IEEE802.11基础型网络中隐藏站点的检测.pdf

分类号：T剂密级：单位代码：10422学 号：力先件/72/硕士学位论文论文题目：H4抽屣础型网绚喉减 拈点僚检网HM版S/你n为却彻X 2限即1 工由5圾比比%仅碎作者姓名 装液_学院名称宿幺科之纣府南纪 专业名称，渝偈:信氏综纭 指导教师磔的缎副教蝮一 合作导师_2al年 3 月 2。口Y2182134原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文,是本人在导师的指导下,独立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本 论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方 式标明。本声明的法律责任由本人承担。论文作者签名：4 波 0 期：加卜、z.内关于学位论文使用授权的声明本人完全了解山东大学有关保留、使用学位论文的规定，同意学 校保留或向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论 文被杳阅和借阅；本人授权山东大学可以将本学位论文的全部或部分 内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制于-段 保存论文和汇编本学位论文。（保密论文在解密后应遵守此规定）论文作者签名:叁汉导师签名：日期：RT2刍）0山东大学硕士学位论文目录中文摘要.1A B STRA CT.3前言.5第一章绪论.71.1 IE E E 802.11 简介.7L l.UE E E 802.il网络中的基本构件.81.1.2 IE E E 802.il网络的拓扑结构.81.2 IE E E 802.11 a 物理层简介.111.3 IE E E 802.il M A C 简介.111.3.1 帧间隔.121.3.2 CSM A/CA.141.33 DCF 模式.151.4附藏站点及其解决措施.171.4.1 隐藏站点问题.171.4.2 隐藏站点解决措施.18第二章已有检测算法及其局限性.212.1 隐藏站点静态检测方法.212.2 仿真分析.262.3 该算法的局限性.27第三章险藏站点动态检测算法.313.1 隐藏站点动态检测算法.313.2 仿真验证.35第四章动态检测算法在特定环境下应用.394.1 险藏站点在扩展服务集内移动.394.2 隐臧站点处于省电模式.434.3 隐藏站点退出网络.44第五章总结与展望.465.1 总结.46山东大学硕士学位论文 5.2 展望.46致谢.48攻读硕士研究生期间发表的论文.49缩略词表.50参考文献.51山东大学硕士学位论文CONTENTChinese A bstract.1A B STRA CT.3Perface.5Chapter 1 Introduction.71.1 Introduction of IE E E 802.il.71.1.1 IE E E 802.11 N etworks B asic Components.81.1.2 IE E E 802.il N etworks Topology.81.2 Introduction of IE E E 802.il a Physical L ayer.111.3 Introduction ofIE E E 802.11 M A C.111.3.1 Interframe Space.121.3.2 CSM A/CA.141.3.3 DCF.151.4 Problem and Solution of Hidden Stations.171.4.1 Problem of Hidden Stations.171.4.2 Solution of Hidden Stations.18Chapter 2 E xisting Detection A lgorithm and Ils Shortcoming.212.1 Hidden Stations Static Detection A lgorithm.212.2 Simulation and A nalysis.262.3 Shortcoming of Hidden Stations Detection A lgorithm.27Chapter 3 Hidden Stations Dynamic Detection A lgorithm.313.1 Hidden Stations Dynamic Detection M ethod.313.2 Simulation and V erification.35Chapter 4 Dynamic Detection M ethod A pplied under Specific Circumstances.394.1 Hidden Stations M ovement in E SS.394.2 Hidden Stations in Power Saving M ode.434.3 Hidden Stations Quit N etwork.44Chapter 5 Summary and Outlook.465.1 Summary.465.2 Outlook.46A cknowledgements.48in山东大学硕士学位论文Paper Published During the G raduate Study.49A bbreviations Tables.50References.51IV山东大学硕士学位论文中文摘要近年来，无线通信技术和局域网技术发展迅速。