通過(guò)認(rèn)證的產(chǎn)品可以使用

Wi-Fi認(rèn)證標(biāo)識(shí)。后來(lái)，Wi-Fi認(rèn)證的范圍逐步擴(kuò)展到802.11a、802.11g和802.11n。WIFI聯(lián)盟的產(chǎn)生是為了保證不同廠(chǎng)商的產(chǎn)品能具備良好的兼容性。1999年，3com、Aironet、Lucent、Intersil、Nokia等眾多公司成立了一個(gè)工業(yè)聯(lián)盟—無(wú)線(xiàn)以太網(wǎng)兼容性聯(lián)盟，后來(lái)更名為Wi-Fi（Wireless

Fidelity）聯(lián)盟。由于Wi-Fi取得了巨大的成功，在很多場(chǎng)合，Wi-Fi已經(jīng)成了WLAN的代名詞。3、WI-FI概念WI-FI概念正文一、802.11概述第5頁(yè)圖表WLAN總體上由有線(xiàn)和無(wú)線(xiàn)兩部分組成。無(wú)線(xiàn)側(cè)作接入，使用802.11協(xié)議；有線(xiàn)側(cè)為骨干網(wǎng)絡(luò)作上行，一般使用802.3協(xié)議。AP完成802.11和802.3兩種協(xié)議間的轉(zhuǎn)換。802.11網(wǎng)絡(luò)由四個(gè)組件組成：√ Station：802.11的終端設(shè)備，比如筆記本電腦、手機(jī)、PAD等；√ Access

Point：為Station提供了802.11的無(wú)線(xiàn)接入服務(wù)，同時(shí)完成802.11

MAC幀和以太網(wǎng)幀的轉(zhuǎn)換，是有線(xiàn)和無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)之間的橋梁；√ Wireless

Mediun：802.11定義了2類(lèi)物理層，射頻物理層（2.4GHz和5GHz）和紅外物理層。目前廣泛應(yīng)用的是射頻方式；√ Distribution

System：將各個(gè)接入點(diǎn)連接起來(lái)的骨干網(wǎng)絡(luò)，通常是以太網(wǎng)。4、網(wǎng)絡(luò)組成網(wǎng)絡(luò)組成正文一、802.11概述第6頁(yè)圖表5、網(wǎng)絡(luò)分類(lèi)（一）BSS、IBSS802.11有兩種網(wǎng)絡(luò)類(lèi)型：基礎(chǔ)型（BSS）、獨(dú)立型（IBSS）網(wǎng)絡(luò)。BSS1STA1STA2STA3APSSID＝“marketing”STASTA√

STA：Station；√ AP：Access

Point；√ SSID：Service

Set

ID，服務(wù)集識(shí)別碼，簡(jiǎn)單說(shuō)就是搜索網(wǎng)絡(luò)時(shí)，顯示的網(wǎng)絡(luò)名；√ BSS：Basic

Service

Set，基本服務(wù)集，在一個(gè)BSS(其實(shí)就是射頻信號(hào)覆蓋范圍內(nèi))中，STA能相互通信;√ IBSS：Independent

BSS，一般是幾個(gè)STA為特定的目的而組建的臨時(shí)性網(wǎng)絡(luò)。這種網(wǎng)絡(luò)里面不包含

AP，每個(gè)節(jié)點(diǎn)及即是信息的發(fā)送和接收者，也是充當(dāng)信息轉(zhuǎn)發(fā)的角色。又稱(chēng)為無(wú)線(xiàn)自組織網(wǎng)絡(luò)（wireless

ad

hoc

network）。STASTASTA正文一、802.11概述第7頁(yè)圖表BSS2ESS：Extended

Service

Set，擴(kuò)展服務(wù)集，采用相同SSID的多個(gè)BSS形成的更大規(guī)模的虛擬BSS。ESS可以解決單個(gè)BSS覆蓋范圍小的問(wèn)題。ESSAP2Service

set

identify(SSID1)AP1BSS1Service

setidentify(SSID1)DS5、網(wǎng)絡(luò)分類(lèi)（二）ESS正文一、802.11概述第8頁(yè)圖表802.11僅覆蓋了MAC層和PHY層。LLC層及以上，和其它IEEE802.x局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)一樣?！? PLCP：Physical

Layer

Convergence

Procedure物理層匯聚過(guò)程子層，規(guī)定如何將MAC層協(xié)議數(shù)據(jù)單元

(MPDU)映射為合適的物理層幀格式，可以理解為PHY層的編碼和封包過(guò)程。有了PLCP子層的支持，

MAC協(xié)議就可以工作在不同的PMD系統(tǒng)之上了?！? PMD：Physical

Medium

Dependent物理媒介相關(guān)子層，直接與無(wú)線(xiàn)媒介發(fā)生關(guān)聯(lián)，主要是負(fù)責(zé)最底層編碼、調(diào)制和無(wú)線(xiàn)收發(fā)。6、802.11體系結(jié)構(gòu)802.11體系結(jié)構(gòu)正文一、802.11概述第9頁(yè)圖表一般無(wú)線(xiàn)網(wǎng)卡包括了數(shù)據(jù)從射頻，基帶到MAC處理的整個(gè)邏輯：√

