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《WLAN 技术与应用 》

《WLAN 技术与应用 》. 第四单元： WLAN 协议. 第 2 讲： WLAN 媒体访问控制机制. 主讲人：韩金燕. 学习目标. 掌握 MAC 媒体访问控制机制分类 CSMA/CA 工作原理. 引入 ----802.11 的逻辑结构. IEEE 802.11 的物理层和数据链路层结构如下图所示 。. MAC 子层的媒体访问控制机制. MAC 子层的功能是通过 MAC 帧交换协议来保障无线介质上的可靠数据传输，主要有三种媒体访问控制机制： DCF with CSMA/CA

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Presentation Transcript

  1. 《WLAN技术与应用》 第四单元：WLAN协议 第2讲：WLAN 媒体访问控制机制 主讲人：韩金燕

  2. 学习目标 • 掌握MAC媒体访问控制机制分类 • CSMA/CA工作原理

  3. 引入----802.11的逻辑结构 • IEEE 802.11的物理层和数据链路层结构如下图所示 。

  4. MAC子层的媒体访问控制机制 • MAC子层的功能是通过MAC帧交换协议来保障无线介质上的可靠数据传输，主要有三种媒体访问控制机制： • DCF with CSMA/CA Distributed Coordination Function withCarrier Sense Multiple Access Collision Avoidance(CSMA/CA) • RTS/CTS with CSMA/CA CSMA/CA with Request to Send/Clear to Send (RTS/CTS) • Point Coordination Function (PCF)

  5. 媒体访问控制机制----CSMA/CA与CSMA/CD • 在802.3（以太网中）中所有的节点共享传输介质，采用CSMA/CD（Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection，载波监听多路访问/冲突检测）协议，检测和避免当两个或两个以上的网络设备同时需要进行数据传送时产生的冲突。 • 在802.11无线局域网协议中，冲突的检测存在一定的问题，这是由于要检测冲突，设备必须能够一边接收数据信号一边传送数据信号，而这在无线局域网中是无法办到的。 • CSMA/CD与CSMA/CA最大的不同在于CA是冲突避免，CD是冲突检测. • CSMA/CA的本质是利用竞争时间片来避免冲突.

  6. 媒体访问控制机制----CSMA/CA 概念 CSMA STA在发送数据前必须监听媒介（通过能量检测、载波检测和能量载波混合检测来检测信道的空闲），如果媒介上已有信息在传送，则该STA将不会发送本地信息 CA IEEE802.11使用碰撞回避策略，采用网络分配矢量（NAV）表示媒介空闲剩余时间的值，每个STA的NAV都是从媒介传输的帧里取出时间长度值来保持最新值， STA通过检查NAV决定是否发送 Page6

  7. 虚拟载波监听(Virtual Carrier Sense)： “虚拟”是指其他站并没有真正监听信道，而是检测到源站发送帧中的“持续时间”才不发送数据，这种效果好像是其他站都监听了信道 当一个站检测到正在信道中传送的 MAC 帧首部的“持续时间”字段时，就调整自己的网络分配向量 NAV (Network Allocation Vector)，NAV 指出了必须经过多少时间才能完成数据帧的这次传输，才能使信道转入到空闲状态 媒体访问控制机制----CSMA/CA 概念（续） Page7

  8. 媒体访问控制机制-帧间间隔 Short帧间间隔：SIFS 最短的等待时间，最高优先级 PCF帧间间隔：PIFS 中等等待时间，中等优先级 DCF帧间间隔：DIFS 等待时间最长，优先级最低 DIFS PIFS Contention Window SIFS Busy Page8

  9. 媒体访问控制机制----DCF with CSMA/CA DIFS DIFS DIFS 7 10 5 Frame Exchange STA 1 4 9 6 Frame Exchange STA 2 3 10 8 Frame Exchange STA 3 2 5 10 Frame Exchange STA 4 退避窗口 退避窗口 退避窗口 Page9

  10. 隐形终端问题 隐蔽站问题：在发送方侦听不到：STA1和STA2不能互相听到，中间有障碍物， STA1和STA2于是都发数据帧给AP， 此时产生冲突 信号强度衰减问题： STA1在发送数据帧，由于信号传输衰减，传到 STA2处时，STA2听不到，STA2以为信道空闲，也发送数据帧， 此时产生冲突 媒体访问控制机制----DCF with CSMA/CA缺陷1 信号 STA1 AP STA2 STA1 AP 距离 STA2 Page10

  11. 媒体访问控制机制----RTS/CTS with CSMA/CA AP STA1 STA3 RTS CTS CTS DATA ACK Page11

  12. 暴露终端(Exposed terminal)问题 当节点STA1向AP1发送数据时，节点STA2也希望向AP2发送数据。 根据CSMA协议，节点STA2侦听信道，它将听到节点STA1正在发送数据，于是错误地认为它此时不能向AP2发送数据， 但实际上它的发送不会影响节点AP1的数据接收，这就导致节点STA2所谓暴露终端问题的出现 媒体访问控制机制----DCF with CSMA/CA缺陷2 AP1 STA1 STA2 AP2 Page12

  13. 媒体访问控制机制---- RTS/CTS with CSMA/CA AP1 STA2 STA1 AP2 RTS RTS CTS DATA ACK Page13

  14. 改进：冲突避免: 增加 RTS-CTS 交互 CSMA/CA: 信道预约 发送站: 发出RTS幀(request to send)预约信道 接收站: 应答CTS幀(clear to send)同意预约 CTS 为发送站保留信道, 起到了通知其它(可能隐蔽的)站点的效果 避免了隐蔽站点造成的冲突 媒体访问控制机制---- RTS/CTS with CSMA/CA Page14

  15. 媒体访问控制机制---- RTS/CTS with CSMA/CA Page15

  16. 媒体访问控制机制---- 数据帧发送过程 AC 我要发送数据 SW STA2 AP 随机产生一个退避时间进行倒计时，18,17,16…… STA2 Page16

  17. 媒体访问控制机制---- 数据帧发送过程（续） 有人发数据了我要调整我的NAV AC SW AP 我现在是16，新的NAV：20+16=36, 36.35…... duration Frame 我需要的duration 是20 slots STA Page17

  18. 媒体访问控制机制---- 数据帧发送过程（续） 2,1,0，现在媒体空闲了我要开始发送数据帧了 AC SW AP Frame Duration Duration=Frame+SIFS+ACK STA Page18

  19. 媒体访问控制机制---- 数据帧发送完毕 我收到了数据帧，我要等1个SIFS后发送ACK AC SW ACK AP 我收到ACK帧发送完毕 等AP发送ACK确认后，我必须要等一个DIFS+NAV后才能发送数据帧 STA Page19

  20. 1、CSMA/CA工作原理？存在的缺陷？ 2、RTS/CTS with CSMA/CA工作原理？ 思考与练习

  21. 谢 谢！

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