无线局域网具有：组网方便,移动性好，扩展性强等优点。随着IE E E 802.11标准的不断扩充与完善，无线局域 网变得越来越普及，其中以基础型网络的应用发展最为迅猛。目前越来越多的城 市提供无线接入服务，人们使用个人电脑和PDA等无线产品通过接入点访问网络 资源。然而无线局域网自身的一些特点也注定导致一些问题的产生，这些问题对网 络的性能影响比较大，其中之一为隐藏站点。隐藏站点使得系统的潜在冲突概率 陡然增大，越高的冲突概率，越低的系统性能。为了克服站点隐藏带来的不利影 响，IE E E 802.il定义了 RTS/CTS四次握手机制，通过在数据交换之前发送RTS 与CTS控制报文来减小每次冲突持续时间。然而控制报文的传输也会占用带宽资 源，在不存在隐藏站点时候使用四次握手协议并不能提高信道利用率，反而使之 降低。因此，在不存在隐藏时候使用基本机制，而存在隐臧站点时候使用RTS/CTS 机制，这将有助于提高无线网络系统的传输效率。在基础型网络中隐藏站点不可 避免，因此有效地检测隐藏站点对提高无线局域网的性能具有重要意义和实用 价值。为了解决无线局域网险藏站点带来的问题，已有的检测算法利用站点在收到 确认帧之前信道空闲时间的长短来判断是否存在隐藏。通过N S2仿真分析其在多 种不同移动环境下的性能，发现该算法使用范围具有局限性。由于该算法在移动 环境下无法捕捉到隐藏站点的变化情况，因此仅适用于站点静止环境，而在站点 移动环境下不仅不能提高反而可能降低网络性能。为了能够在移动环境卜捕捉到 隐藏站点变化情况，本文根据基础型网络的特点，在该算法的基础之上，提出一 种既能适用于静止环境，又能适用于移动环境的障藏站点动态检测算法，并通过 仿真软件N S2验证其有效性。仿真结果表明：在站点静止和站点在服务区内移动 的多种环境下，所提出的动态检测算法都能获得较好的性能。在此基础上，对动 态检测算法在站点跨服务区移动，站点进入省电模式和站点退出网络的特定应用 环境中所面临的问题进行了分析，提出了解决方案。山东大学硕士学位论文关键词：无线局域网；IE E E 802.il标准；媒介接入控制；隐藏站点；吞吐量。山东大学硕士学位论文ABSTRACTIn recent years,the L ocal A rea N etworks(L A N)and wireless communication technology have got rapid development.W L A N is being favored by many people for its convenience,good mobility and better expansibility.W ith the expansion and improvement of IE E E 802.11 standards,W L A N has becoming more and more popular,especially for infrastructure network.A t present,more and more cities provide wireless access service.People use PC,PDA and other wireless products to access traditional wired network resources through A ccess Point.However,the wireless L A N s characteristic is bound to lead to some problems.These problems have a bad impact on the performance of wireless network,especially hidden stations.Hidden stations make the system potential collision probability increasing.The higher the probability of collision,the lower the system performance is.In order to overcome the adverse of hidden stations,IE E E 802.il defines four handshake protocols,which is RTS/CTS exchange.Send the RTS and CTS