IEEE80211載波偵聽技術

1、IEEE 802.11的載波偵聽技術分析學生姓名：學號： 老師：摘要 本文分析了IEEE 802.11的載波偵聽技術。由無線局域網中的“隱蔽站點”和“暴露站點”問題說明采用物理載波偵聽和虛擬載波偵聽兩種方法相結合的原因。簡要介紹了信道空閑評估（CCA）這種物理載波偵聽技術，詳細分析了網絡分配向量（NAV）如何實現(xiàn)虛擬偵聽，與RTS/CTS交互機制的配合，以及MAC幀中持續(xù)時間（Dur/ID）字段的取值問題。802.11的載波偵聽技術適應了無線介質的特點。關鍵詞 虛擬載波偵聽 無線局域網 網絡分配向量 持續(xù)時間字段ABSTRACT The paper analyses the carrier s

2、ense 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 and

3、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.無線局域網的載波偵聽 以太網中，采用載波偵聽多路訪問（CSMA/CD）協(xié)議實現(xiàn)多個站點訪問共享介質，在無線局域網中，采用沖突避免多路訪問（CSMA/CA）協(xié)議。1.1 “隱

4、蔽站點”和“暴露站點”問題ABC 由于“隱蔽站點”和“暴露站點”問題，造成在無線局域網中，無線介質在覆蓋范圍內缺乏全連通性。隱蔽站點由于不能察覺鄰站發(fā)送數(shù)據，而相互干擾；暴露站點能夠察覺鄰站發(fā)送數(shù)據，因而本身放棄發(fā)送數(shù)據，但實際上，它們并不相互干擾?！半[蔽站點”（圖1-1）和“暴露站點”（圖1-2）問題造成了載波偵聽的失效。所以，在無線局域網中，采用沖突避免多路訪問（CSMA/CA）。圖1-1 站點A、C互為隱蔽站點圖1-2 C和B互為暴露站點1.2無線局域網載波偵聽的一般技術由于“隱蔽站點”和“暴露站點”問題，導致站點單純在物理層難以實現(xiàn)有效的載波偵聽，因此802.11標準使用物理載波偵聽和

5、虛擬載波偵聽兩種方法，并綜合這兩種方法得到的結果判定無線介質的占用情況。物理層對無線介質信道進行空閑評估實施物理信道偵聽，MAC層使用網路分配向量來預估對無線介質的占用狀態(tài)實施虛擬偵聽，并認為這兩種偵聽，只要任何一種偵聽指示信道忙，均可以認為是無線介質忙。2.物理層載波偵聽802.11標準在物理級中使用了信道空閑評估（clear channel assessmentCCA）技術對物理信道進行偵聽，用以確定無線介質的當前占用狀態(tài)。具體的CCA方法與物理層采用的技術密切相關。例如：在使用DSS技術的物理層執(zhí)行CCA的方式，通常是檢測到DSSS信號且ED超限，其中的接受能量檢測超限是對接收天線收到的

6、信號能量進行檢測并據此做出相應的判斷。3.MAC層虛擬載波偵聽3.1網絡分配向量NAV802.11標準使用網絡分配向量（Network Allocation VectorNAV）實現(xiàn)虛擬偵聽。MAC幀中的Dur/ID字段中存放著的“持續(xù)時間”，用于發(fā)射該幀的無線站點向監(jiān)聽該無線信道的所有站點通告自己預估的“本次發(fā)射”持續(xù)時間。請注意，由于在802.11中使用了多片連發(fā)、單幀等待確認等技術，所以“本次發(fā)射”的持續(xù)時間指標準規(guī)定的、不應當被中斷的、多片連發(fā)交互序列占用的總時間。每個無線站點維護自身的NAV變量，根據對無線介質的預計占用時間及時更新NAV，并將最新的NAV值放入待發(fā)送的Dur/ID字

