WIFI系列协议--802.11s--Mesh网络

1.概述

定义无线多跳通信支持无线LAN网格拓扑所必需的MAC过程。

2.定义

名称	说明
basic service set (BSS)	一组使用JOIN服务原语成功同步的站点(STAs)和一个使用START原语的STA。或者一组使用START原语指定匹配网格概要文件的STAs，其中网格概要文件的匹配已通过扫描过程验证。BSS的成员身份并不意味着可以与BSS的所有其他成员进行无线通信。
distribution system service (DSS)	由分发系统(DS)提供的一组服务，使媒介访问控制(MAC)能够在无线媒体(WM)的单个实例上彼此不直接通信的站(STAs)之间传输MAC服务数据单元(MSDUs)。
distribution system medium (DSM)	分发系统(DS)用于在接入点(APs)、mesh门和扩展服务集(ESS)的门户之间进行通信的介质或介质集。
wireless distribution system (WDS)	一种使用本标准中指定的四地址帧格式进行无线通信的机制。这个标准描述了这样的框架格式，但没有描述如何使用这样的机制或框架格式。通常作为使用四地址帧格式的非网站(STAs)之间的无线通信机制的术语使用。
active mode	一种mesh电源模式，其中网格站(STA)在清醒状态下对相邻的网格站运行。
candidate peer mesh station (STA)	一个相邻的mesh STA，它还没有建立一个mesh对等节点，但满足成为对等mesh STA的资格要求。
deep sleep mode	一种mesh电源模式，在这种模式中，mesh站(STA)对相邻mesh STA以清醒状态或瞌睡状态运行，并且不期望从该相邻mesh STA接收信标。
destination mesh station (STA)	一个mesh STA，它是MAC服务数据单元(MSDU)的最终目的地。这个mesh STA可能驻留在一个代理mesh gate中，这个代理mesh gate可能会将MSDU转发到MBSS外的STA中。目的mesh STA可以是IEEE Std 802.1中定义的终端站。
forwarding information	由网站(STA)维护的信息，它允许网站执行路径选择和转发功能。
light sleep mode	一种mesh电源模式，在这种模式中，mesh站(STA)对相邻的mesh STA以清醒状态或瞌睡状态运行，并期望从该相邻的对等mesh STA接收信标。
link metric	用于描述链接的性能、质量和资格的标准。
mesh basic service set (MBSS)	一种基本服务集(BSS)，它形成一个自包含的网站网络(STAs)。一个MBSS包含零个或多个mesh门。
mesh facility	一组增强功能、通道访问规则、框架格式、相互认证方法和管理对象，用于在可能不通过无线媒体的单个实例进行直接通信的自治操作站(STAs)之间提供数据传输。
mesh gate	具有网站(STA)功能并通过无线介质(WM)为网基服务集(MBSS)提供对一个或多个分配系统的访问的任何实体。
mesh link	从一个网站(STA)到相邻网站(STA)的链路，相邻网站之间有一个彼此对等的网站。
mesh neighborhood	相对于特定网格STA的所有相邻网格站(STAs)的集合。
mesh path	从源网站(STA)到目标网站的一组网状链路。
mesh path selection	选择网格路径的过程。
mesh peer service period (MPSP)	一个或多个单独寻址帧在两个对等网站(STAs)之间传输的一段连续时间，其中至少有一个网站在浅睡眠或深睡眠模式下运行。网格对等服务周期是定向的，可能包含一个或多个TXOPs。一个网格STA可以有多个并行进行的网格对等服务周期。每个对等网STA在每个方向上只能设置一个mesh对等服务期。
mesh peer service period (MPSP) owner	一个获取TXOPs的网格STA，在网格对等服务期将单独寻址的帧传输给接收方网格STA，并终止网格对等服务期。
mesh peering	在无线媒体(WM)的单个实例上进行直接通信所需的两个网格站(STAs)之间的逻辑关系。采用网格对等对等协议建立了网格对等对等接口。
mesh peering management	一组便于网格对等建立和关闭的协议。
mesh power mode	为每个网对等的或为非对等的邻居对等的网站设置的网站的活动级别标识符。较低的活动水平使网状STA减少其电力消耗。
mesh power mode tracking	操作观察来自对等网STA的特定注视网功率模式，并维护每个对等网STA的特定注视网功率模式。
mesh profile	一组参数值，用于标识网格基本服务集(MBSS)的属性，并在单个网格BSS中使用。mesh配置文件由作为参数值的标识符组成:mesh ID、活动路径选择协议、活动路径选择度量、拥塞控制模式、同步方法和认证协议。
mesh services	支持创建和操作网格基本服务集(MBSS)的服务集。
mesh station (STA)	实现网格设施的服务质量(QoS) STA。
neighbor station (STA)	在无线媒体的单个实例上处于直接通信范围内的STA。
next-hop mesh station (STA)	网格路径上的下一个节点到达目标网格STA。
non-peer mesh power mode	一个网站(STA)对非对等邻居网站的活动级别标识符。定义了两种非对等网格电源模式:主动模式和深睡眠模式。
password	用作身份验证凭据的共享的、秘密的、潜在的低熵字、
path metric	一种用于描述网格路径的性能、质量和合格性的聚合多跳准则。
peer mesh station (STA)	一个建立了网格对等的网格STA。
peer-specific mesh power mode	每个网格对等存取设置的一个网格站(STA)的活动级别标识符。定义了三种特定的网格电源模式:主动模式、轻睡眠模式和深睡眠模式。
peer trigger frame	启动网格对等服务周期的网格数据或服务质量(QoS)空帧。
precursor mesh station (STA)	到达目的网STA路径上的一个相邻的对等网STA，它将网STA标识为下一跳网STA。
protocol instance	一种特定协议的执行，由通信各方的状态以及交换的消息组成。
proxy mesh gate	在mesh基本服务集(MBSS)之外作为IEEE 802站(STAs)中介的一种网格门。
source mesh station (STA)	一个mesh STA, MAC服务数据单元(MSDU)从它进入mesh基本服务集(MBSS)。一个源网格STA可以是一个网格STA，它是一个MSDU的源，或者一个代理网格门，它从MBSS外的STA接收一个MSDU，并在一个网格路径上转发MSDU。
unreachable destination	一个目的网站(STA)，它的下一跳的链路到这个目的网站的路径不再可用。