control packets before data exchange to reduce conflict duration.However,the transmission of control packets will consume bandwidth resources.W hen there arc no hidden stations,using four-way handshake protocol lower channel utilization instead of improving.W hen the existence of hidden stations,using the RTS/CTS protocol and when no hidden stations using basic protocol,it will help to improve the transmission efficiency of the wireless network system.M oreover,hidden stations will be inevitable in infrastructure network.Therefore,effectively detecting hidden stations has a great significance and practical value fbr improving the transmission efficiency of wireless network system.In order to solve the problems caused by hidden stations in W L A N,current detection algorithm using the length of idle time of channel after the station receiving a acknowledge frame to judge whether there are hidden stations.Through N S2 simulation analysis of its performance in a variety of mobile environments and found that the using of the algorithm has its limitations that It applies lo the static environment,but cannot provide good performance in a mobile environment.In order to be able to capture the hidden station changes in a mobile environment,according to the characteristics of 3山东大学硕士学位论文basic network,based on the above algorithm,present hidden station dynamic detection algorithm,which is not only applicable to the static environment,and can be used in mobile environment.It is through N S2 simulation software to verify its validity.The simulation results show that the proposed algorithm can obtain better performance in a variety of environments.On this basis,analyze some problems such as the movement of hidden stations in E xtended Service Set,hidden stations being in power saving mode and hidden stations exiting from the network,which are faced by dynamic detection algorithm,and propose solutions.Key Words:W ireless L A N S,IE E E 802.11 Standards,M edium A ccess Control,Hidden Station,Throughout.山东大学硕士学位论文-AjL.1 刖 B近儿十年来，无线通信技术I和局域网技术2-6不断向前发展，无线局域网 的技术逐渐变得成熟，种类繁多的无线应用终端投入使用。极大的改变人们的工 作和生活，提高了社会生产效率。