其中，射頻功率放大器是將射頻信號(hào)進(jìn)行功率放大；√

射頻中頻轉(zhuǎn)換器將射頻和中頻信號(hào)進(jìn)行相互轉(zhuǎn)換；√

中頻調(diào)制解調(diào)器將基帶信號(hào)調(diào)制到中頻或者將中頻信號(hào)進(jìn)行解調(diào)以便獲得基帶信號(hào)；√ 基帶處理器是根據(jù)相關(guān)的物理層標(biāo)準(zhǔn)對(duì)數(shù)字基帶信號(hào)進(jìn)行處理，從中提取出MAC層數(shù)據(jù)或者將MAC層的數(shù)據(jù)包進(jìn)行相應(yīng)的封裝以形成相應(yīng)的物理數(shù)據(jù)；√ MAC控制器是實(shí)現(xiàn)一系列的MAC管理功能，并采用CSMA/CA的方式對(duì)物理信道進(jìn)行控制，以便將整個(gè)無(wú)線(xiàn)通信形成無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)，同時(shí)，MAC控制器還對(duì)上層的數(shù)據(jù)包進(jìn)行分組和合并，并最終將數(shù)據(jù)發(fā)送給主機(jī)。7、網(wǎng)卡處理流程無(wú)線(xiàn)網(wǎng)卡處理流程正文一、802.11概述第10頁(yè)過(guò)渡第11頁(yè)1、MAC幀類(lèi)型√

數(shù)據(jù)幀√

控制幀√

管理幀2、MAC幀格式√ Frame

Control√

Duration/ID√

Address√

Others二、802.11

MAC幀802.11圖表802.11

MAC有三種類(lèi)型的幀：數(shù)據(jù)幀、控制幀、管理幀。數(shù)據(jù)幀數(shù)據(jù)幀主要負(fù)責(zé)傳送數(shù)據(jù)報(bào)文。802.1

1定義了兩種數(shù)據(jù)幀：√ Data幀：貨真價(jià)實(shí)的數(shù)據(jù)幀，所有802.11的數(shù)據(jù)報(bào)文的承載體；√ Null幀：只有802.11

MAC頭+FCS尾兩部分，在以太網(wǎng)中這種幀沒(méi)有用，但是在無(wú)線(xiàn)網(wǎng)中，STA可以使用

Null幀通知AP自己省點(diǎn)模式的切換?？刂茙刂茙饕脕?lái)協(xié)助數(shù)據(jù)幀的發(fā)送，負(fù)責(zé)無(wú)線(xiàn)區(qū)域的清空，信道的獲取等，還用于收到數(shù)據(jù)時(shí)的確認(rèn)。常見(jiàn)的幾種控制幀：√ RTS/CTS幀：負(fù)責(zé)無(wú)線(xiàn)信道的清空，取得媒介控制權(quán)；√ PS-Poll幀：STA從省電模式醒來(lái)，可發(fā)送PS-Poll幀，從AP獲取緩存幀；√ ACK幀：接收端收到報(bào)文后需要回應(yīng)ACK幀向發(fā)送端確認(rèn)收到了報(bào)文；√ Block

Ack

Request/Block

ACK：802.11n中，為提升MAC層效率，使用BlockACK機(jī)制對(duì)一批數(shù)據(jù)幀一次性確認(rèn)；Block

Ack

Request/Block

ACK用來(lái)建立BlockACK通道。1、MAC幀類(lèi)型（一）數(shù)據(jù)幀、控制幀正文二、802.11

MAC幀第12頁(yè)圖表管理幀管理幀負(fù)責(zé)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的管理，包括網(wǎng)絡(luò)信息通告、加入或退出無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)、頻譜管理等，常用的管理幀：√ Beacon：周期性宣告某個(gè)802.11網(wǎng)絡(luò)的存在，以及支持的各類(lèi)無(wú)線(xiàn)參數(shù)，如SSID、支持的速率、認(rèn)證類(lèi)型，也包含為PSM

STA緩存幀的信息；√ Probe

Request/Response：探測(cè)幀，STA或者AP可發(fā)送Probe

Request來(lái)主動(dòng)探測(cè)周?chē)心男?02.11網(wǎng)絡(luò)；接收到的AP需回應(yīng)Probe

Response，其中基本包含了Beacon幀的所有參數(shù)；√ Authentication/Deauthentication：認(rèn)證/解除認(rèn)證，用于無(wú)線(xiàn)身份驗(yàn)證；√ Association

Request/Response：關(guān)聯(lián)請(qǐng)求/應(yīng)答，STA嘗試關(guān)聯(lián)某個(gè)AP時(shí)使用；√ Disassociation：解除關(guān)聯(lián)，AP和STA均可以發(fā)送此幀解除和對(duì)方的關(guān)聯(lián)；√ Action：802.11h標(biāo)準(zhǔn)中添加的幀，用來(lái)要求802.11設(shè)備進(jìn)行頻譜管理，如對(duì)空間中的信道、傳輸功率控制情況進(jìn)行測(cè)量，或進(jìn)行信道切換通告。1、MAC幀類(lèi)型（二）管理幀正文二、802.11

MAC幀第13頁(yè)圖表802.11

MAC幀種類(lèi)雖多，但都遵循著相同的幀格式規(guī)范，均由幀頭(MAC

Header)、幀主體(Frame

Body)和幀校驗(yàn)(FCS)字段組成。Framw

Control字段√ Protocol

Version：使用的MAC版本，目前802.11

MAC只有一個(gè)版本，編號(hào)為0；√ Type與subtype：幀類(lèi)型和子類(lèi)型；√ To

DS與From

DS：幀是否來(lái)自和去往分布式系統(tǒng)（DS），其實(shí)就是AP；√ More

Frag：是否有后續(xù)分片的幀待傳送；√ Retry：表示管理幀或數(shù)據(jù)幀是否重傳，用來(lái)排除重復(fù)幀；√ Pwr

Mgmt：指示STA發(fā)送當(dāng)前幀序列后將要進(jìn)入的狀態(tài)，Active或Sleep；√ More

Data：AP若設(shè)定此位，即代表至少有一個(gè)幀待傳給休眠中的STA；√ Protectd

Frame：指示當(dāng)前幀是否已被加密；√ Order：此位置1，幀與幀片段將嚴(yán)格依次傳送；2、MAC幀格式（一）Frame

Control正文二、802.11

MAC幀第14頁(yè)圖表2、MAC幀格式（二）Duration/ID、AddressDuration/ID字段，主要實(shí)現(xiàn)以下3種功能：√ 實(shí)現(xiàn)NAV（Network