3.缩写

缩写	全称
AMPE	authenticated mesh peering exchange
FSM	finite state machine
GANN	gate announcement
HWMP	hybrid wireless mesh protocol
MAF	MCCA access fraction
MBCA	mesh beacon collision avoidance
MBSS	mesh basic service set
MCCA	MCF controlled channel access
MCCAOP	MCF controlled channel access opportunity
MCF	mesh coordination function
MGTK	mesh group temporal key
MICE	MIC element
MPM	mesh peering management
MPSP	mesh peer service period
MTK	mesh temporal key
PERR	path error
PREP	path reply
PREQ	path request
PXU	proxy update
PXUC	proxy update confirm
RANN	root announcement
RAV	resource allocation vector
RSPI	receiver service period initiated
SAE	simultaneous authentication of equals
TTL	time to live

4.总体描述

4.1 IEEE 802.11体系结构的组件

4.1.1 BSS中的STA会员是动态的

STA在BSS中的成员是动态的(STAs打开、关闭、进入范围和超出范围)。为了成为基础设施BSS或IBSS的成员，STA使用同步过程加入BSS。为了启动一个新的网格BSS或成为一个mesh BSS的成员，STA开始信标和同步维护过程。为了访问基础设施BSS的所有服务，STA变成了“关联的”。“这些关联是动态的，并涉及分配系统服务(DSS)的使用。”由于在mesh BSS (MBSS)中没有中心实体，因此mesh STA不会关联。取而代之的是一个mesh STA与其他mesh STA进行对等，从而形成MBSS。