随着1997年IE E E 802.11R标准的制定完成以及 后来相继提出的 80Z 11a8,802.1 lb9,802.11g10,11,802.11iIl,802.1 le12 和802.11n13等协议标准，无线局域网技术已经改变过去互相不兼容的状态。IE E E 802.il标准规定的数据链路层是由逻辑链路控制子层和介质访问控制子层组 成JE E E 802.ll使用的是和IE E E 802.3协议完全相同的L L C子层,并且与IE E E 802 协议所规定的48位M A C地址完全相同，这使得无线局域网与传统有线网络之间 的连接非常便捷。另外，无线局域网还具有可移动性好，便于扩展，安装维护方 便。这些特点大大推动了无线局域网在日常生活中应用。诸如运动场所，校园，超巾，机场，休闲娱乐等场所都提供无线接入服务。无线同域网还可以应用于仓 储物流，会议，医疗，制造业和服务业。无线局域网的M A C协议主要采用两种接入控制方式:分布式控制方式(DCF)和中心控制方式(PCF)。以及介乎两者之间的混合协调功能(HCF)o DCF是最 基本的媒介访问控制方式，因此木文主要研究DCF接入控制方式。DCF控制方式 乂分为基本接入机制和请求发送/允许发送(RTS/CTS)机制。然而，山于无线局域网不同于传统的有线局域网14,采用共享的无线信道进 行数据传输，通信各方之间产生相互影响和干扰的问题不容忽视。无线局域网口 身的一些特点也注定导致一些问题的产生，诸如陷藏站点，暴露站点6,远近效 应和捕获效应15-19等问题。无线局域网与传统有线局域网相比，带宽比较窄，频谱资源十分珍贵。并且 无线局域网中存在隐藏站点对于网络性能的影响20-28不容忽视。然而当前对无 线局域网的研究主要集中在应用二维马尔科夫模型29,30和排队论模型31-36对 M A C层性能进行分析研究，因此有效地解决隐藏站点带来的低传输性能问题，具 有强要的实际应用意义。因为1E E E 8O2.115J采用载波侦听/冲突避免接入机制，所 5山东大学硕士学位论文以隐藏站点会使系统潜在的冲突概率大大增加。隐藏站点问题的一种解决措施是:在发送数据帧之前使用RTS/CTS交换。然而，RTS/CTS交换会占用昂贵频谱资源,因此，当不存在除藏站点时，使用RTS/CTS交换并不能够提供更好的系统性能。所以，为了降低隐藏站点对系统性能的影响，当网络中存在隐藏站点时启用 RTS/CTS交换。在已有的文献37中出了利用A CK帧和物理层包头长度字段来检 测隐藏终端一种简单方法。使用该方法，网络中任何一个站点都能检测出是否存 在隐藏终端。但是经过仔细分析该算法就发现其存在缺点：适用于站点静止不动 情形。无线局域网得到人们喜爱的主要原因在于其移动便利性，若在移动场景中 运用此算法，不但不能够提高系统性能，反而造成系统性能的降低。因为会存在 一些站点在初始时刻处于隐藏状态，在经过一段时间移动后处于非隐藏状态，在 此时若继续运用RTS/CTS交换只会使系统性能降低。因此为了提高网络的传输效 率，可以适时在基本接入机制与RTS/CTS机制之间切换：检测到存在隐藏终端时 开启RTS/CTS交换，院藏站点消失时再切换回基本接入机制。总之：能够在基本 机制和RTS/CTS交换机制之间双向切换。现在主要介绍下论文内容相关章节的安排：第一章,介绍无线局域网相关的基本概念，组件，拓扑结构以及无线局域网 中存在的一些问题，IE E E 802.UM A C层协议，DCF中基本接入机制和RTS/CTS 机制。第二章.介绍已有的隐藏站点检测算法，通过N S2对该算法进行仿真分析，发现其存在不足：只适用于静止环境中。第三章.在已有的隐微站点检测算法基础上，根据基础型网络的特点，提出 一种可以应用于移动环境下隐藏站点检测的算法，并通过N S2进行仿真验证。第四章，介绍提出的算法在某些特定的应用环境下的使用。第五章，针对全文进行大致的总结，并对以后的研究工作方向进行了展望和 规划。山东大学硕士学位论文第一章绪论1.1 IEEE802.11 简介无线局域网以其具有独特的巨大优势，广阔的应用前景范阐和人类的需求不 断地推动无线局域网协议的出现。在1997年6月26日，国际电气和电子工程师 联合会(IE E E)制定完成IE E E 802.ll标准协议规范，并于同年11月26日亚式对 外公布，其逻辑结构图如图1.】所示。IE E E 802.il是第一代无线局域网标准之一，也是发布的第一个无线局域网标准，其承袭IE E E 802标准系列。由于无线信道与 有线信道的差异及其特有的特性，所以其物理层和上层的数据链路层协议需要重 新制定，而高层协议规范沿袭IE E E 802标准规范协议系列。该标准定义了物理层和数据链路层协议规范，允许无线局域网及无线设备制 造商在一定范围内建立相互操作的网络设备。其中物理层为设备之间的数据通信 提供传输媒介及各种物理设备，为数据传输提供可靠的环境。物理层的实现功能 主要有：我波检测，用来判断信道是否被站点占用；发送，将来自高层的数据转 换成无线电波从无线接口发射到媒介中；接收，把接收到的无线电波转换成数据 并传递给高层。其中物理层分别定义了三种传输技术38：红外传输技术，跳频序 列扩频传输技术和直接序列扩频传输技术，其中红外传输技术不常用。