allocate

vector）機(jī)制，Duration值代表當(dāng)前進(jìn)行的傳送會(huì)占用媒介多少微秒；√ CFP（contention-free

period）所傳送的幀，Duration的值為32768，這類(lèi)幀對(duì)一直占用無(wú)線(xiàn)環(huán)境；√ 在PS-Poll幀中表示AID(Association

ID)，從省電模式醒來(lái)的STA必須發(fā)出一個(gè)PS-Poll幀，以便從AP取得之前緩存的幀；STA在PS-Poll幀中加入AID指示其隸屬的BSS。Address字段：不同于802.3

Ethernet幀，802.11

MAC幀頭中，4個(gè)Address的填法是不固定的，需要和Frame

Control字段的To

DS、From

DS結(jié)合來(lái)確定。其中，RA—接收端地址，TA—發(fā)送端地址，DA—目的地址，SA—源地址，BSSID—BSS的MAC地址；正文二、802.11

MAC幀第15頁(yè)圖表Sequence

Control字段：√ 用來(lái)丟棄重復(fù)幀和重組分片。包含兩部分，F(xiàn)ragment

Number用于分片幀；Sequence

Number用于檢驗(yàn)重復(fù)幀，當(dāng)收到一個(gè)MAC幀，其Sequence

Number與之前收到的幀重復(fù)，則丟棄該幀。QoS

Control字段：√ 只會(huì)出現(xiàn)在數(shù)據(jù)幀中，實(shí)現(xiàn)QoS功能。

Frame

Body字段：√ 數(shù)據(jù)段，負(fù)責(zé)傳遞上層有效載荷（Payload）。在802.11中，在進(jìn)入MAC處理之前的，帶傳輸?shù)妮d荷報(bào)文一般被稱(chēng)為MSDU（MAC

Service

Data

Uint）。FCS字段：√ Frame

Check

Sequence，幀校驗(yàn)序列。2、MAC幀格式（三）others正文二、802.11

MAC幀第16頁(yè)過(guò)渡第17頁(yè)1、RTS/CTS√

隱藏節(jié)點(diǎn)√

RTS/CTS2、CF3、NCF√

NAV√ Basic

NCF√

IFS√

退避機(jī)制√

DCF&&RTS/CTS4、PCF、HCF三、802.11

MAC介質(zhì)訪(fǎng)問(wèn)802.11圖表隱藏節(jié)點(diǎn)是WLAN的一個(gè)經(jīng)典問(wèn)題。從節(jié)點(diǎn)1的角度來(lái)看，節(jié)點(diǎn)3屬于隱藏節(jié)點(diǎn)。1、RTS/CTS隱藏節(jié)點(diǎn)、RTS/CTS802.11采用RTS/CTS機(jī)制來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題，RTS（request

to

send），CTS（clear

to

send）。節(jié)點(diǎn)1有個(gè)數(shù)據(jù)幀待傳送，因此送出一個(gè)RTS幀啟動(dòng)整個(gè)過(guò)程。RTS幀本身帶有兩個(gè)目的，預(yù)約鏈路的使用權(quán)；并要求接收到這一消息的其他STA停止訪(fǎng)問(wèn)。一旦收到RTS幀，AP會(huì)以CTS幀應(yīng)答。和RTS幀一樣，CTS幀也會(huì)令其它STA停止訪(fǎng)問(wèn)。當(dāng)RTS/CTS完成交換過(guò)程，STA即可傳送幀，無(wú)須擔(dān)心來(lái)自其他隱藏節(jié)點(diǎn)的干擾。實(shí)際使用中，RTS/CTS機(jī)制會(huì)消耗相當(dāng)?shù)念l寬。因此，它通常只用在傳輸競(jìng)爭(zhēng)比較顯著的場(chǎng)合。一般802.11網(wǎng)卡的驅(qū)動(dòng)程序支持調(diào)整RTS門(mén)限值來(lái)控制是否使用RTS/CTS。一般是指數(shù)據(jù)幀長(zhǎng)度大于門(mén)限值，就會(huì)使用RTS/CTS。小于此門(mén)限值則會(huì)直接傳送數(shù)據(jù)幀。正文三、802.11

MAC介質(zhì)訪(fǎng)問(wèn)第18頁(yè)圖表2、CFCF框架MAC層的信道訪(fǎng)問(wèn)控制機(jī)制主要包括：DCF（Distributed

Coordination

Function）分布協(xié)調(diào)功能、PCF（Point

Coordination

Function）點(diǎn)協(xié)調(diào)功能、HCF（Hybrid

Coordination

Function）混合式協(xié)調(diào)功能。DCF是最基礎(chǔ)的協(xié)調(diào)功能，可配合RTS/CTS機(jī)制使用。正文三、802.11