4.1.2 分配系统(DS)概念

4.1.2.1 扩展服务集(ESS):大覆盖网络

DS和BSSs允许IEEE Std 802.11创建任意大小和复杂度的无线网络。IEEE Std 802.11将这种类型的网络称为ESS网络。ESS是由DS连接的具有相同SSID的基础设施BSSs的联合。
由于其分布式的特性，mesh BSS (MBSS)没有像基础设施BSS的AP那样的中心实体。相反，MBSS形成一组独立的mesh STAs。这个集合是不可分割的，不能进一步统一。因此ESS概念不适用于MBSS。

4.1.3 QoS BSS: QoS网络

IEEE 802.11 QoS设施提供了MAC增强，以支持具有QoS要求的LAN应用程序。QoS增强可用于与QoS BSS中的QoS接入点相关联的QoS STAs。QoS增强的子集可用于属于相同QoS IBSS成员的STAs之间。

4.1.4 Mesh BSS: IEEE 802.11 wireless mesh network

4.1.4.1 总体

IEEE 802.11 mesh设施提供了MAC增强，以支持无线LAN mesh拓扑。网格设施可用于属于mesh BSS (MBSS)的网格STAs。对于还没有成为MBSS成员的mesh STA，只有mesh discovery服务可用。区分网格STAs和非网格STAs的增强被统称为“网格设施”。特定于网格的机制在不同的实现中有所不同。

4.1.4.2 mesh BSS概述

mesh BSS是一个IEEE 802.11局域网，由自主的STAs组成。在mesh BSS内部，所有STAs建立点对点无线链路，相互传输消息。此外，使用多跳功能，可以在不通过无线媒体的单个实例彼此直接通信的STA之间传输消息。从数据传输的角度来看，似乎一个mesh BSS中的所有STAs都在MAC层上直接连接，即使这些STAs彼此不在范围之内。多跳能力提高了STAs的范围，并有利于无线局域网的部署。网状BSS中的STAs可以是流量的源、汇或传播器;一些网格STAs可能只传播其他STAs的通信量。mesh BSS可能具有与外部网络的接口，并且可以被用作基础设施BSSs的回程。在mesh BSS中，STA利用mesh协调函数(MCF)来访问信道。

4.1.4.3 Mesh STA

属于mesh BSS的STA称为“mesh station”(mesh STA)。mesh STAs是支持mesh服务的QoS STAs，即它们参与mesh基本服务集(MBSS)的形成和操作。mesh STA实现了QoS功能的一个子集：
— Use of QoS frame format
— EDCA (as a part of MCF)
— Block Acknowledgement (optional)
— No Acknowledgement (optional).
mesh BSS不包含完整的混合协调器(HC)和BSS QoS功能。MBSSs不包含:
— HCCA
— Traffic specifications (TSPECs)
— Traffic stream (TS) management
— Admission control
— Automatic power save delivery (APSD)
— Direct-link setup (DLS)
— Tunneled direct-link setup (TDLS).

4.1.4.4 IEEE 802.11组件和mesh BSS

MBSS包含mesh STAs, mesh gates, APs, and portals。只有mesh STA参与mesh功能，如mesh BSS的形成、路径选择和转发。因此，mesh STA不是IBSS或基础设施BSS的成员。因此，mesh STAs不能与非mesh STAs通信。
MBSS也可以访问分配系统(DS)，MBSS通过DS与其他BSS互连。然后，mesh STAs可以与非mesh STAs进行通信。因此，为了将DS MBSS与mesh gate集成，引入了一个逻辑架构组件。数据通过一个或多个mesh gate在MBSS和DS之间移动。因此，mesh gates是来自MBSS的MSDUs进入IEEE 802.11 DS的逻辑点。一旦MBSS包含一个gates将其连接到IEEE 802.11 DS, MBSS也可以与其他基础设施BSS集成，因为它们的APs连接到同一个DS。

4.1.4.5 mesh功能简介

mesh BSS是由一组称为mesh服务的服务组成和操作的。mesh服务由以下主要mesh设施提供:
— Mesh discovery
— Mesh peering management
— Mesh security
— Mesh beaconing and synchronization
— Mesh coordination function
— Mesh power management
— Mesh channel switching
— Three address, four address, and extended address frame formats
— Mesh path selection and forwarding
— Interworking with external networks
— Intra-mesh congestion control
— Emergency service support in mesh BSS.

