IEEE 80211载波侦听技术

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1、IEEE 802.11的载波侦听技术分析学生姓名：学号： 老师：摘要 本文分析了 IEEE 802.11的载波侦听技术。由无线局域网中的“隐蔽站点”和“暴露 站点”问题说明采用物理载波侦听和虚拟载波侦听两种方法相结合的原因。简要介绍了信道 空闲评估（CCA）这种物理载波侦听技术，详细分析了网络分配向量（NAV）如何实现虚 拟侦听，与RTS/CTS交互机制的配合，以及MAC帧中持续时间（Dur/ID）字段的取值问题。 802.11的载波侦听技术适应了无线介质的特点。关键词 虚拟载波侦听无线局域网网络分配向量持续时间字段ABSTRACT The paper analyses the carrier

2、 sense technology in IEEE 802.11.Firstly, enucleate hiding sites and exposing sites causes the fact that there are two kinds of carrier sense technology in wireless LAN.Then,introduce the clear channel assessment technology applied in physical layer.Analyse in detail the Network Allocation Vector an

3、d the value of Duration/ID field.The carrier sense technology in IEEE 802.11 adapts to the characteristics of the wireless medium. KEYWORD virtual carrier sense wireless LAN the Network Allocation Vector Duration/ID1无线局域网的载波侦听以太网中，采用载波侦听多路访问（CSMA/CD）协议实现多个站点访问共享介质，在 无线局域网中，采用冲突避免多路访问（CSMA/CA）协议。1.1

4、“隐蔽站点”和“暴露站点”问题由于“隐蔽站点”和“暴露站点”问题，造成在无线局域网中，无线介质在覆盖范围内 缺乏全连通性。隐蔽站点由于不能察觉邻站发送数据，而相互干扰；暴露站点能够察觉邻站 发送数据，因而本身放弃发送数据，但实际上，它们并不相互干扰。“隐蔽站点”（图1-1） 和“暴露站点”（图1-2）问题造成了载波侦听的失效。所以，在无线局域网中，采用冲突 避免多路访问（CSMA/CA）。1.2无线局域网载波侦听的一般技术由于“隐蔽站点”和“暴露站点”问题，导致站点单纯在物理层难以实现有效的载波侦 听，因此802.11标准使用物理载波侦听和虚拟载波侦听两种方法，并综合这两种方法得到 的结果判定

5、无线介质的占用情况。物理层对无线介质信道进行空闲评估实施物理信道侦听，MAC层使用网路分配向量来 预估对无线介质的占用状态实施虚拟侦听，并认为这两种侦听，只要任何一种侦听指示信道 忙，均可以认为是无线介质忙。2. 物理层载波侦听802.11标准在物理级中使用了信道空闲评估(clear channel assessmentCCA)技术对物理信道进行侦听，用以确定无线介质的当前占用状态。具体的CCA方法与物理层采用的技术密切相关。例如：在使用DSS技术的物理层执行 CCA的方式，通常是检测到DSSS信号且ED超限，其中的接受能量检测超限是对接收天线 收到的信号能量进行检测并据此做出相应的判断。3.

6、 MAC层虚拟载波侦听3.1网络分配向量NAV802.11标准使用网络分配向量(Network Allocation VectorNAV)实现虚拟侦听。MAC帧中的Dur/ID字段中存放着的“持续时间”，用于发射该帧的无线站点向监听该无线 信道的所有站点通告自己预估的“本次发射”持续时间。请注意，由于在802.11中使用了多片连发、单帧等待确认等技术，所以“本次发射” 的持续时间指标准规定的、不应当被中断的、多片连发交互序列占用的总时间。每个无线站点维护自身的NAV变量，根据对无线介质的预计占用时间及时更新NAV， 并将最新的NAV值放入待发送的Dur/ID字段，使当前的NAV值向全网通告自己