MAC介質(zhì)訪(fǎng)問(wèn)第19頁(yè)圖表802.11通過(guò)物理載波檢測(cè)和虛擬載波檢測(cè)，實(shí)現(xiàn)CSMA/CA的碰撞避免機(jī)制。虛擬載波幀聽(tīng)機(jī)制：通過(guò)NAV機(jī)制來(lái)更新自己的定時(shí)器，可以理解成NAV本身就是一個(gè)計(jì)時(shí)器，用來(lái)指定預(yù)計(jì)要占用介質(zhì)多少時(shí)間，以微秒為單位。如果NAV值為0，這個(gè)時(shí)候會(huì)啟用物理載波幀聽(tīng)。STA中的NAV不僅會(huì)自減，還會(huì)被其他STA發(fā)的報(bào)文更新。NAV：Network

Allocation

Vector網(wǎng)絡(luò)分配矢量。802.11的幀都會(huì)包含一個(gè)duration位，用來(lái)指定一段介質(zhì)訪(fǎng)問(wèn)時(shí)間。STA會(huì)監(jiān)聽(tīng)無(wú)線(xiàn)環(huán)境中的802.11幀，并提取802.11幀中MAC頭中duration字段的值，如果這個(gè)值大于自身的NAV值，則STA會(huì)用這個(gè)值更新自己的NAV值。其STA會(huì)由NAV值倒數(shù)至零。只要NAV的值不為零，代表介質(zhì)處于忙的狀態(tài)，此即虛擬載波監(jiān)聽(tīng)功能。3、DCF（一）NAV正文三、802.11

MAC介質(zhì)訪(fǎng)問(wèn)第20頁(yè)圖表載波幀聽(tīng)不能避免無(wú)線(xiàn)媒介競(jìng)爭(zhēng)的全部問(wèn)題。如多個(gè)STA的NAV同時(shí)為0，隨后同時(shí)使用無(wú)線(xiàn)媒介，就會(huì)發(fā)生沖突。所以需要幀間隔和退避機(jī)制。Basic

DCF流程：√ STA發(fā)送幀時(shí)，首先利用物理/虛擬（NAV）載波幀聽(tīng)判斷信道是否空閑；√ 如果信道空閑時(shí)間>=DIFS，發(fā)送數(shù)據(jù)。否則，繼續(xù)等待，直到空閑時(shí)間>DIFS之后，執(zhí)行退避；√ 執(zhí)行退避的過(guò)程中，Slot

time會(huì)自減。此時(shí)STA仍然會(huì)監(jiān)測(cè)信道的狀態(tài)，如果在退避期間信道忙，則退避機(jī)制將被掛起，Slot

time被凍結(jié)。STA繼續(xù)等待，直到空閑時(shí)間>DIFS之后，接著之前的Slot

time自減。Slot

time==0時(shí)，發(fā)送。3、DCF（二）Basic

DCF正文三、802.11

MAC介質(zhì)訪(fǎng)問(wèn)第21頁(yè)圖表IFS

：Interframe

space幀間隔，和數(shù)據(jù)傳輸速率無(wú)關(guān)，IFS對(duì)于物理層是固定的，因?yàn)椴煌奈锢韺邮褂貌煌恼{(diào)制解調(diào)技術(shù)。IFS分類(lèi)：√SIFS：Short

IFS短幀間隔，用于高優(yōu)先級(jí)的傳輸場(chǎng)合，該類(lèi)型時(shí)間間隔最短。要發(fā)送RTS，CTS，ACK或者是被分片的幀(假設(shè)一個(gè)幀被分成了3塊，第一塊傳送完畢，等待SIFS間隔繼續(xù)發(fā)送第二塊，而其他要發(fā)送完整幀的STA則需要等待DIFS間隔，這樣就能夠確保這被分片的幀能夠一次性發(fā)送完畢，也就是被分片的幀享受更高的傳輸優(yōu)先級(jí))的時(shí)候會(huì)使用SIFS。√ PIFS：PCF

IFS點(diǎn)幀間隔，被PCF使用在免競(jìng)爭(zhēng)過(guò)程。在免競(jìng)爭(zhēng)時(shí)期，在傳輸PCF相關(guān)的管理幀的時(shí)候采用這類(lèi)型的時(shí)間間隔?！?DIFS：DCF

IFS分布式幀間隔，DFC使用。DIFS時(shí)間間隔最長(zhǎng)，所有STA要傳輸數(shù)據(jù)的話(huà)必須在上一次傳輸完畢后統(tǒng)一等待DIFS時(shí)隙后才能?chē)L試發(fā)送。這里說(shuō)的是嘗試發(fā)送，因?yàn)楹竺孢€得進(jìn)入一個(gè)退避機(jī)制。√ EIFS：Extended

IFS擴(kuò)展幀間隔，并非固定的時(shí)間間隔。只有在幀傳輸出現(xiàn)錯(cuò)誤時(shí)才會(huì)用到EIFS?！?AIFS（Arbitration

IFS仲裁幀問(wèn)間隔）使用在QoS機(jī)制中?！?RIFS（Reduced

IFS）3、DCF（三）IFS正文三、802.11

MAC介質(zhì)訪(fǎng)問(wèn)第22頁(yè)圖表CW：contention

window競(jìng)爭(zhēng)窗口，是一個(gè)時(shí)間域CWmin~CWmax。當(dāng)檢測(cè)到傳輸介質(zhì)忙之后，WLAN設(shè)備就會(huì)啟動(dòng)隨機(jī)退避機(jī)制，這也是通信領(lǐng)域常用的做法。在802.11處理過(guò)程中，IFS之后就是從CW中選取的隨機(jī)退避時(shí)長(zhǎng)，以時(shí)隙slot表示，slot是PHY層的相關(guān)參

