【通讯原理】Ch.14 无线LAN-WiFi

以太网与WIFI的比较

首先来简单对比一下以太网（有线局域网）与WIFI的区别。

1. 以太网：使用CSMA/CD抢占资源来传输数据，随着交换机的出现，建立多个点对点信道通信而使得CSMA/CD的使用最近逐渐消失。
2. WIFI：使用CSMA/CA，多名使用者根据对应的带宽和频率，共享某频段的资源进行同时传输，到现在也仍然使用。【2.4/5GHz】

孤立的局域网：不与因特网相连的局域网，对于以太网必须有一个中间设备相连 （必须有线直接相连）才能彼此通信；而无线网，不需要无线AP就可以直接彼此通信。
无线AP：用于接入到因特网的装置【Access Pointer】

衰减
电磁信号的强度迅速降低,因为信号会向四面八方扩散。
干扰
接收机可以接收信号（不仅从发送者,也可以从使用相同的频带其他发送者）。即信号之间彼此干扰
多路径传播
信号四散传播，也就会导致相同的信号会因为反射折射或者透过介质传输给接收器。也就说接收器会收到多个相同来源的信号。
错误
在一个无线网络中对比有线网络，错误更多更严重
误差水平的测量取决于信号噪声比(信噪比)或信号干扰加噪声比(SINR)

CSMA/CD无法作用域wifi的原因是：

1. 由于信号衰减、干扰导致的信号难以识别，如果监听介质将很难通过某一标准确定是否有信号
2. 只发送和接收一次
3. 隐藏站问题》A介于B与C网络的边缘处，BC互相不可传输信号，无法感知彼此存在。BC同时给A发信号，会在A处冲突

IEEE 802.11 PROJECT

BSS&ESS

固定或移动无线电台和可选的中央基站，称为接入点(AP)
BSS没有AP是一个独立的网络,不能发送数据到其他BSS
AP BSS有时被称为一个基础设施

ESS:由两个或两个以上与AP bss
bss通过分销系统相连,这是一个有线或无线网络
类似于蜂窝网络通信

DCF Distributed Coordination Function

DCF是基于竞争机制，多个分布式无线节点抢同一资源；PCF使用无竞争模式所有的带宽分配都由一个全局的Point控制。 PCF自我调度性能优秀，Qos保证高，但是由于外部因素导致实际效率并不好。
动作过程：


避碰方面：当一个站发送一个RTS帧，帧内包含它需要占用信道的持续时间。网络分配向量(NAV)要求在允许其他节点检查频道空闲之前必须经过多少时间，即NAV保证了当2个设备通信时，其他设备处于等待状态，甚至不检查网络空闲状态（节省资源）。网络中任意节点在检查信道是否空闲时，需要首先检查NAV是否过期。

Collision During Handshaking【握手间碰撞】
握手期:指RTS或CTS控制帧的传输过程
如果发件人没有收到来自接收者的CTS帧，则认为发生了冲突（碰撞）。因此使用RTS和CTS控制就能够解决隐藏站问题，因为通过这种机制即便发生错误，RTS与CTS这种简短的数据帧相比要传输的应用数据的失败要好得多。

PCF Point Coordination Function 点协调机制

这是一种轮询机制的体现，即所有网络节点按照规定的某种顺序等待AP访问，AP会按照顺序进行逐次访问，访问时会将对应节点的所有数据传输到AP进行转发。为了使PCF优先于DCF，定义了另一个帧间空间PIFS【PCF IFS】，PIFS比DIFS短，正因此等待一个较短的时间就会传输给AP一个信号，需要等待更久时间的DCF节点自然就无法抢占PFC的节点流量。设计用于涵盖无内容的PCF和基于内容的DCF流量。

beacon frame：信标帧。由AP发出，当其他网络节点接收到该帧，即开始NAV等待并开始PCF导航（轮询传输数据）。当轮询结束后，即表明PCF节点已经传输完毕，接下来就轮到DCF帧了发送了（因为DIFS更长）。 由于网络中DCF节点是占绝大多数，因此使用PCF方法可以提高该帧的优先级，理论上能够更好的保证传输质量Qos。但是PCF自我调度性能优秀，但是实际环境中，除去当前环境下的AP肯定会有很多AP同时存在，AP之间的相互干扰无法避免，还会提高AP造价。

帧碎片化

讲一个帧分成多个碎片帧发送，即便出现错误，重传的也是碎片帧，从整体上而言效率会更高。

D： 设置NAV时间
A1/A2： 24字节地址信息，分为4段，每段6bytes。
SC：顺序控制。 前4位定义了当前这个数据帧整体的编号，后12位表示这个帧整体被分割成了复数个，这复数个段之间的序号。因为是16字节 ，也就说最多可以分2¹⁶-1个段。
FC：包含基于FC字段中定义的类型和子类型的信息
FCS：奇偶检验错误检测

