WIFI基础入门--802.11--管理操作--10

1.节省电力

无线网络的主要优点在于，节点访问网络时不必位于特定的位置上。要充分利用移动性的优点，就不能有什么因素限制节点的位置，包括电源的供应。因此，移动性同时意味着移动设备会使用电池供电。不过电池的电力有限，只能够维持一段时间。至少，要求移动用户经常转回以商业用电供电就很不方便。有些无线应用需要较长的电池供电时，以免影响到网络连接质量。
和其他网络接口一样，在无线网络中关闭收发器能够节省可观的电力。只要关闭收发器，该接口可说是进入休眠(sleeping)、假寐(dozing)或省电(power-saving)模式。当收发器再度打开，该接口则可称为重新苏醒(awake)、启动(active)或者开机。对802.11而言，其节省电源的方式是尽量减少后者所花费的时间，同时尽量延长前者所持续的时间。不过，802.11这种做法并不会牺牲网络的连接质量。

1.1 infrastructure(基础结构型)网络的电源管理

在infrastructure网络中，电源管理可发挥最大的效用。所有传送给移动式工作站的数据都必须流经接入点，因此接入点是缓存数据的理想地点。大多数数据均可以被缓存。标准中禁止缓存需要依次传送或者设定Order位的帧，因为缓存操作在实现时有可能将帧重新排序。基本上并没有必要设计分布式缓存系统，因为如此一来每个工作站都得实现这项功能，所以不如将整个工作交给接入点负责。在定义上，接入点必须知道每个移动式工作站的位置，而且移动式工作站可以对所属接入点交代本身的电源管理状态。此外，接入点必须随时保持清醒–前提是接入点必须持续有电力供应。因此，在infrastructure网络中，接入点在电源管理上扮演着关键性的角色。
接入点有两项与电源管理相关的任务。其一，因为接入点知道所关联的每个工作站的电源管理状态，因此只要该工作站处于作用状态，接入点即可判断应该将帧传送至无线网络，否则就得为之缓存帧。不过，只是为之缓存帧并不足以让移动式工作站得知应该提取等待中的帧。接入点的第二项任务是定期地声明有帧待传的工作站。在infrastructure网络中周期性地公告缓存状态，对于电力的节省也有贡献。开启接收器监听缓存状态远比周期性送出轮询帧所耗费的电力要少得多。除非收到必须的通知，否则工作站根本不用耗费电力来启动传送器送出轮询帧。
电源管理在设计上是针对以电池供电的移动式工作站的需求。移动式工作站可以休眠一段时间不去使用无线网络接口。在关联请求中与此相关的参数是Listen Interval(聆听间隔)，代表移动式工作站可以选择休眠几个Beacon周期。较长的聆听间隔会用掉接入点较多的缓存空间。因此聆听间隔是评估支持某个关联所需要的资源时会用到的关键参数之一。聆听间隔可以视为工作站与接入点的一项契约。一旦同意在休眠期间为工作站缓存帧，就表示接入点同意在丢弃这些帧之前必须至少等候聆听间隔所设定的时间。如果在每个聆听间隔之后移动式工作站并未查看缓存帧，接入点就会直接将帧丢弃，而不再另行通知。

1.2 缓存单播帧以及使用TIM来传递

当有帧被缓存时，目的地节点的关联标识符(Association ID简称AID)可以在该帧及其目的地之间提供逻辑链路。逻辑上，每个AID可将缓存帧连接至该AID所指定的移动式工作站。组播(或多播)与广播帧被缓存时，会被链接至数值为0的AID。
为了通知工作站有帧待传，接入点会产生所谓的传输指示映射(traffic indecation map简称TIM)并且通过Beacon帧传送。TIM本身是由2008位所构成的虚拟位映射表。由于采用偏移量的处理方式，因此接入点只需传送虚拟位映射表的小部分。如果只有少数工作站有缓存帧待传，这种做法可以省下不少网络资源。TIM中的每个位均会对应到特定AID，设定与特定AID相应的位，代表接入点为该AID所对应的工作站缓存了单播帧。
无线工作站必须苏醒过来并进入活跃模式，来聆听Beacon帧以便接受TIM，只要查看TIM，工作站即可判断接入点是否帮助自己缓存帧。要获取基站所缓存的帧，移动式工作站可以使用PS-Poll控制帧。如果接入点同时为多个移动式工作站缓存帧，这些工作站在传送PS-Poll之前必须使用随机backoff算法来决定访问顺序。
每个PS-Poll帧只用来获取一个缓存帧。帧从缓存区被移除之前必须得到接收端的肯定确认。肯定确认是必要的，如此一来可以避免第二个或重试的PS-Poll被自动当成隐式确认。
如果接入点为某个移动式工作站缓存的帧不止一个，Frame Control字段的More Data位就会被设定为1。移动式工作站可以据此发送额外的PS-Poll请求给接入点，直到More Data位变为0。
传送PS-Poll之后移动式工作站必须保持清醒，直到整个事务完成或TIM中与自己的AID相应的位已被清除。第一种情况的理由十分明显：移动式工作站以及从接入点成功获取到缓存数据，整个事务过程包含工作站即将返回休眠状态的通知信息。第二种情况允许移动式工作站回到省电模式，如果接入点将缓存帧弃置的话。当准备送过某个工作站的所有帧传送完毕或是接入点丢弃，该工作站即可恢复休眠状态。
工作站可以在任何时候从省电模式切换为活跃模式。如果一个移动式工作站从休眠状态切回活跃模式，可以不用等候PS-Poll即开始传送帧。PS-Poll帧用以指示某个处于省电状态的移动式工作站暂时切换为活跃模式并且准备接收被缓存的帧。在定义上，活跃的工作站的收发器处于持续运作的状态。切换到活跃模式后，接入点可以假设接收端处于运作状态，就算没有收到任何告知信息。