4.1.4.5.1 Mesh discovery

mesh STA执行主动扫描或被动扫描以发现正在运行的mesh BSS。每个mesh STA定期发送信标帧，当接收到探测请求帧时，用探测响应帧进行响应，使相邻的mesh STA可以适当地进行mesh发现。mesh BSS的识别由信标和探针响应帧中包含的mesh ID元素给出。

4.1.4.5.2 Mesh peering management (MPM)

在一个mesh BSS中，只允许相邻mesh STAs之间的直接通信，当它们是对等的mesh STAs时。在mesh发现后，相邻的两个mesh对等体同意建立一个对等对等的mesh对等体，并在成功建立对等的mesh对等体之后，成为对等的mesh对等体。一个mesh STA可以建立一个与多个相邻mesh STA对等的mesh。mesh对等管理(MPM)有利于网格对等的建立和关闭。

4.1.4.5.3 Mesh security

在MBSS中，mesh link安全协议用于认证一对mesh STAs并在它们之间建立会话密钥。Mesh认证协议建立一个共享的、公共的成对主密钥(PMK)，并认证一个对等的Mesh STA。通过身份验证的对等对等交换协议依赖于两个网格STAs之间PMK的存在来建立一个经过身份验证的对等对等和派生会话密钥。

4.1.4.5.4 Mesh beaconing and synchronization

为了协助mesh BSS中的mesh发现、mesh电源管理和同步，所有mesh STAs都会定期发送信标帧。mesh BSS中的同步是通过主动同步方法来维护的。默认的同步方法是邻居偏移同步方法。mesh信标冲突避免(MBCA)缓解了隐藏节点间信标帧的冲突。

4.1.4.5.5 Mesh coordination function (MCF)

mesh STA使用mesh协调函数(MCF)进行通道访问。MCF定义的EDCA(基于竞争的通道访问)组成。MCCA是一种基于预约的信道访问方法，旨在优化网格BSS中的帧交换效率。

4.1.4.5.6 Mesh power management

一个mesh STA可以管理每个mesh对等连接的链接的活动级别。mesh STA将每个网孔的活动级别设置为活动模式、轻度睡眠模式或深度睡眠模式。mesh STA对每个相邻的对等mesh STA执行mesh power模式跟踪。

4.1.4.5.7 Mesh channel switching

当mesh STA切换操作通道时，使用通道切换协议。信道交换协议允许在信道交换执行之前在整个mesh BSS中传播信道交换消息。

4.1.4.5.8 Frame addressing in an MBSS

三地址、四地址和扩展地址帧格式使消息能够分布在mesh BSS内的无线媒体的多个实例上并集成到ESS。

4.1.4.5.9 Mesh path selection and forwarding

mesh路径选择允许在一个mesh BSS内的无线介质的多个实例上发现路径。混合无线mesh协议(HWMP)被定义为mesh BSS的默认路径选择协议。HWMP提供了主动路径选择和被动路径选择。一旦mesh路径选择函数找到源mesh STA和目标mesh STA的特定对mesh路径，mesh STAs通过转发函数传播数据。

4.1.4.5.10 Interworking with the DS

mesh BSS可能包含一个或多个mesh gates，它们连接到一个或多个配电系统。mesh gate可以通过发送门通知帧来宣布它在mesh BSS中的存在。或者当一个mesh gate被配置为一个root mesh STA时，它可以通过发送HWMP路径选择帧来宣布它在mesh BSS中的存在。通常，当mesh gate与portal并置时，或者它可以访问门户时，它就会宣布它的存在。mesh gate公告允许mesh STAs选择适当的mesh gate并建立通往它的路径。应该注意的是，当多个mesh gate访问相同的DS出现在mesh BSS中，适当的配置是必要的。当一个mesh gate在mesh BSS之外访问IEEE 802 STAs时，mesh gate就作为一个代理在MBSS之外为IEEE 802 STAs服务。这样的网格门称为代理mesh gate。