7、根据 CSMA/CA协议而分配到的对无线介质的占用时间。所有收到NAV的站点则根据收到帧中 的NAV值，认为“虚拟的”侦听到信道将被占用NAV值指示的时间。3.2 RTS/CTS交互机制中的虚拟载波侦听某站点如果要发送数据，那么它首先发送一个短小的控制数据包，该包称为 RTS包 (Request To Send)，包里包含数据的来源和目的地，以及接下来的传送(即数据包和相应 的确认信号)的持续时间，如果介质空闲，接收站点以一个应答控制数据包CTS(Clear To Send)回应，该CTS包包含相同的持续时间信息。所有接收到RTS (或)CTS的站点，都 将他们的虚拟载波监听指示位(网络配给向

8、量NAV)置1并保持一定时间，该时间和传送 持续时间相同。当他们监听介质的时候会和实际的载波侦听一起使用这一信息。这种机制降 低了由于接受站附近的某个站点由于没有收到RTS信号而同时发送数据造成的冲突。因为 该站点能收到接收站发出的CTS信号，并且也保留介质不被占用直到传送结束。并且RTS 信息中的持续时间的信息同样也可以保护发送站附近的某些站点由于在应答信号覆盖范围 之外而造成的和发送站同时发送的冲突。值得注意的是，由于RTS和CTS信号都是短帧, 这种机制也减少了冲突的开销，因为这些信号比整个要发送的数据包识别起来要快。（在数 据包比RTS帧大许多的时候是这样的，因而规范同样允许小数据包直

9、接发送而不需要 RTS/CTS （具体由每个站点的被称为RTS阈的参数控制）。RTS/CTS交互机制如下图所示。图3-1 RTS/CTS交互机制3.3 MAC帧中的持续时间字段（Dur/ID）的取值MAC帧当中Dur/ID字段总长度为16bit, Dur/ID的取值与帧的类型及子类型、该帧是 否在无竞争期（contention free period - CFP）传送、发送站点的QoS功能有关。Dur/ID字 段的取值的对应关系如下：对子类型为节电模式轮询（PS-Poll）的控制帧，Dur/ID字段携带关联标识符（AID）， 它的最低位和最高两位应置1，AID的值从1到2007.对于主机、没有

10、QoS功能的站点所发送的帧，在无竞争期（contention free period - CFP），Dur/ID字段的取值固定为32768。对于没有QoS功能的站点由其他类型的帧和，具有QoS功能的站点发送的帧，每种帧 类型有自己的取值。只有当取值为032767时，表示发射持续期，用于虚拟载波侦听过程中更新NAV的值。Dur/ID字段的编码表如下：表3-1 Dur/ID字段的编码表Bits 0-13Bit 14Bit 15Usage0-32 7670Duration value (in niiciosecouds) witliin dl frames other than PS-Poll fr

11、ames transmitted during the CP. aud under HCF for frames transuiittedi during the CFP001Fixed value under point coordination fiauction (PCF) within frames transmitted! during the CFP1-16 38301Reserved011Reserved1-200711AID in PS-Poll frames2008-16 38311Reserved4. 结论由于“隐蔽站点”和“暴露站点”问题,802.11标准使用物理载波侦听

12、和虚拟载波侦听 两种方法，并综合这两种方法得到的结果判定无线介质的占用情况。只要任何一种侦听指示 信道忙，均可以认为是无线介质忙。在物理级中使用了信道空闲评估技术对物理信道进行侦 听，用以确定无线介质的当前占用状态；MAC层使用网络分配向量实现虚拟侦听。MAC 帧中的Dur/ID字段中存放着的“持续时间”，用于发射该帧的无线站点向监听该无线信道的 所有站点通告自己预估的“本次发射”持续时间。两种载波侦听的技术配合使用，适应了无 线介质的特点，保证了载波侦听的准确性。参考文献1 雷维礼，马立香，彭美娥.局域网与城域网.北京：人民邮电出版社.2008年。2 IEEE 802.11-2007： Wireless LAN Medium Access Control(MAC) and Physical Layer (PHY) Specifications3 802.11e qos研究 张潇.2013.12.10. ttp:/ p3R8JY_INr-h_LtkShmFkjYvE60N7aFl8EGNLPK1yX6ukBHwumUQGHkqvkVmtX_5BIpmo-g03rC-ZC4 uoYsbmzPqS4w-r2La.