其中数据链路层又可被分成逻辑链路控制子层(L ogical L ink Control,L L C)和媒介访问控制子层(M edium A ccess Control,M A C)。由于IE E E 802.il使用的 是IE E E 802.2完全相同的L L C层,并且采用IE E E 802协议中的48位M A C地址，所以使得无线网络与传统的有线网络之间的链接变得非常方便。7山东大学硕士学位论文图1.1 IE E E 802.il逻辑结构图L L Cl数据链路M A CJ层跳频直接序列红外光)物理层PHYPHYPHY1.1.1 IEEE802.il网络中的基本构件工作站点(Station,ST)：配备无线网络接口的计算终端设备，并且能够利用 该无线网络接口进行数据的接收与发送。无论其是无线局域网中移动还是固定的 每一台终端设备，都可以被理解为工作站点。通常是指膝上型或者手持便携式计 算机或者为了省去布线困扰而具备无线网卡的台式计算机。接入点(A ccess Point,A P)：通常是一个与网络进行连接的设备，IE E E 802.il 网络中所有待传送的帧，都需要经过转换后方能被发送到其它类别网络。接入点 用来接收数据并将其发送到无线网卡上或者作为与传统有线网络进行连接的桥接 设备。在实际应用中W L A N往往和有线网络结合使用，此时无线接入点充当有线 网络与无线网络的转接器。从本质来说，接入点也是一种为了完成特定任务的特 殊类型工作站。基本服务集(B asic Service Set,B SS)：由一组覆盖一定区域的相互通信的工 作站点所构成。一个站点可以在B SS内自由移动，由于B SS中的站点保持充分的 连接，所以只要位于相同的基本服务集中站点之间就可以互相通信。1.1.2 IEEE802.il网络的拓扑结构在IE E E 802.il标准中定义了如下四种网络拓扑结构3,4：独立型基本服务集(Independent B asic Service Set,IB SS)网络，基础结构型基本服务集(Infraslructure B asic Service Set,B SS)网络，扩展服务集(E xtended Service Set,E SS)网络，E SS(无线)网络。8山东大学硕士学位论文IB B S网络：IB SS是一个没有配备中心接入点的独立B SS,网络中的站点不用 通过中心接入点进行中继转发而可以宜接进行通信，这种网络通常乂被称作对等 网络(PcerloPeer)或者非结构组织网络(A d Hoc),其结构如图1.2所示。IB B S 网络中信号是直接在两个通信站点间对点传输的，类似于传统有线网络中直接通 过网卡互联的多台计算机。这种网络拓扑结构的主要优点是：抗毁性好，组网方 便，且费用低。缺点是：网络中站点过多时，站点对信道激烈竞争使得网络性能 受到很大影响；要保证两两站点能够直接通信，通常造成站点布局受环境影响比 较大，通信距离有限。该类型网络一般用于军事用途。Infrastructure B SS网络：网络中设有中心接入点，通常位于网络中心位置保证 覆盖所有站点，山接入点负货网络中所有站点间的通信，其结构如图1.3所示。Infrastructure B SS网络属于集中式结构类型，与有线网络中的星型交换模式类似，其中起着集中连接和数据交换的作用的接入点相当于有线网络中的交换机。位J-基础结构性网络中站点要和其它站点进行通信必须要经过两个步骤：首先，发送 站点将数据传输到中心接入点；其次，由中心接入点将数据发送到最终的目的站 点。InfrastructureB SS网络的优点是网络的覆盅范围比较大，网络易于扩展，便于 集中管理，能提供用户身份验证等优势，数据传输性能也明显高于A d-Hoc对等结 构：其缺点是抗毁性差，通信依赖于中心接入点，通常中心接入点产生故障会导 致整个网络的瘫痪。9山东大学硕士学位论文图 1.3 Infrastructure B SS 网络结构图E SS网络：为了扩展无线网络的覆盖范围，由两个或者多个Infrastructure B SS 通过分布式系统相连构成的网络，其结构如图14所示。在该网络结构中，Infrastructure B SS是构成无线局域网的最小单元，类似于蜂窝移动通信中小区。所 有位于同一个E SS的接入点将会使用相同的服务组标识符，且隶属于同一个E SS 的工作站点可以互相通信，即使这些站点位于不同的基本服务集内。股务涔图1.4 E SS网络结构图E SS（无线）网络和E SS网络类似，同样是由两个或多个Infrastructure B SS io山东大学硕士学位论文构成，其中A P并未全部采用有线分布式系统相连接，而是部分使用无线连接。1.2 IEEE802.11a物理层简介简短地介绍下在IE E E 802.Ha中采用OFDM技术，其物理层数据帧格式是如 何形成的。虽然这里论述的是IE E E 802.11a的物理层，但是文献37提出的隐臧站 点检测算法可以被应用于IE E E 802.il协议簇中任何一个。