數(shù)。比如說(shuō)初始CW大小是0~31slots。這就表明在主機(jī)需要在0~31slots里面隨即抽取出一個(gè)值來(lái)進(jìn)行等待，

slot單位是微秒。當(dāng)數(shù)據(jù)發(fā)送成功后，退避機(jī)制在接收到ACK之后重新開(kāi)始。當(dāng)數(shù)據(jù)沒(méi)有被成功發(fā)送，退避機(jī)制在A(yíng)CK定時(shí)器結(jié)束之后重新開(kāi)始。3、DCF（四）退避機(jī)制_1正文三、802.11

MAC介質(zhì)訪(fǎng)問(wèn)第23頁(yè)圖表CW的大小會(huì)隨著發(fā)送失敗的次數(shù)而增加，因?yàn)榘l(fā)送失敗次數(shù)越多表示網(wǎng)絡(luò)負(fù)載越大，那么所有STA在檢測(cè)到自己發(fā)送失敗了以后都要將自己的CW增加。當(dāng)失敗次數(shù)達(dá)到閥值的時(shí)候CW大小就不會(huì)增加了。退避機(jī)制重新開(kāi)始之后，CW會(huì)恢復(fù)默認(rèn)的CWmin。3、DCF（四）退避機(jī)制_2正文三、802.11

MAC介質(zhì)訪(fǎng)問(wèn)第24頁(yè)圖表這里的RTS/CTS，ACK幀間隔是SIFS。3、DCF（五）DFC&&RTS/CTS正文三、802.11

MAC介質(zhì)訪(fǎng)問(wèn)第25頁(yè)圖表PCF：point

CF點(diǎn)協(xié)調(diào)功能，提供免競(jìng)爭(zhēng)服務(wù)?！? PCF要求網(wǎng)絡(luò)中存在一個(gè)集中協(xié)調(diào)器（Point

Coordinator，PC），PC可以使STA不需要競(jìng)爭(zhēng)就能使用無(wú)線(xiàn)媒介。這個(gè)機(jī)制依賴(lài)于A(yíng)P，AP可以指定誰(shuí)先發(fā)數(shù)據(jù)誰(shuí)后發(fā)數(shù)據(jù)，沒(méi)有傳輸沖突，但是開(kāi)銷(xiāo)要高一些。因此，PCF只能應(yīng)用于具有基礎(chǔ)架構(gòu)的WLAN中，Ad-hoc網(wǎng)絡(luò)由于沒(méi)有AP而無(wú)法實(shí)現(xiàn)。√ 在無(wú)競(jìng)爭(zhēng)期內(nèi)，PCF通過(guò)輪詢(xún)應(yīng)答機(jī)制和虛擬載波偵聽(tīng)機(jī)制來(lái)共同實(shí)現(xiàn)無(wú)競(jìng)爭(zhēng)的數(shù)據(jù)傳輸。PC通過(guò)維護(hù)輪詢(xún)列表來(lái)對(duì)可輪詢(xún)STA進(jìn)行輪詢(xún)以完成STA間的數(shù)據(jù)交換，同時(shí)通過(guò)控制STA的發(fā)送時(shí)間來(lái)達(dá)到避免數(shù)據(jù)碰撞的目的?！?PCF不常使用。4、PCF/HCFPCF、HCFHFC：hybrid

CF混合協(xié)調(diào)功能。√ HCF對(duì)需要更高服務(wù)質(zhì)量的應(yīng)用提供更多的無(wú)線(xiàn)媒介訪(fǎng)問(wèn)機(jī)會(huì)。主要用在QoS機(jī)制中。正文三、802.11

MAC介質(zhì)訪(fǎng)問(wèn)第26頁(yè)過(guò)渡1、802.11e2、QoS幀格式3、HCF4、EDCA√ 與DCF相比較√ AC、UP√ AIFS、CW√

TXOP5、HCCA6、Block

Ack（802.11e）四、802.11

QoS802.11第27頁(yè)圖表1、802.11e802.11e最初進(jìn)行WLAN的協(xié)議設(shè)計(jì)主要是針對(duì)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的，對(duì)于諸如視頻、音頻等實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)應(yīng)用并沒(méi)有做充分的考慮。2005年通過(guò)的802.11e協(xié)議提供了wlan環(huán)境下針對(duì)實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)Qos支持。2007年，新版802.11協(xié)議合并了802.11e的內(nèi)容。正文四、802.11

QoS第28頁(yè)圖表Qos

control占2個(gè)字節(jié)2、QoS幀格式（一）QoS幀格式正文四、802.11

QoS第29頁(yè)圖表TID：Traffic

identifier數(shù)據(jù)識(shí)別碼。用于區(qū)分MAC層數(shù)據(jù)形態(tài)的ID。在QoS幀中有16個(gè)可用的TID，8個(gè)用于TC，代表UP（user

priority），8個(gè)用于TS（traffic

stream）；2、QoS幀格式（二）TID、EOSPEOSP：End

of

Service

Period，設(shè)置為1表示服務(wù)期間（SP，service

period）的結(jié)束。HC（HybridCoordinator混和式協(xié)調(diào)器）在SP的最后一個(gè)幀，設(shè)置這個(gè)域?yàn)?。正文四、802.11

QoS第30頁(yè)圖表2、QoS幀格式（三）ACK

policy、TxOP

Limit正文四、802.11

QoS第31頁(yè)圖表IEEE

802.11e中的HCF針對(duì)DCF和PCF進(jìn)行了融合和增強(qiáng)。確切地說(shuō)，HCF并不代表任何訪(fǎng)問(wèn)機(jī)制，具體的

