802.11--无线信道接入

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客户端有两种方式接入无线：基于竞争接入、非竞争接入，控制计入无线媒体的协调功能分别为：分布式协调功能DCF、点协调功能PCF，PCF建立在DCF基础之上，只在基础设施网络中使用。
DCF允许多个独立的sta在没有中心管控的情况下进行相互通信，提出了载波监听多路接入/冲突避免CSMA/CA，核心的是监听并避免。与以太网类似，在传输数据之前，DCF首先检查无线媒介的可用性，为了避免冲突，在第一个sta占用信道期间，其他的sta在每一帧传输之后生成随机的回退时间。
DCF如何判断无线媒介是可用的呢？方式分为两种：物理载波监听、虚拟载波监听，两种方式中只要其中一种检测到信道不可用，DCF都会认为无线媒介不可用。第一种为物理监听，这种方式有一个弊端，sta间可能存在物理障碍，或者距离较远，使的出现对方都感知不到对方的存在，称之为“隐藏节点”，为了解决这个问题，DCF又引入了RTS/CTS方法；第二种方法为虚拟监听，该方法通过网络分配矢量NAV来完成，大部分的802.11帧中包含一个持续时间字段，它用于指示在一段时间内占有无线媒介，NAV是一个用来指示无线媒介占用时间大小的定时器，sta将NAV设定为信道预期占有时间，这个占用时间即为帧完成处理的总时间，其他sta会将NAV值倒计时至零，NAV不为零是，虚拟监听功能则认为无线媒介不可用，带NAV为零之后，其他sta便可以竞争使用该信道。
为了解决“隐藏节点”问题，802.11允许AP使用RTS、CTS来清空传输信道。sta会首先发送一个RTS给AP，以请求发送数据，AP收到后决策，再回复一个CTS来达到清空的效果。RTS、CTS通过对sta的NAV进行设置，从而实现信道在竞争期内的资源预留功能。在使用RTS/CTS期间，所有的帧都必须得到确认，加上RTS/CTS的开销，是的这种的方法的效率比较地下，所以只有特定的场景下才使用，802.11设备驱动通过一个“RTS阈值”来控制RTS/CTS，RTS阈值以字节问单位，如果传输帧的大小比RTS阈值大，则采用RTS/CTS过程，否则采用标准的DCF过程。
关于DCF，首先是引入帧间隔，802.11采用4中不同的帧纪检个：短帧间隔SIFS、PCF帧间隔PIFS、DCF帧间隔DIFS、扩展帧间隔EIFS。帧间隔与CMDA竞争协议一起使用，sta一旦发现无线媒介空闲，在等待一段规定时间之后便开始竞争媒介（这便称之为竞争窗口），sta等待的时间便是也有帧间隔定义，SIFS被用作最高优先级信息传输，它是所有帧间隔里时间最短的，这样可以让一个拥有高优先级帧的sta在其他sta有机会接入无线媒介之前而占用。等待时间过后，这段时期被称之为“竞争窗口”或者“回避窗口”的间隔，这个窗口被分成多个时隙，时隙的长度岁不同的协议而不同。sta随机选择一个时隙（所有时隙被选择的概率基本相同），在等待该时隙之后便开始尝试接入信道，和以太网一样，一旦发送传输错误，就从更大的范围内选择回避时间（也就是时隙数量），直到数据发送成功。
物理的载波监听对应到了CCA（Clear Channel Assessment）机制，CCA由能量检测和载波检测一起完成：
1) 能量检测（Energy Detection）：是直接用物理层接收的能量来判断是否有信号进行接入，若信号强度大于ED_threshold，则认为信道是忙，若小于ED_threshold，则认为信道是闲。同时该ED_threshold的设置与发送功率有关，比如发送功率大于100mW，那么ED_threhold约为-80dBm，发送功率在50mW至100mW之间，那么ED_threshold应该为-76dBm。不过至于具体的数值，需要查看其具体所对应版本的802.11协议。
2) 载波侦听（Carrier Sense）：载波监听的方法指的是用来识别802.11数据帧的物理层头部（PLCP header）中的preamble部分。简单的说，802.11中的preamble部分采用特定的序列所构造，该序列对于发送方和接收方都是已知的，其用来做帧同步以及符号同步。在实际监听过程中，节点会不断采样信道信号，用其做自相关或者互相关运算，其中自相关在基于OFDM的802.11技术中常用，比如802.11a，而互相关在基于DSSS技术中常用，比如802.11b。与能量检测类似，相关计算值需要与一个阈值进行判断，若大于，则认为检测到了一个信号，若小于则没有检测到。
协议中规定，两种检测方式同时采用，且只要两者检测方式中，有一种判断信道是busy的话，那么就认为信道是busy的，只有两者都认为信道空闲时，那么再判断虚拟载波监听机制是否为0，以上条件都满足时，那么才可以进行backoff倒数。

Note：以上为无线媒介接入的简要概述，参考于《Wireless Networking Understanding Internetworking Chanlleges》第4章节以及部分网络内容，如有侵权，请联系删除。