物理层38被分成两个 了层：物理层汇聚过程(Physical L ayer Convergence Procedure,PL CP)子层和物 理媒介相关(Physical M edium Dependent,PM D)子层。PL CP主要功能是为来自 M A C的帧加上自己的标头。PM D功能是将PL CP传来每个位发送到媒介中。当 M A C层的帧数据被交付到下层物理层时，物理层生成物理层协议数据单元(PHY Protocol Data Unit,PPDU),如图L 5所示。其中物理层服务数据单元(PHY Service Data Unit,PSDU)被来自M A C层的数据填充。注意到：PPDU物理层是帧格式，将被发送到无线媒介。PLCP HeaderRATE 4bitsReserved I bitLENGTH I2bitsParity(bitTail 6bitsSERVICE 16bitsPSDUTail6bitsPad BitsPLCP Preamble I2 SymbolsSIGNAL1 OFDM SymbolDataVariable Number of OFDM Symbols图1.5 IE E E 802.11a物理层帧结构图PL CP Preamble为前导码，用来协助接收数据的同步操作。在PL CP Header中 有两个重要的子域：速率和长度字段。RA TE表明Data域的发送速率；L E N G TH 包含来自M A C层的协议数据单元的字直数(或可以被转换成帧长度)。1.3 IEEE802.11 MAC 简介无线局域网中所有站点共享同一个无线信道，网络中某一个站点发出的数据 能被站点接收，由于共享无线信道引起访问冲突，因此必须要解决信道访问控制 II山东大学硕士学位论文问题，即解决多个用户竞争信道使用权的问题，而将传输媒介高效合理的分配给 各个站点叫做媒介访问控制(M edium A ccess Control,M A C)39-41oIE E E 802.il定义了两种M A C接入方式：分布式协调功能(Distributed Coordination Function.DCF),点协调式功能(Point Coordination Function,PCF)。分布式协调功能：是IE E E 802.11M A C的基本媒介访问方法，提供基于竞争服 务，在发送数据之前，工作站会检查信道是否处于空闲状态，若忙，则会随机的 选择一定的退避时间来避免冲突发生。点协调式功能：提供无竞争服务，采用中心控制模式，基于优先级访问控制,适用于安装点控制器的网络。其采用特定的轮询算法依次询问网络中每个站点是 否将有数据要发送，由于完全控制了各个站点的发送顺序，因此不会发生冲突，处于此服务中的工作站点只需经过一定的时间就可以发送数据。由于无线网络可能会遭遇到诸多无线电波传播上的问题，此外还有站点竞争 信道造成的冲突问题，因此无线传输信道被认为是不可靠的，无线网络必须验证 所接收的帧，防止数据在传送中丢失。IE E E 802.il采用肯定性确认来解决这些问 题，以牺牲一些带宽确保数据帧的传送。只有发送站点在规定时间内收到来自接 收站点确认帧(A cknowledge,A CK)才认为此次数据发送成功完成；否则，重新 发送。1.3.1 帧间隔一点膘?能一用于无竞争服务分布式协调功能(DCF)用于竞争服务CSM A/CA 是PCF工作的基础图1.6 DCF与PCF关系图其中所有的IE E E 802.il网络实现必须支持DCF,而PCF为可选的。PCF建 立在DCF的基础上，并且DCF和PCF可以同处于一个网络中，如图1.6所示。乍看之F,DCF和PCF同时运行在同一个网络中，这似乎是不可能的，为此，山东大学硕士学位论文IE E E 802.il提供了 一种简单方法实现，通过定义不同的帧间隔来实现。所谓帧间 隔是指：某一帧被传输后有一段空闲时间，不允许任何站点发送数据，必须等待 该间隔时间后，才可能允许发送下一帧，这段时间称为帧间隔。IE E E 802.il规定 了四种帧间隔长度，如图L 7所示。其中间隔越短优先级越高，按优先级由高到低 排列如下：图1.7四种帧间隔示意图短帧间间隔(Short InterFrame Space,SIFS)：允许正处在会话中的站点优先 发送,如允许收到RTS的站点发送一个CTS,允许收到数据的站点发送一个A CK,允许收到A CK的站点继续发送后继帧片段而不用重发RTS。作为最小帧间隔，具 有最高优先级，确保正在当前以DCF模式通信的站点不会被打断。PCF帧间隔(PCF InlcrFrame Space,PIFS)：在SIFS间隔后只有一个站点允 许发送，如果该站点没有发送，那么在空闲时间到达PIFS后，控制站点可以发送 一个轮询帧，这是为PCF提供的，使得采用PCF模式比DCF模式拥有更高的优 先级，可见PCF是在DCF之上。DIFS(DCF InterFrame Space)：如果没有站点发送那么在DIFS间隔后任何试 图发送数据站点都可以来竞争信道以便发起新的一次数据交换。