DCF学习笔记

系统梳理DCF知识，供自己和他人参考。如有疏漏，请指正。

802.11媒体访问控制机制

• PCF
• DCF
  • 载波侦听机制
    • 物理载波侦听
      • CCA
        • 能量检测ED
          • 如果RSSI>阈值（MIB中获取），信道繁忙
        • 载波检测CS
          • CCA启动一个3.65ms长的定时器，在该定时范围内，如果检测到高速PHY信号，就认为信道忙。3.65ms是一个5.5Mbps速率的PSDU数据帧可能持续的最长时间。
        • 能量和载波混合检测ED&CS
          • 混合检测中，任意一种被检测到超限，就认为信道正在被占用。
    • 虚拟载波侦听（MAC层）
      • 802.11标准使用网络分配向量NAV实现虚拟侦听。NAV 可理解为定时器，定义当前链路还要被占用多久，开始值是最后一个接收到的帧的持续时间，倒计时至0结束。当NAV值为0，且物理载波监听表明信道空闲时，才认为当前链路为空闲状态
        • 占领信道的Sta：通过帧中的duration字段来告知其他Sta我还需要用多久 未获取信道资源的Sta：通过对比收到包中的duration值来更新自身NAV的值。
        • NAV更新条件 1、只有收到包的duration值大于本身的NAV timer才被更新； 2、该帧并非发往本工作站，即该更新NAV的站点是侦听栈。
  • 帧间间隔机制
    • 不同协议的帧间隔
      • Standard Slot Time(μs) SIFS(μs) DIFS(μs) PIFS(μs) IEEE 802.11a 9 16 34 25 IEEE 802.11b 20 10 50 30 IEEE 802.11g 9 or 20 10 28 or 50 19 or 30
        • SlotTime和SIFS是固定值 DIFS = SIFS + (2 * Slot time) PIFS = SIFS + Slot time EIFS = Transmission time of Ack + SIFS + DIFS
    • slot time 时隙是指一个时间片段，A Slot Time= a CCA Time（CCA时间）＋a Rx/Tx turnaround Time（发送接收天线转换时间）＋a Air Propagation Time（传播延迟）＋a MAC Processing Delay（MAC层处理延迟）
    • SIFS
      • SIFS是最小的帧间间隔，因此采用SIFS的节点具有访问无线链路的最高优先级。它等于节点从发送状态切换到接收状态并能正确解码所需要的时间，或者从接收状态转为发送状态所需要的时间，在SIFS过期后可能发送的数据包包括ACK、CTS帧。
    • DIFS
      • 在DCF协议中，节点在开始发送数据之前需要监测信道是否空闲。如果信道已经空闲，则节点仍需等待DIFS段时间才开始发送数据；而如果在DIFS时间段内任一时刻信道被监测为忙，则节点不得不推迟它的数据发送。
    • PIFS
      • PCF使得AP等待PIFS而不是DIFS时间以访问信道，AP总比普通节点具有更高的访问信道的优先级。
    • EIFS
      • 在前一帧出错的情况下，发送节点不得不延迟EIFS而不是DIFS时间段后再发送下一帧。
  • 随机退避机制
    • 802.11中采用二进制指数退避法解决节点发送失败或者发生冲突时需要退避的时间。 当MAC层有帧需要发送，在物理载波侦听和虚拟载波侦听都表示信道空闲之后，若退避窗口的计数值 !=0，则继续以slot time为单位减少计数值;退避窗口的计数值 ==0,则随机生成一个退避窗口进行退避。
    • Back off Time=Random ( )* a Slot Time
      • Random()是均匀分布在[0，CW]范围内的随机整数，CW就是contention window竞争窗口。最小竞争窗口CWmin<CW<最大竞争窗口CWmax，CW用来让节点选择随机回退计数值（backoff counter）的范围。
  • RTS/CTS机制
    • 为了解决隐藏节点问题，DCF中，引入了RTS/CTS机制。 RTS：单播帧，没有加密，其duration字段中填充包含后续发送过程中总体所需要时间。 CTS：单播帧，没有加密，节点在收到CTS后，确认信道是空闲的，可以发送。其duration字段包含除去RTS以及一个SIFS后，发送过程总体所需要时间。
    • 多余的RTS/CTS会导致效率降低，如下情况不使用： 1、短数据帧不使用（可能是短帧的发送成功率高，冲突可能性低） 2、广播和多目标传输不能使用RTS机制，因为其会引起多个目标地址进行CTS应答。
    • 只有当定向帧的MPDU或者MMPDU的长度超过了属性值dot11RTSThreshold【MIB中读取 默认是2347bite】后STA才在帧交换前使用RTS/CTS交换。