管理帧：用于基站和接入点之间的初始通信
控制帧：用于访问信道和确认帧

关于帧地址的详解，帧地址被分为4部分，第一个FC（帧控制）部分中的地址碎片（源、目的各1bit）。2bit表示的四种信息就被赋予了不同的含义。含义如上图

1. 0-0：地址段1为目的，地址段2为源；地址段3为当前BSS的ID，4为空。这种情况下，说明收发双方位于同一个无线局域网内（BSS）。
2. 0-1：段1表示目的，段2表示当前BSS的发送信号的AP，段3表示源地址，段4为空。这是一个由当前BSS中AP发送给本BSS成员时使用的帧格式
3. 1-0： 段1表示本BSS内要接受信号的AP，段2表示源地址，段3表示最终目标地址，段4为空。这是一个将数据帧发送给本网段AP的过程
4. 1-1： 段1表示要传达到的目标BSS的AP（接收AP）；段2表示发送该信息的AP；段3表示最终目的，段4表示源地址。是一个信号在跨网段传播的过程。

上述的规则是有规律的，因为第一位是To而第二位是From，当To为0说明，目标在BSS内；当From为0说明来源在BSS内。不用死记硬背。

Exposed Station Problem 暴露站问题

同样，假设A位于B和C的无线网络边缘。与隐藏站问题不同的是，A要发送数据给B和C，则A会给被发送B和C分别一个RTS希望进行握手，当A收到B的握手后，会开始发送数据，此时C可以正常接收信号（信道不同通信不冲突）。然而C想给D发数据，却检测到信道在使用（因为他在接收数据），则不会发送数据给D，引入了不必要的延时，效率就降低了。

PAN

个人局域网，辐射范围只有几米，代表例是蓝牙（别名piconet），是一个ad hoc network(自组网）。
Bluetooth defines two types of networks
 piconet and scatternet

Piconet：
最多可以有8个站，1个主站其他的是次站。所有次站同步主站的时钟与跳频，即便最多拥有7个次站，次站可以在不使用时处于parked状态，该状态下不可与主站通信，除非它变为active状态。

当前数据速率与2.4 - ghz 1 Mbps带宽。可能性之间的干扰IEEE 802.11 b无线局域网和蓝牙局域网

蓝牙也匹配了好几层，但是并不完全适用互联网模式
L2CAP (Logical Link Control and Adaptation Protocol)： LLC sublayer in LANs

SCO：用于传递人的声音而使用的连接
ACL：用于传输数据
通道ID (CID)定义了在此级别创建的虚拟通道的唯一标识符
特点：

1. 复用multiplexing：从上层接收数据，并将他们分配给适用的协议层
2. 分段和重装配segmentation&reassembly：L2CAP将这些大数据包划分为段，并添加额外的信息来定义段在原始数据包中的位置
3. Qos：允许站定义Qos，尽最大努力交付
4. 组管理Group Management：类似组播

Baseband Layer—MAC sublayer in LANs

主站发，然后主站收；次站收，然后次站发，单信道下的交替动作。
同步连接链接SCO
在避免延迟(数据传递中的延迟)时使用比完整性更重要
定期保留特定的插槽
连接两个插槽的基本单位,每个方向一个
从来没有转播
次要可以创建3个SCO链路与主,把数字化音频(PCM)在每个链接的64 kbps
异步无连接链接(ACL)
数据完整性比避免延迟更重要时使用
可转播
ACL可以使用一个、三个或更多的插槽,可以实现721 kbps的最大数据速率。

帧格式
259μs需要跳跃和控制机制
因此可以计算：slot越多，效率越高


Access code：位域通常包含同步位和主网的标识符，用来区分一个piconet的帧和另一个piconet的帧
Head:
这个54位字段是一个重复的18位模式
地址:3-bit地址子域
类型:4比特类型的数据来自上层
F: 1比特流控制领域
A:1比特领域的ACK(Stop-and-Wait ARQ)
S:1比特领域拥有序列号(Stop-and-Wait ARQ)
HEC(标题错误检查):8位头纠错子域

Payload:有效载荷:这个子字段可以是0到2740位长。它包含来自上层的数据和控制信息

Radio Layer: 相当于物理层。跳频扩频(FHSS),低功率，射程10米.蓝牙每秒跳1600次.一个设备在跳转到另一个频率之前只使用了625μs(1/1600秒);停留时间为625μs。带高斯带宽滤波的FSK调制

以上就是本章的所有内容了