扩展帧间隔(E xtended IntcrFrame Space,E IFS)：被用来报告坏帧，只有刚刚 接收到坏帧或未知帧的站点才会使用这个帧间隔。13山东大学硕士学位论文1.3.2 CSMA/CADCF是IE E E 802.il标准中规定的M A C访问控制方法，也是无线局域网最基 本的访问控制方式。DCF协议和IE E E 802.3标准的M A C协议类似，都是解决多 用户共享一个信道，如果一个设备在发送数据，其它设备就不能发送数据，否则 就会发生冲突。由于在无线环境中，要使设备一边发送数据信号，又要一边检测 是否有冲突这是无法实现的，因此IE E E 802.ilM A C协议不同于IE E E 802.3中采用 CSM A/CD（Carrier Sense M ultiple A ccess with Collision Detection,载波侦听多路访 问/冲突检测）协议，而采用 CSM A/CA（Carrier Sense M ultiple A ccess with Collision A voidance,载波侦听多路访问/冲突避免）协议。CSM A/CD是指各站点在发送数据前先监听信道是否空闲，仅处于空闲时才开 始发送，并且继续监听信道，检测到冲突后立即停止发送；若信道忙，则继续等 待，监听到空闲时才可发送。CSMACSM A/CA是指：一方面，监听当前信道是否空闲；另一方面，避免冲突，通 过随机退避一段时间，使站点间产生冲突的概率降低到最小。在IE E E 802.il中，站点要确定无线信道是否被占用比较困难，物理层载波侦听不像IE E E 802.3网络 中那么有效，因此站点检测信道空闲状态有两种方法：物理载波检测和虚拟载波 检测。其中物理我波检测是通过接收信号的能量检测，我波检测和能量载波混合 检测来实现的；而虚拟载波检测是通过检查网络分配矢量（N A V）实现，它指示 信道将被网络中站点占用多久时间。某个站点若要发起通信时，会预估其将会占 用信道的时间长度，并将该值放入M A C帧结构中持续时间字段，而每个站点都独 立维护自己的N A V矢量，在接收到任何目的地址不是自己的合法帧后，会比较所 接收的帧的持续时间字段与当前N A V值，只有当字段值大于当前N A V值，才更 新N A V值为字段值，否则，不予更新。N A V类似于倒数计数器，当N A V变为0,且载波侦听也为空闲，则表明当前信道空闲，才可发送数据。若信道繁忙，则执 行二进制指数退避算法来避免各个站点可能造成的冲突。山东大学硕士学位论文CA其中冲突避免是依赖于二进制指数退避实现。一个站点若要占用信道，先侦 听信道的忙闲状态，若信道空闲就直接发送，否则推迟发送，当前退避窗口为最 小退避窗口，执行退避过程按时间先后顺序如下：Stepl.从当前退避窗口中随机选择一个退避数置入退避计数器中；Step2.站点持续检测信道的空闲状态，若空闲时间持续DIFS间隔后，则每经 过个空闲的系统时隙，退避计数器的值减1;Step3.若在退避过程中检测到信道忙，则冻结当前退避计数器，并|可到状态 Step2；Step4.等到退避计数器的值变为0时，站点才开始发送。若发送失败，当前 退避窗口加倍（直到达到最大退避窗口值），并返到状态Stepl。应当注意到的是：当一个站点要有数据发送而占用信道时，必须要执行退避 算法。仅在以下情形除外：检测到信道是空闲的，并且这个数据帧是其发送的第 一个数据帧。执行二进制指数退避算法减少了网络中多个站点同时占有空闲信道，从而使得网络中站点冲突概率最小化。13.3 DCF 模式DCF接入机制分为两种接入方式:基本接入方式和可选的RTS/CTS接入方式。基本接入方式源站点站IF数据/二J_目的站点！|ACK,-一e_其它站点:延迟时间 DIFS J竞争窗口图1.8基本机制时序图15山东大学硕士学位论文基本接入方式即CSM A/CA。如图1.8所示，一个站点在发送数据帧之前，检 测信道是否空闲：若为空闲，且持续时间大于DIFS,则发送数据帧；若信道忙，则持续监听信道，直到信道空闲时间大于SIFS,随机选择一个退避数，保存在退 避计数器中，此后每经过一个空闲时隙，退避数减1,若在退避过程中，检测信道 忙，退避计数器冻结，直到信道空闲时间再次大于DIFS,再恢复退避计数器，当 退避计数器变为。时，站点发送数据帧；只有正确接收数据帧后，目的站点在经 过SIFS时间后，向源站点回复A CK o仅在源站点在超时时间内接收目的站点的 A CK,才认为这次发送操作正确完成；否则，发送失败，竞争窗口加倍，重复上 述过程，直到失败次数达到最大重传次数，丢弃该帧。RTS/CTS接入方式RTS/CTS是一种握手协议，主要用来解决如下问题：隐藏站点问题：当所要 传输分组大于阀值时，启用RTS/CTS交换。DIFS SIFS SIFS SIFS DIFSL_.；i I:；j i I源站点 I RTS It 数据+-3“_ I I I I目的站点_:亩 网 1_其它站点N A V(RTS)/竞争窗口N A V(CTS)延迟时间 图1.9RTS/CTS机制时序图RTS/CTS一次成功交换过程按时间先后顺序为：源站点发送RTS帧