7、段，使當前的NAV值向全網通告自己根據CSMA/CA協(xié)議而分配到的對無線介質的占用時間。所有收到NAV的站點則根據收到幀中的NAV值，認為“虛擬的”偵聽到信道將被占用NAV值指示的時間。3.2 RTS/CTS交互機制中的虛擬載波偵聽某站點如果要發(fā)送數(shù)據，那么它首先發(fā)送一個短小的控制數(shù)據包，該包稱為RTS包（Request To Send），包里包含數(shù)據的來源和目的地，以及接下來的傳送（即數(shù)據包和相應的確認信號）的持續(xù)時間，如果介質空閑，接收站點以一個應答控制數(shù)據包CTS（Clear To Send）回應，該CTS包包含相同的持續(xù)時間信息。所有接收到RTS（或）CTS的站點，都將他們的虛擬載波監(jiān)

8、聽指示位（網絡配給向量NAV）置1并保持一定時間，該時間和傳送持續(xù)時間相同。當他們監(jiān)聽介質的時候會和實際的載波偵聽一起使用這一信息。這種機制降低了由于接受站附近的某個站點由于沒有收到RTS信號而同時發(fā)送數(shù)據造成的沖突。因為該站點能收到接收站發(fā)出的CTS信號，并且也保留介質不被占用直到傳送結束。并且RTS信息中的持續(xù)時間的信息同樣也可以保護發(fā)送站附近的某些站點由于在應答信號覆蓋范圍ABCRTSCTS之外而造成的和發(fā)送站同時發(fā)送的沖突。 值得注意的是，由于RTS和CTS信號都是短幀，這種機制也減少了沖突的開銷，因為這些信號比整個要發(fā)送的數(shù)據包識別起來要快。（在數(shù)據包比RTS幀大許多的時候是這樣的，

9、因而規(guī)范同樣允許小數(shù)據包直接發(fā)送而不需要RTS/CTS（具體由每個站點的被稱為RTS閾的參數(shù)控制）。RTS/CTS交互機制如下圖所示。圖3-1 RTS/CTS交互機制3.3 MAC幀中的持續(xù)時間字段（Dur/ID）的取值MAC幀當中Dur/ID字段總長度為16bit，Dur/ID的取值與幀的類型及子類型、該幀是否在無競爭期(contention free period - CFP）傳送、發(fā)送站點的QoS功能有關。Dur/ID字段的取值的對應關系如下：對子類型為節(jié)電模式輪詢（PS-Poll）的控制幀，Dur/ID字段攜帶關聯(lián)標識符（AID），它的最低位和最高兩位應置1，AID的值從1到2007.

10、對于主機、沒有QoS功能的站點所發(fā)送的幀，在無競爭期(contention free period - CFP），Dur/ID字段的取值固定為32768。對于沒有QoS功能的站點由其他類型的幀和，具有QoS功能的站點發(fā)送的幀，每種幀類型有自己的取值。只有當取值為032767時，表示發(fā)射持續(xù)期，用于虛擬載波偵聽過程中更新NAV的值。Dur/ID字段的編碼表如下：表3-1 Dur/ID字段的編碼表4.結論由于“隱蔽站點”和“暴露站點”問題，802.11標準使用物理載波偵聽和虛擬載波偵聽兩種方法，并綜合這兩種方法得到的結果判定無線介質的占用情況。只要任何一種偵聽指示信道忙，均可以認為是無線介質忙。在物理級中使用了信道空閑評估技術對物理信道進行偵聽，用以確定無線介質的當前占用狀態(tài)；MAC層使用網絡分配向量實現(xiàn)虛擬偵聽。MAC幀中的Dur/ID字段中存放著的“持續(xù)時間”，用于發(fā)射該幀的無線站點向監(jiān)聽該無線信道的所有站點通告自己預估的“本次發(fā)射”持續(xù)時間。兩種載波偵聽的技術配合使用，適應了無線介質的特點，保證了載波偵聽的準確性。參考文獻1 雷維禮，馬立香，彭美娥. 局域網與城域網. 北京：人民郵電出版社.2008年。2 IEEE 802.11-2007：Wireless LAN Medium Access Contro