訪(fǎng)問(wèn)機(jī)制是通過(guò)其子功能EDCA（Enhanced

Distributed

Channel

Access）和HCCA(HCF

Controlled

Access)體現(xiàn)的。前者增強(qiáng)了DCF機(jī)制，區(qū)分不同業(yè)務(wù)應(yīng)用的優(yōu)先級(jí)，保障高優(yōu)先級(jí)業(yè)務(wù)的信道接入能力，并在一定程度上保障了高優(yōu)先業(yè)務(wù)的帶寬。后者增強(qiáng)了PCF機(jī)制，通過(guò)QAP的集中控制，以輪詢(xún)方式為

QSTA分配空口資源，提供改善的訪(fǎng)問(wèn)帶寬并且減少了高優(yōu)先級(jí)業(yè)務(wù)的延遲。由于HCCA機(jī)制相比EDCA、PCF機(jī)制更加復(fù)雜，目前被各廠(chǎng)商束之高閣，沒(méi)有得到推廣。3、HCFHCF正文四、802.11

QoS第32頁(yè)圖表√ 增加接入類(lèi)別（AC，Access

Category）概念劃分不同優(yōu)先級(jí)（UP）的業(yè)務(wù)流；√ 退避的幀間隔不再是固定的DIFS，而是每個(gè)AC一個(gè)AIFS（Arbitration

Interframe

Space）；√ CW變化范圍不再是統(tǒng)一的，而是每個(gè)AC一個(gè)；√ 獲取信號(hào)后獲得的不再是一個(gè)報(bào)文的傳輸機(jī)會(huì)，而是一個(gè)時(shí)間段的傳輸機(jī)會(huì)TXOP（TransmissionOpportunity）。4、EDCA（一）與DCF相比較正文四、802.11

QoS第33頁(yè)圖表EDCA機(jī)制下QSTA的業(yè)務(wù)傳輸被分成4個(gè)AC，8個(gè)UP，優(yōu)先級(jí)高的業(yè)務(wù)優(yōu)先接入信道。AC之間相互獨(dú)立，有自己的配置參數(shù)和管理機(jī)制。即每一個(gè)AC的AIFS、CW、分片、加密、FCS校驗(yàn)等都是獨(dú)立的。流分類(lèi)，將接入的數(shù)據(jù)流分為四個(gè)優(yōu)先級(jí)，每一個(gè)優(yōu)先級(jí)作為一個(gè)分類(lèi)，優(yōu)先級(jí)從低到高分別是：背景（AC_BK）、盡力而為（AC_BE）、視頻（AC_VI）、語(yǔ)音（AC_VO）。4、EDCA（二）AC、UP正文四、802.11

QoS第34頁(yè)圖表AIFS是EDCA新增加的幀間隔，QSTA使用AIFS發(fā)送數(shù)據(jù)幀和管理幀以及某些控制幀，每個(gè)AC都有一個(gè)

AIFS，即每個(gè)QSTA中存在4個(gè)AIFS[AC]。CWmin[AC]與CWmac[AC]是由AP通過(guò)報(bào)文下發(fā)給STA的。4、EDCA（三）AIFS、CW正文四、802.11

QoS第35頁(yè)圖表TXOP

Transmission

Opportunity是QSTA有權(quán)在WM上發(fā)送幀的最大持續(xù)時(shí)間，包括對(duì)該QSTA所發(fā)送幀進(jìn)行的ACK時(shí)間；TXOP以32微妙為單位，TXOP為0表示只允許傳輸一個(gè)MPDU，包括可能的RTS/CTS和ACK；TXOP時(shí)間內(nèi)，QSTA發(fā)送報(bào)文之間的時(shí)間間隔是SIFS；TXOP是個(gè)時(shí)間概念，每個(gè)AC競(jìng)爭(zhēng)到信道之后，有權(quán)使用的最長(zhǎng)時(shí)間，但是具體使用多少由AC自己確定；4、EDCA（四）TXOP正文四、802.11

QoS第36頁(yè)圖表5、HCCAHCCAHCCA：Hybrid

coordination

function（HCF）controlled

channel

access混合信道協(xié)調(diào)功能控制的信道接入方式?！? HCCA是一種基于輪詢(xún)機(jī)制的，使用混合協(xié)調(diào)器（HybridCoordinator，HC）來(lái)集中管理對(duì)無(wú)線(xiàn)媒介訪(fǎng)問(wèn)的信道訪(fǎng)問(wèn)方式，是PCF機(jī)制的延續(xù)與擴(kuò)展。它提供了參數(shù)化的QoS保障；√ HC可以?xún)?yōu)先訪(fǎng)問(wèn)信道，調(diào)度其他STA對(duì)信道的訪(fǎng)問(wèn)。HC既可以在CP（contention

period）也可以在CFP（contention

free

period）期間輪詢(xún)站點(diǎn)，讓指定的STA可以暫時(shí)取得無(wú)線(xiàn)媒介的使用權(quán)，以傳輸需要實(shí)時(shí)傳送的數(shù)據(jù)；√ PCF只能在CFP期間被輪詢(xún)外，HCCA與之相比具有更多的傳送機(jī)會(huì)，這樣一來(lái)就降低了延遲；√ 支持參數(shù)化的QoS。當(dāng)使用參數(shù)化的QoS時(shí)，STA向HC發(fā)起用于一個(gè)TS（traffic

stream）的QoS請(qǐng)求。HC將根據(jù)當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)和STA提出的QoS請(qǐng)求決定是否允許該流接入，并且保證新業(yè)務(wù)流的加入不影響當(dāng)前已接入業(yè)務(wù)流的服務(wù)質(zhì)量，同時(shí)現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)資源又能滿(mǎn)足該流的QoS請(qǐng)求。正文四、802.11

