基于 IEEE80211 的扩展分布式协作握手分割.doc
《基于 IEEE80211 的扩展分布式协作握手分割.doc》由会员分享,可在线阅读,更多相关《基于 IEEE80211 的扩展分布式协作握手分割.doc(7页珍藏版)》请在三一文库上搜索。
1、精品论文基于 IEEE802.11 的扩展分布式协作握手分割MAC 协议1靳志伟 1,赵成林 1,周正 1,李彬 21 无线网络实验室,北京邮电大学信息与通信工程学院,北京 (100876)2 北京邮电大学, 光通信与光波技术教育部重点实验室, 北京 100876)E-mail:摘要: 本文给出了基于 IEEE 802.11 的 WLAN 体系架构,并基于分布式协作功能模块扩展 出一种支持分片网络的握手机制,通过 RTS/CTS 实现快速的配置。文中分析了该交换机制对于网络的影响并给出在分片网络中设备的基础配置方法、接入点的功能范围和完整流程。 为验证该方法的有效性,构建了一个 WLAN 仿真
2、平台,并对于不同机制进行模拟和比较,仿真结果表明,该机制可以有效的减低接入延时抖动,同时在信道利用率和控制开销方面也 具有很大的优势。关键词:分布式协作;分割;握手1.引言随着信息技术的发展和移动通信广泛的应用,未来的移动通信向着更高速率的 3G,B3G 发展,在这个过程中,不断涌现出许多新的技术,如 WLAN,蓝牙,HomeRF,等等。WLAN 技术被认为是移动通信的一个分支,一个移动网络很多无线节点的集合,其中任何一个无线 节点可以动态的增加进来,也可以动态的离去。因此,网络通常具有很大的不确定性。在集 中式控制的移动网络中,也可以通过控制中心指令进行网络成员的管理。和传统的固定网络 相比
3、,由于无线网络传播环境的不确定性,如衰落,电磁干扰等等,无线通信信道通常具有 低带宽,高丢包率等特点。所以,需要一种有效而且及时的机制来检测网络链路的状态,根 据网络当前的状况来决定不同的策略。本文采用的模型是基于 IEEE802.11 协议1所构建的,802.11 协议主要工作在 ISO 协议的最低两层上,并在物理层上进行了一些改动,加入了高 速数字传输的特性和连接的稳定性,以保证高吞吐量,可靠的数据传输和网络连接的连续性。本文主要分为以下四个部分,首先,对于基础的 WLAN 框架进行介绍,包括基本的控制帧格式,开销等。然后给出基于分片网络的控制机制,介绍仿真采用的模型和环境,对于 不同的机
4、制进行比较,并且给出仿真结果和分析, 最后对于未来的研究进行展望。2.WLAN 体系架构这部分我们描述了无线局域网的整体架构,包括其基本原理,控制帧的帧格式,校验计 算,最后,给出了在分段环境下的 RTS/CTS 的交互机制。2.1 基本概念IEEE 802.11 WLAN 用于支持移动台(Mobile Station,MS)之间的通信,一般的 802.11 系 统可以分为一下基本功能部分:通信站,基本服务集(Basic Service Set,BSS)和扩展服务 集(Extended Service Set,ESS)。通信站直接和无线媒质相关,可以是移动节点,也可以 是固定节点。BSS 是
5、WLAN 体系结构中的主要部分2。802.11 定义了两种类型的设备,一 种是无线站,通常是通过一台 PC 机器加上一块无线网络接口卡构成的,另一个称为无线接1本课题得到国家 863 计划项目(No.2006AA01Z246)和国家自然科学基金项目(60702005)的资助。- 7 -入点(Access Point, AP),它的作用是提供无线和有线网络之间的桥接。一个无线接入点通常由一个无线输出口和一个有线网络接口(802.3 接口)构成,桥接软件符合 802.1d 桥接协议。 接入点就像是无线网络的一个无线基站,将多个无线的接入站聚合到有线网络上。BSS 通 常可以看成是一个特殊的 AP。
6、有线局域网可以通过 AP 接入网络,也可以通过 AP 进行中 继。ESS 为 BSS 的集合,BSS 通过 AP 进行通信,使用者可于 ESS 上漫游及存取 BSS 中的 任何资料,其中 AP 必须设定相同的 ESSID 及 channel 才能允许漫游。图 1 列出了几种目前 定义的数据规范。表 1 802.11 协议族定义的数据规范数据传送率编码长度调制方式波串速率位数/波串1Mbps11(BS 串)BPSK1Msps12Mbps11(BS 串)QPSK1Msps25.5Mbps8(CCK)QPSK1.375Msps411Mbps8(CCK)QPSK1.375Msps82.2 WLAN M
7、AC 层技术802.11 的 MAC 和 802.3 协议的 MAC 类似,都是在一个共享媒体之上支持多个用户共 享资源,由发送者在发送数据前先进行网络的可用性。在 802.11 已经对 CSMA/CD 进行了 改进,采用了新的协议 CSMA/CA(Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance)或 者 DCF(Distributed Coordination Function)。 CSMA/CA 利用 ACK 信号来避免冲突的发生, 也就是说,只有当客户端收到网络上返回的 ACK 信号后才确认送出的数据已经正确到达目 的。CSMA
8、/CA 通过这种方式来提供无线的共享访问,这种显式的 ACK 机制在处理无线问 题时非常有效,但是增加了额外的负担。对于 802.11 无线 MAC 层存在隐终端问题。在两个相反的工作站利用一个 AP 点进行连 接时,这两个工作站都能够发现 AP 的存在,而互相之间则可能由于障碍或者距离原因无法 获知对方的存在。为解决这个问题,802.11 在 MAC 层上引入了一个新的 RTS/CTS 选项, 当这个选项打开后,一个发送工作站传送一个 RTS 信号,随后等待访问接入点回送 RTS 信 号,由于所有的网络中的工作站能够检测到访问接入点发出的信号,所以 CTS 能够让他们 停止传送数据,这样,发