4.1.4.5.11 Intra-mesh congestion control

mesh拥塞控制用于提供对多跳通信的流量控制。mesh拥塞控制对于减少在mesh STAs时由于缓冲区溢出而造成的无线媒体利用率浪费是有用的。mesh拥塞控制由三种主要机制组成:本地拥塞监控和拥塞检测、拥塞控制信令和本地速率控制。

4.1.4.5.12 Emergency service support in mesh BSS

根据规定，应急服务支助可通过mesh网络进行。在这种情况下，信标和探测响应帧通知mesh STA是否支持紧急服务，向其他mesh STA告知mesh对等的紧急服务是可能的。如果一个mesh STA确实需要紧急服务，那么在mesh对等打开帧内设置一个紧急指示。支持紧急服务的Mesh STAs接受从其他需要紧急服务的Mesh STAs对等传输帧到紧急服务器(例如PSAP)。

4.2 逻辑服务接口(Logical service interfaces)

4.2.1 DSS

该服务在IEEE 802.11体系结构中由APs和mesh gate中的箭头表示，表示该服务用于跨媒体和可能的地址空间逻辑边界。AP和mesh gate是一个逻辑实体实体，所描述的功能可以由一个或多个物理实体共享。组成DSS级的服务如下:
a) Association (not mesh facility)
b) Disassociation (not mesh facility)
c) Distribution
d) Integration
e) Reassociation (not mesh facility)
f) QoS traffic scheduling (QoS facility only)
g) Interworking with the DS (mesh facility only)

4.3 服务概述

4.3.1 在DS中分布消息

4.3.1.1 Distribution

虽然IEEE Std 802.11没有指定DS实现，但它承认并支持使用WM作为一个可能的DSM。这是IEEE 802.11帧格式特别支持的。一个mesh BSS可以使用WM形成一个完整的DS或DS的一部分，包含网格STAs、mesh gate、APs和portals的MBSS。mesh服务用于形成mesh BSS并分发消息。

4.3.2 访问控制和数据保密服务

4.3.2.1 Authentication

IEEE Std 802.11定义了四种身份验证方法:开放系统身份验证、共享密钥身份验证、FT身份验证和同步对等身份验证(SAE)。开放系统认证允许任何STA进入DS。共享密钥认证依赖于WEP来证明WEP加密密钥的知识。FT认证依赖于在初始移动域关联期间派生的密钥来认证站点。SAE认证使用有限域加密来证明共享密码的知识。

4.3.2.2 Deauthentication

当终止现有的开放系统或共享密钥或SAE身份验证时，将调用deauthentication服务。

4.3.2.3 Data confidentiality

IEEE Std 802.11提供了一个安全协议CCMP，用于保护mesh STAs之间的单独寻址和组寻址数据帧。

4.4 ESS和MBSS局域网的区别

MBSS使用多跳功能，似乎所有mesh STAs都直接连接到MAC层，即使这些STAs彼此不在范围内。这与IBSS网络不同，在IBSS网络中，如果STAs不在彼此的范围内，则无法通信。与IBSS不同，MBSS可以访问DS。MBSS通过一个或多个mesh gate连接到DS。由于在MBSS中，似乎所有的网格STAs都直接连接到MAC层，因此MBSS可以用作DSM。APs、portal和mesh gate可以使用MBSS作为DSM来提供决策支持系统。例如，不同的基础设施BSSs可以在MBSS上联合起来形成一个ESS。AP标识它所形成的基础设施BSS。这与不存在中央实体的MBSS不同。基础设施BSSs需要ESS和DS来统一，而MBSS网络对LLC层来说是一样的，而不需要访问DS。然而，如果一个MBSS有一个或多个mesh gate提供对DS的访问，MBSS可能存在于不连接的区域，但形成一个单一的网络。

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