QoS第37頁(yè)圖表BA機(jī)制最早是在802.11e（QoS）標(biāo)準(zhǔn)中提出來(lái)的，之后又在802.11n中做了改進(jìn)。實(shí)際應(yīng)用中，BA也常常和802.11n中的幀聚合結(jié)合起來(lái)使用。802.11協(xié)議中規(guī)定每收到一個(gè)MPDU，都必須回應(yīng)一個(gè)ACK。Block

ACK是使用一個(gè)ACK幀來(lái)完成多個(gè)MPDU的應(yīng)答，降低了ACK幀的數(shù)量。發(fā)送端可以根據(jù)Block

ACK確認(rèn)哪些MPDU有問(wèn)題，然后進(jìn)行選擇性的重發(fā)。Block

ACK是通過(guò)bitmap機(jī)制實(shí)現(xiàn)的?！?首先通過(guò)“ADDBA（Add

Block

Acknowledgment）

Req/Response”建立Block

Ack機(jī)制?！? 接下來(lái)發(fā)送端可以發(fā)送有限多個(gè)QoS報(bào)文，接收端會(huì)保留這些數(shù)據(jù)報(bào)文的接收狀態(tài)，待收到發(fā)送端的

BlockAckReq報(bào)文之后，接收端則回應(yīng)BlockAck報(bào)文來(lái)對(duì)之前的多個(gè)數(shù)據(jù)報(bào)文做一次性回復(fù)?！?通過(guò)“DELBA

Req”幀，來(lái)撤銷(xiāo)已經(jīng)建立的Block

Ack機(jī)制。6、Block

Ack（802.11e）Block

Ack正文四、802.11

QoS第38頁(yè)過(guò)渡第39頁(yè)1、HT

Capability

Element√ Element

structure√ Short

GI√ HT40

HT20√

MCS2、A-MSDU3、A-MPDU4、MAC

data

plane

architecture5、Block

Ack√ Immediate

BA√ Delayed

BA√ BlockAckReq幀√ BlockAck幀√ Compressed

BA五、802.11n802.11圖表STA與AP通過(guò)管理幀完成HT能力級(jí)的協(xié)商。HT

Capabilities

element一個(gè)26個(gè)字節(jié)。1、HT

IE（一）HT

Capability

Element

and

info

structure正文五、802.11n第40頁(yè)圖表1、HT

IE（二）Short

GI、HT40/HT20Short

GI：Short

Guard

Interval√ 802.11a/b/g標(biāo)準(zhǔn)要求在發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，必須要保證在數(shù)據(jù)之間存在800

ns的時(shí)間間隔，這個(gè)間隔被稱(chēng)為

Guard

Interval。√ 802.11n仍然缺省使用800ns。當(dāng)多徑效應(yīng)不嚴(yán)重時(shí)，可以將該間隔配置為400ns，可以吞吐量，此技術(shù)稱(chēng)為Short

GI。802.11n同時(shí)定義了2.4GHz頻段和5GHz頻段的WLAN標(biāo)準(zhǔn)，與802.11a/b/g每信道只用20MHz頻寬不同的是11n定義了兩種頻帶寬度：√ 20MHz頻寬：可以與802.11a/b/g相兼容；√ 40MHz頻寬：將來(lái)個(gè)相鄰的20MHz信道頻寬綁定為40MHz來(lái)用。正文五、802.11n第41頁(yè)圖表MCS：Modulation

Coding

Scheme√ 在802.11a/b/g中，配置AP的工作速率相對(duì)簡(jiǎn)單，只要指定802.11a/b/g所使用的速率集，速率范圍從

1Mbps到54Mbps，一共12中可能?！? 在802.11n中，物理速率依賴(lài)于調(diào)制方法，編碼率，空間流數(shù)量，是否支持40MHz綁定等。為此802.11n提出了MCS機(jī)制。MCS機(jī)制可以理解為這些影響速率因素的組合，每種組合用一個(gè)整數(shù)唯一表示。對(duì)于

AP，MCS一般的范圍0~15。1、HT

IE（三）MCS正文五、802.11n第42頁(yè)圖表√ Deilmiter字段的作用是便于接收端檢測(cè)到A-MPDU中各個(gè)子幀的邊緣并將子幀提取出來(lái)。√ 在解聚合算法中，接收端依據(jù)Delimiter中的Signature子域檢測(cè)Delimiter的位置，然后根據(jù)CRC子域檢驗(yàn)Delimiter的正確性。如果正確，則將Delimiter之后的MPDU提取出來(lái)?！?然后進(jìn)行下一個(gè)Delimiter的檢測(cè)，直到A-MPDU的解聚合過(guò)程完成。√ 如若遇到產(chǎn)生錯(cuò)誤的Delimiter，則接收端需要跳過(guò)4個(gè)字節(jié)，進(jìn)行下一個(gè)4字節(jié)組的檢測(cè)，直至找到下一個(gè)Delimiter。3、A-MPDU（二）Deilmiter正文五、802.11n第45頁(yè)圖表Mac

data

plane

architecture4、Data

Plane

Arch正文五、802.11n第46頁(yè)圖表5、Block

Ack（一）Immediate

Block

AckImmediate

Block

Ack：發(fā)送端要求接收端立即回應(yīng)Block

Ack幀。正文五、802.11n第47頁(yè)圖表Delayed

Block

Ack：接收端以Ack回應(yīng)對(duì)BlockAckReq幀的接收，BlockAck幀會(huì)再另外的接入機(jī)會(huì)中返回。主要是在硬件不支持BA的機(jī)制下使用。5、Block