9、送端可以发送数据并接受 ACK 信号而不会造成数据的冲突,可以 间接解决了隐终端问题。工作站按照规范对数据进行编码和解码,在 802.11 协议中,每一个在无线网络中传输 的数据报都被附加上了校验位以保证它在传送的时候没有出现错误。每个接收帧应该计算帧 校验序列(Frame Check Sequence,FCS),并对 MAC 帧头进行检查。每个工作站应当支持 鉴权,保密,数据发送的功能。IEEE 802.11 中使用的帧主要分为三类:控制帧,数据帧和 管理帧。控制帧可以用于改善 WLAN 的性能,共有 RTS, CTS, ACK, PS-Poll, CF-End, CF-End+CF-Ack
10、, Block AckReq, BlockAck 八种类型的控制帧。图 1 给出了基本的 RTS 帧结 构。图 1 IEEE 802.11 中的 RTS 帧结构在 RTS 帧中,FC 域包含了协议版本,功率控制,保护帧,后续分片指示等字段。RA 域为在无线媒质上接收数据或者管理的地址。TA 域为发送 RTS 帧的 STA 地址。FCS 包含 了 IEEE 32-bit 的 CRC 校验,生成多项式为:G( x) = x32 + x26 + x23 + x22 + x16 + x12 + x11 + x10 + x8 + x7 + x5 + x4 + x2 + x + 1(1)根据生成多项式构建
11、查询表,在接收端,将 FCS 初始设置为全 1,根据 FCS 和数据计算新 的 FCS 和(2)进行比较:x31 + x30 + x26 + x25 + x24 + x18 + x15 + x14 + x12 + x11 + x10 + x8 + x6 + x5 + x4 + x3 + x +1如果没有错误的话,计算出来的结果应当和(2)匹配,否则在传输中出现错误。(2)CTS 帧和 ACK 帧的格式采用同样格式,只是没有 TA 域。当 CTS 帧在 RTS 后发送时, CTS 帧的 RA 域为之前 RTS 帧的响应地址。当进行帧交换时,RA 域设为发送端的 MAC 地 址。2.3 基于分片的
12、握手协商机制对于大量数据传输的网络而言,通过包分片可以增强网络的灵活性。包分片的功能允许 大的数据报在传送的时候被分成较小的部分分批传送。在网络十分拥挤或者存在干扰的情况 下, 大数据报的传送非常容易遭到破坏,通过分片可以减少数据报被重传的概率,从而提高 无线网络的整体性能。在 MAC 子层负责将收到的被分片的大数据报进行重新组装,对于上 层协议这个分片的过程是完全透明的。在具有分片的网络环境下,RTS 帧在整个帧交换之前需要尝试预留资源,发送者在 RTS 帧结束前计算出帧所需要的时间。整个交换过程在图 2 中描述,可以看出,RTS 持续时间 需要三个 SIFS (short inter-fr
13、ame space),一个 CTS 和 ACK 持续时间,再加上发送帧或者 第一个分片的时间。持续时间的精度可以到微秒量级,发送需要的时间计算结束后放至 Duration 域。如果结果并非完整的微秒,则进行取整。和 RTS 类似,CTS 持续时间可以从 RTS 和 ACK 持续时间计算出来3。图 2 基于分片的 RTS/CTS 交互流程Duration in RTS = 3*SIFS + ACK + FrameDuration in CTS = Duration in RTS - CTS 1*SIFS对于分片网络的环境而言,ACK 的持续时间的计算方法和 RTS,CTS 不尽相同,ACK的持续
14、时间是和分片相关的。如果存在突发的分片,持续时间和 CTS 域的持续时间使用相 同,下一个分片的持续时间是结束下一个 ACK 的时间,ACK 的持续时间是分片的持续时 间再除去 ACK 和一个 SIFS 时间,否则,持续时间则为零。我们采用时间戳的方法,通过 比较接收到的数据报的时间和时间戳的差异计算出实际的网络延时。对于重传过程而言, 在发送时并不改变原有的时间戳,也就是说,数据报一旦发送,其时间戳就不再改变。这 样,在目的端 MAC 处理时可以方便的得到端到端延时。基于分片的 MAC 帧交换包含两个帧,一个是从发送端发出,到接收端的数据帧,另外 一个是从接收端发送回发送端的 ACK 帧。如
15、果远端没有收到一个确认,那么它需要通过监 听机制,在适当时机重新传送一个数据帧。为了防止无限制的反复重传,需要有最大重传数 量的限制,否则将会给系统带来额外的负担。由于 RTS/CTS 需要占用网络资源而增加了额 外的网络负担,对于小数据量的数据可以采用无 RTS/CTS 策略,而重传大数据报会耗费较 大,一般对于大数据报常常采用该机制。通过握手协商机制对于 MAC 层信道进行快速检测。如果工作站为桥接或者交换节点,并且本地不具有 AP 功能,那么任何从高层来的数 据报不会被接收。在接收到一个数据报时,AP 会检查是否目的工作站存在于 BSS 中。如果 存在的话,该数据报才会被广播给子网中的候
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 基于 IEEE80211 的扩展分布式协作握手分割 扩展 分布式 协作 握手 分割
链接地址:https://www.31doc.com/p-3626130.html