无线局域网CSMA/CA协议

CSMA/CA协议

• 工作原理

  • 发送站点首先帧听无线信道（载波帧听）
  • 如果空闲，等待DIFS（帧间隔）时间，然后帧听信道，仍空闲，发送第一个数据帧，并开启重发定时器，发送时不再进行冲突检测
  • 如果信道忙，继续帧听，直到信道空闲
  • 当信道由忙变为空闲状态时，站点继续等待一个帧间间隔时间，然后按照指数退避算法随机等待时间（争用窗口），如果信道仍然空闲，发送数据帧，发送时不进行冲突检测。
  • 目的站如果正确收到数据帧（没有冲突），经过时间间隔SIFS后，向源站发送ACK确认
  • 所有其他站需要设置网络分配向量NAV，表明这段时间内信道忙，不能发送数据帧，处于睡眠状态。

  
  几个问题：

CSMA/CA协议中，发送出去数据帧出现冲突、比特差错、丢失和延迟等问题，可靠性如何解决？

• 在WLAN发送数据帧后，启动重发定时器，收到对方ACK确认后，才可以发送下一帧，重发定时器超时，需要重发。
• 采用差错检测的停止-等待协议（序号+确认+超时重发）

为什么信道空闲还要再等待IFS

• 考虑到可能其他移动站由高优先帧（控制帧）要发送。
• 如果有，等待IFS时间内，高优先级帧先发送
• 如果没有高优先级帧发送，则发送自己数据帧
  • 如果没有冲突，目的站正确收到该帧，经过时间间隔SIFS后，向源站发送确认帧ACK
  • 如果出现 冲突，比特差错，目的站丢弃，不发送ACK应答
    如果源站在规定时间没收到ACK，重传此帧，直到收到ACK，若多次失败，放弃通信
• CSMA/CA必须结合差错控制停止-等待协议

指数退避算法
第i次退避就在2²⁺ⁱ个时隙中随机选择一个。
第 I 次退避是在时隙 {0, 1, …, 2^2 + I^ -1} 中随机
地选择一个。
当时隙编号达到255时(对应第6次退避)就不再增加了。

退避算法的使用

不使用：站点发送第一个数据帧，并检测信道是空闲的。
除此以外，都必须使用退避算法（忙——空闲）

修订
802.11MAC协议对基本DCF模式改进，引入RTS/CTS机制
工作原理：

• 发送站发送数据帧前，先向目的方发送一个发送请求帧（RTS:request to send），并给出持续时间
  • 持续时间：成功发送数据帧和ACK帧需要的时间
• 目的方接收到RTS后，发送一个允许发送帧（CTS）以回应
• 在此过程中，其他各站如果收到RTS或CTS帧后就知道有站点要发送数据帧，自动进入睡眠期，都将各自数据帧发送推迟到相应的“持续时间”之后。

信道预约DCF

• 单信道：只有一个信道既发送（或接收）数据帧，又发送（或接收）控制帧.
  • 可以解决隐藏发送终端问题;
  • 无法解决隐藏接收终端问题;
  • 无法解决暴露终端问题(如暴露发送终端与暴露接收终端
    问题).
• 双信道：一个信道传输数据帧，另一个信道传输控制帧。
  • 理论上可以解决单信道遗留的问题, 如隐藏接收端与暴露终端问题(如暴露发送端与暴露接收端);
  • 目前实际解决的也不是很好!