Ack（二）Delayed

Block

Ack正文五、802.11n第48頁(yè)圖表√ BAR

ACK

Policy：決定了接收端是立即確認(rèn)還是延遲確認(rèn)；√ Multi-TID/Compressed

Bitmap：共同決定了三種不同的塊確認(rèn)方式，即不同BlockAckReq幀格式；√ Basic/Compressed

BlockAckReq幀中TID_INFO記錄幀的TID，BAR

Information中Fragment

Num被置0，Starting

Sequence

Num記錄了即將被發(fā)送的A-MPDU幀中的第一個(gè)MSDU的序號(hào)；√對(duì)于Multi-TID

BlockAckReq幀，TID_INFO的內(nèi)容為A-MPDU中出現(xiàn)TID的數(shù)量，Per

TID

Info記錄該TID的值，F(xiàn)ragment

Number被置0，Starting

Sequence

Number記錄同一個(gè)TID中第一個(gè)MSDU的序號(hào)。5、Block

Ack（三）BlockAckReq幀結(jié)構(gòu)正文五、802.11n第49頁(yè)圖表不同的BlockAck幀中，TID_INFO和BA

Information字段具有不同的含義：Basic

Block

ACK幀：TID_INFO記錄了幀的TID。BA

Information由BASSC和Bitmap組成，BASSC給出了A-MPDU中第一個(gè)MSDU的序號(hào)，Block

ACK

Bitmap標(biāo)記A-MPDU的子幀是否被正確接收；Compressed

Block

ACK幀：TID_INFO記錄幀的TID。這個(gè)類(lèi)型幀采用了壓縮的Block

ACK

Bitmap，即采用64個(gè)bit對(duì)A-MPDU進(jìn)行確認(rèn)。各MSDU與Bitmap中的比特?cái)?shù)據(jù)依據(jù)先后順序一一對(duì)應(yīng)。若MSDU被正確接收，則將比特位置1，否則置0。由于只有64個(gè)比特位，因此聚合幀最多只能包含64個(gè)子幀。Multi-TID幀，TID_INFO為A-MPDU中出現(xiàn)的TID的數(shù)量。對(duì)于擁有相同TID的MSDU子幀，依然按照壓縮塊確認(rèn)的方式對(duì)各個(gè)子幀進(jìn)行確認(rèn)。5、Block

Ack（四）BlockAck幀結(jié)構(gòu)正文五、802.11n第50頁(yè)圖表Compressed

Block

ACK比較高效，更加適合實(shí)際應(yīng)用：√ 上圖中，雖然子幀5被正確接收，但由于子幀4存在誤碼，所以接收端只將子幀1~3進(jìn)行上傳；√ 發(fā)送端MAC層，依據(jù)BlockAck幀生成下一個(gè)待發(fā)送的A-MPDU幀。首先，發(fā)送端根據(jù)該幀的Bitmap內(nèi)容釋放緩存隊(duì)列中被正確接收的子幀，然后再聚合需要重傳的子幀和新的子幀生成下一個(gè)A-MPDU?！?接收端在收到新的A-MPDU幀后，會(huì)開(kāi)始新一輪的解聚合和子幀檢測(cè)，生成新的BlockAck幀。5、Block

Ack（五）Compressed

Block

ACK交互流程正文五、802.11n第51頁(yè)過(guò)渡1、TC、TS區(qū)別2、EDCA參數(shù)介紹補(bǔ)充√ QoS

Control√

默認(rèn)參數(shù)3、Basic

BA4、802.11n信道綁定√

信道劃分√

信道綁定六、Q&&A802.11第52頁(yè)圖表√ TC：Traffic

Category業(yè)務(wù)類(lèi)別，用在支持QoS的EDCA機(jī)制中。對(duì)應(yīng)MSDU的UP。具有相同UP的MSDU定義為同一類(lèi)的TC?！?TS：Traffic

Stream業(yè)務(wù)流，用在支持QoS的HCCA機(jī)制中。這里可以把TS了解成為一種QSTA與HC之間的連接方式，HCCA共支持8種TS。這種TS機(jī)制又是根據(jù)TSPEC

element的來(lái)建立的?！? TSPEC：Traffic

Specification業(yè)務(wù)規(guī)范，在HCCA機(jī)制中，QSTA利用TSPEC配置QoS特性（HCCA參數(shù)）。1、TC、TS區(qū)別TC、TS區(qū)別正文六、Q&&A第53頁(yè)圖表注意：QoS字段的配置與不同幀類(lèi)型也是相關(guān)的?！?TXOP

Limit：對(duì)HC分配的TXOP的最大長(zhǎng)度進(jìn)行限制；√ AP

PS

Buffer

State：QAP緩存的將發(fā)給處于休眠狀態(tài)的QSTA數(shù)據(jù)狀態(tài)信息；√ TXOP

Duration

Requested：QSTA希望為具體TID申請(qǐng)的下一個(gè)TXOP長(zhǎng)度；√ Queue

Size：正在發(fā)送數(shù)據(jù)的QSTA中某個(gè)TID的隊(duì)列長(zhǎng)度，QAP可以利用該信息決定分配給該QSTA的TXOP的長(zhǎng)度。√ EOSP：End

of

Service

Period，設(shè)置為1表示服務(wù)期間（SP，service

period）的結(jié)束。HC（HybridCoordinator混和式協(xié)調(diào)器）在SP的最后一個(gè)幀，設(shè)置這個(gè)域?yàn)?。2、EDCA參數(shù)（一）QoS

Control正文六、Q&&A第54頁(yè)圖表√ AIFS[AC]

=

AIFSN[AC]

×

aSlotTime

+

aSIFSTime；√ CW