传递组播与广播帧：延迟传输指示映射(DTIM)

指定组播地址的帧无法使用轮询算法来传递，因为在定义上，这些帧是发给某个特定组的。因此，802.11纳入了一种机制，用来缓存与传递广播与组播帧。缓存的方式与单播帧一样，但不同于为处于休眠状态的工作站所缓存的帧。经缓存的广播与组播帧是通过AID 0存储的。接入点会将TIM的第一个位设定为0，代表有广播或组播帧被缓存。
每个BSS均有一个称为DTIM Period的参数。TIM是以Beacon信息来传送的。每当经过几个固定的Beacon interval(信标间隔)，就会发送一个特殊类型的TIM，称为延迟传输指示映射(Delivery Traffic Indication Map简称DTIM)。Beacon帧中的TIM元素包含了一个计数器，用来倒数计时至下一个DTIM来临。在DTIM帧中，此计时器值为0。经缓存的广播与组播数据会在DTIM Beacon之后传送。如有多个缓存帧，则会依次传送。Frame Control字段中的More Data位用以指示是否还有其他帧待传。信道使用权的取得规则也适用于暂存帧的传送。接入点或许会选择暂缓处置所收到的PS-Poll请求，知道传送完缓存区中的广播与组播帧。

IBSS的电源管理

IBSS的电源管理效率不如infrastructure网络。在IBSS中，发送端必须承受较重的负担以确保接收端处于清醒状态。接收端也必须经常保持清醒，不能像在infrastructure网络中那样休眠太久的时间。

2.定时器的同步

和其他无线网络技术一样，802.11十分依赖传递给各节点的定时信息。在跳频网络中，定时信息特别重要，因为网络上所有工作站都必须以事先协商好的模式切换信道。在媒介保留机制中也会用到定时信息。
除了工作站内部的定时，基本服务区域中的每个工作站都必须保存一份定时同步功能的副本，该副本是与基本服务区域中所有其他工作站的TSF同步过的本地定时器。TSF以1-MHz的时钟频率运作着，每微秒作用一次。Beacon帧的另一个作用就是定期对网络上的工作站发布TSF值。
在timestamp(时间戳)字段中，所谓"now"是指时间戳第一个位到达传送端物理层的时间。

infrastructure的定时同步

电源管理在infrastructure网络中相当简单，这是因为有接入点作为数据传输与电源管理功能的协调中心。定时功能也采取类似的做法，由接入点负责维护TSF时间，任何与之关联的工作站都必须将接入点的TSF视为有效而加以接受。
一旦接入点准备传送Beacon帧，接入点定时器就会被复制到Beacon帧的timestamp字段中。与该接入点关联的工作站会从所收到的Beacon帧中取得该值，不过会稍作调整，将天线与收发器的处理时间纳入计算。与接入点关联的工作站会维护内部的TSF定时器，因此即使漏失某个Beacon帧，也可以粗略地与整体的TSF维持同步。无线媒介充满噪声是可以预料的，而Beacon帧无需加以确认。因此，经常会遗失Beacon帧早在预料当中，工作站内部的TSF定时器可以减小偶尔遗失Beacon帧所造成的影响。
为了协助进行主动扫描的工作站符合BSS所要求的参数，定时值也会出现在Probe Resonse(探查响应)帧中。当工作站借由扫描发现一个网络时，就会从该网络的Beacon或Probe Response帧记录下timestamp以及收到timestamp时本地定时器的值。为了将内部的定时器调整到与网络定时器相符，工作站会随即从所收到的网络公告中取出timestamp，然后加上收到该timestamp后经过的时间。

