初探802.11协议——开篇(PCF/DCF与CSMA/CA机制)

Posted 2023-02-28 Chris_166

上篇《初探802.11协议(0)——开篇(IEEE802.11历史与Wi-Fi速率计算)》已经简介了IEEE802.11的发版史和Wi-Fi速率如何计算。本篇介绍Wi-Fi传输的常见工作模式与机制。

1. 传统的媒介访问机制

为了避免多个无线设备同时访问共享媒介而产生碰撞，早期的802.11(802.11-2007)中指定了DCF和PCF两种媒介的访问机制。

• DCF(distributed coordination function )：分布式协调功能。

DCF: A class of coordination function where the same coordination function logic is active in every station (STA) in the basic service set (BSS) whenever the network is in operation.
DCF通过CSMA/CA(Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance，载波侦听多路访问/冲突避免)机制，为异步数据传输提供分布式的基于竞争的信道访问，使得AP下的各个STA对于无线资源的使用机会是均等的； 目前大多数AP/STA都是采用这种模式，是一种强制标准。为了对实时业务提供 QoS，标准在 DCF 基础上做了许多基于优先级区分机制的改进(即HCF，混合协调功能)。

• PCF(point coordination function)：点协调功能，有的地方也称之为集中协调功能。怎么翻译也不重要了，在《802.11-2016》的spec里就说要弃用了，在后面的spec版本里可能会直接移除。

《802.11-2016》：The PCF mechanism is obsolete. Consequently, this subclause might be removed in a later revision of the standard.
PCF 是一种可选标准，大多数的无线网络产品不支持 PCF。PCF开始引入无竞争服务来试着对实时业务提供QoS支持，虽然 PCF 具有面向连接的特点，更适于为交互式实时应用提供严格的参数化的 QoS 保证，但PCF不能区分业务类型和业务源，因此它不知道哪个站点有长的实时业务队列，哪个站点只是非实时业务队列，而且其实现起来效率过低且过于复杂，故在实际产品中一般不被使用

• 在802.11e之后，为了提升QoS能力，又对传统的DCF机制进行了优化引入了EDCA，HCCA等，后面在专门介绍802.11e QoS部分再来分析，作为开篇只介绍DCF。
  

2. DCF与CSMA/CA

《CWNA®Certified Wireless Network Administrator Official Study Guide Third Edition》：
CS(Carrier Sense)：载波侦听，用来检测传输媒介是否繁忙；
MA(Multiple Access)：多路访问，用来确保每一个无线终端可以进行公平的媒介访问，但每次只能有一个终端传输；
CA(Collision Avoidance)：冲突避免，在指定时间内只有一个无线终端可以得到媒介访问能力，希望借此避免冲突

本篇不对CSMA/CD(Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection，载波侦听多路访问/冲突检测)和CSMA/CA(Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance，载波侦听多路访问/冲突避免)做详细说明，可自行搜索。

先通过如下问题来引入"DCF与CSMA/CA的存在意义"。

Q：为什么以太网用CSMA/CD，而Wi-Fi却要使用CSMA/CA呢？
A：通过对比这两种方式的异同点即可得知原因。
1.相同点：通信终端在开始传输前必须先侦听是否有其他设备在传输，如果有，则会先等其他设备传输，直到传输媒介空闲；
2.差异点：以太网的终端在传输时发生了冲突是可以检测到的，检测冲突并暂停传输；而Wi-Fi终端采用的射频媒介是半双工的，即没有同时进行传输和接收的能力，所以无法在传输时检测冲突，进而就只能CA(冲突避免)。CSMA/CA机制减少了冲突，DCF利用其多重制衡机制又做了进一步的减少。

2.1 CSMA/CA机制

2.1.1 IFS

2.2 DCF

=待续TODO===

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[参考]
1.《IEEE 802.11-2016
IEEE Standard for Information technology–Telecommunications and information exchange between systems Local and metropolitan area networks–Specific requirements - Part 11: Wireless LAN Medium Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY) Specifications》
2. 《 CWNA®Certified Wireless Network Administrator Official Study Guide Third Edition》