IBSS的定时同步

IBSS并不存在中央协调单元，因此Beacon是由工作站轮流传送的。TSF的维护工作属于Beacon生成过程的一部分。时间会被切割成相当于信标间定时器的片段。Beacon帧预期会在信标间隔结束时发送，这就是所谓的目标信标传送时间(target Beacon transmission time简称TBTT)。

3.频谱管理

传输功率控制(TPC)

使用传输功率控制(Transmit Power Control简称TPC)是为了确保5GHz频段的无线电波发射器符合功率限制以及避免干扰特定的卫星服务。能够更精确地控制传输功率同时带来其他好处，其中一些是移动电话产业早已熟知的。高功率的客户端传输可以涵盖非常大的范围。在接入点密集的网络中，高功率工作站的传输距离或许大于所需。传输距离较长不见得都是好事。以高功率运作的无线电波发射器会缩短电池的使用时间。如果传输距离大于所需，额外可及的范围就代表浪费掉的功率。功率较大也会导致网络吞吐量减小，因为客户端设备之间会产生不必要的干扰。

最大传输功率是由Beacon帧中的Country信息元素所指定，因此任何关联到网络的工作站均可得知。Country信息元素用来指定最大管制功率，至于Power Constraint信息元素则是用来指定网络可以使用的最大传输功率，这个数值通常较低。最大传输功率是以最大管制功率减去任何额外的限制。

关联过程的改变

当具备频谱管理能力的工作站关联或重新关联到接入点时，首先必须在Power Capability信息元素中提供最小与最大的传输功率。接入点可以将工作站所提供的信息纳入关联过程中并且任意使用这些信息。功率过高以至于可能违反管理规定的工作站便有可能无法通过相关校验。接入点也可以拒绝传输功率性能太差的工作站，标准以为这会增加隐藏节点的可能性，虽然看上去不至于这样。

变更传输功率

接入点与工作站均可动态调整个别帧的传输功率。接收端可以计算出每个帧的链路边界，也就是把接收到的功率减去最低可接受值。链路边界就是安全边界。如果接收到的传输功率只达到工作站传输的最低可接受值，链路边界就等于零，这代表任何细微的变动均可能导致连接中断。工作站均以缩小链路边界为目标。
为了得知传输功率的改变，工作站可以要求进行无线链路测量。工作站可以送出一个Action帧要求提供传输报告。返回的Action帧中包含了一个TPC Report信息元素，其中有两项描述性的统计数据。首先，它包含了报告帧本身的传输功率。根据此传输功率，接收端可以估算出无线链路的路径损耗。其次，此汇报帧中包含链路边界值，告诉接收端已收到功率与最低可接受功率之间的比值。举例而言，假设最低可接受功率为-70dBm，而实际接收到的为-60dBm，那么链路边界即为10dB。如果链路边界太高，就可以降低传输功率；如果链路边界值太低，就应该提高传输功率。

4.动态选频(DFS)

除了传输功率控制之外，欧洲管理者也要求工作站必须避免干扰5GHz的雷达系统以及将功率展开到所有可用信道中。动态选频机制便是用来完成这项任务。
动态选频包含了一组步骤，可以让802.11设备根据测量结果与管理需求变更无线电波信道。它可以影响一开始的关联过程以及后续的网络操作。
当工作站首次关联到网络，Association Request帧里包含了一个Supported Channels信道元素，其中列出了工作站支持的信道。根据此信息元素的内容，接入点可以选择是否拒绝此项关联操作。
一旦用于实际的网络，DFS就会定期测试信道是否可能干扰其他无线电波系统，特别是5GHz的雷达系统。测试信道会暂停网络的所有传输操作，然后测量潜在干扰，如果有必要，就会广播即将更换信道。

信道静默

无线信道测试是在静默周期或静默间隔内进行的。静默周期是指BSS中的所有工作站暂时停止传输的时间，它有助于测量是否存在雷达系统的潜在干扰。静默周期是由Beacon与Probe Response帧中的Quiet信息元素进行安排，指定何时停止传输以及历时多久。唯有最新的Quite信息才算有效。如果同一时间内好几个Quite信息，则最新的一份信息会取代之前所有已安排的静默周期。在静默间隔内，所有工作站都将网络分配向量(NAV)设为静默周期的长度，确保虚拟载波监听算法会递延所有传输操作。
当已安排的静默周期即将来临，无线信道还是以正常的方式访问无线电波媒介，不过另外附加了一项规则，即在静默周期开始之前任何帧交换必须完成。如果已经排定的帧交换操作无法完成，工作站就会释放信道的控制权，等到静默周期接收后再继续传送。不过，静默周期所导致的帧传送失败会增加重传的次数。当静默周期结束，所有工作站必须再次竞争访问无线信道。
在基础结构型网络里，信道静默的安排完全由接入点控制。接入点可以决定静默周期的长短、静默间隔相隔多久、甚至完全停用。独立型网络是在网络成立时选择静默周期的安排。轮到新工作站负责发送Beacon与Probe Response帧时也无法改变静默周期参数，只能沿用之前的参数。

测量

任何时候都可以进行无线信道测量。工作站可以要求其他工作站进行无线信道测量。来自工作站的测量信息对接入点而言特别有用，因为这些提供报告的工作站可能分布在各个不同的地理位置。不论是否在静默期间，均可以进行测量操作。
任何工作站均可要求其他工作站进行测量。此要求是通过Measurement Request帧来发送，基础结构型网络里的所有帧都必须流经接入点。已关联的工作站只能请求接入点提供无线电波信息。只要适时发出请求帧，基础结构型网络里的接入点即可请求单一或一组工作站用于测量。
送出测量请求后，工作站会假设对方需要一些时间来为它的响应收集数据。送出测量请求后，工作站不得再发送任何其他帧。
接收到Measurement Request帧后，工作站必须判断如何响应。Measurement Request帧非得到响应不可，即使响应的内容是拒绝测量。要进行处理，测量请求必须由足够的时间进行设定与测量。测量请求中会指定进行测量的时间。如果请求被置于队列，正在进行冗长的传输，不难想象它会在请求测量的时间点之后才到达目的地。工作站可以不理会这些迟到的请求。接收到测量请求的一方必须收集请求中所制定的数据。

雷达扫描

要求信道静默的一个主要理由，是为了收集是否存在正在使用的5GHz雷达系统。管理者要求当信号强度超过某个特定干扰阀值时，就必须进行雷达检测。
启用无线接口时，必须收集所使用的信道是否存在雷达信号。除非毫无危险且确定附加没有雷达会被干扰，否则不允许进行传输。操作过程中必须定期进行雷达检测。一旦检测到雷达信号，网络就必须进行信道切换以避免干扰。
信道切换除了可以避免干扰雷达，也可以避免与周围的802.11设备的干扰降至最低，因此可以优化无线电波的传输。信道切换是设计尽可能将已关联的工作站移往新的信道，不过和其中一些工作站的通信还是可能因此而中断的。
在基础结构型网络里，操作信道的选择完全由接入点控制。作为关联过程的一部分，接入点会收集已关联工作站支持哪些信道。接入点将通过管理帧以及Action帧中所包含的信道切换声明信息元素，通知已关联的工作站何时将进行信道切换。

Action帧

Action帧用来要求工作站采取必要的动作。频谱管理服务使用Action帧提出测量请求、测量的结果以及声明任何必须的信道切换。
Category(种类)
设定为0代表频谱管理。
Action(动作)
所有频谱管理帧均使用动作细节的第一个字节来指定即将采取的动作类型。以下列出了Action字段所有可能的值，没有列出的值代表保留未用。

值	频谱管理动作帧类型
0	测量请求(Measurement Request)
1	测量报告(Measurement Request)
2	传输功率控制请求(TPC Request)
3	传输功率控制报告(TPC Report)
4	信道切换声明(Channel Switch Announcement)

Elements(元素)
频谱管理动作帧是以信息元素来承载信息。

Measurement Request帧

Measurement Request(测量请求)帧用来请求工作站进行测量并将结果返回。此帧是由一系列测量请求信息元素组成。可测量的项目受到帧的大小而非其他因素的限制。

Measurement Report帧

Measurement Report(测量报告)帧用来发送测量结果给提出请求者，此帧由一系列测量报告信息元素组成。可测量的项目受到帧的大小而非其他因素的限制。

TPC Request帧与TPC Report帧

由频谱管理类型的Action帧组成。

Channel Switch Announcement帧

必须变换信道时就得通知网络上各个工作站，让它们准备切换到所指定的新信道。

WIFI基础入门–802.11–物理层概述–15

温馨提示：
以上文章描述如有不清晰之处，欢迎在评论区评论，如有时间，会第一时间回复，谢谢！