802.11 CCA和NAV機制


CSMA/CA節點接入

在CSMA/CA機制中,節點在接入信道前需要進行信道監聽。這里涉及到兩個階段:等待階段和退避階段。
等待階段:節點在競爭信道前需等待一段時間,在這段時間內信道必須一直保持空閑狀態;(不同的機制(例如DCF和EDCA機制)會有不同的規則,但是相同的是:在等待時間內需要一直進行**“信道空閑檢測”**)
退避階段:在等待階段的條件滿足后,節點會根據規則在競爭窗口CW中隨機選擇一個退避值進行退避,即backoff;(退避階段也需要每隔一個Slot時間進行一次“信道空閑檢測”,若空閑,則退避值減1;否則,懸掛退避值)
以上提到的“信道空閑檢測”就涉及物理載波偵聽(CCA機制)和虛擬載波偵聽(NAV機制),CCA機制又包括能量檢測ED和載波偵聽。

物理載波偵聽

在CSMA/CA中,CCA(Clear Channel Assessment)由能量檢測和載波檢測一起完成:
能量檢測(Energy Detection):是直接用物理層接收的能量來判斷是否有信號進行接入,若信號強度大於ED_threshold,則認為信道是忙,若小於ED_threshold,則認為信道是閑。同時該ED_threshold的設置與發送功率有關,比如發送功率大於100mW,那么ED_threhold約為-80dBm,發送功率在50mW至100mW之間,那么ED_threshold應該為-76dBm。不過至於具體的數值,需要查看其具體所對應版本的802.11協議。
載波偵聽(Carrier Sense):載波監聽的方法指的是用來識別802.11數據幀的物理層頭部(PLCP header)中的preamble部分。簡單的說,802.11中的preamble部分采用特定的序列所構造,該序列對於發送方和接收方都是已知的,其用來做幀同步以及符號同步。在實際監聽過程中,節點會不斷采樣信道信號,用其做自相關或者互相關運算,其中自相關在基於OFDM的802.11技術中常用,比如802.11a,而互相關在基於DSSS技術中常用,比如802.11b。與能量檢測類似,相關計算值需要與一個閾值進行判斷,若大於,則認為檢測到了一個信號,若小於則沒有檢測到。

網絡分配向量NAV

802.11 標准使用網絡分配向量( Network Allocation Vector—— NAV )實現虛擬偵聽。 MAC 幀中的 Dur/ID 字段中存放着的“持續時間” ,用於發射該幀的無線站點向監聽該無線信道的所有站點通告自己預估的“本次發射”持續時間。
請注意,由於在 802.11 中使用了多片連發、單幀等待確認等技術,所以“本次發射”的持續時間指標准規定的、不應當被中斷的、多片連發交互序列占用的總時間。
每個無線站點維護自身的 NAV變量,根據對無線介質的預計占用時間及時更新NAV,並將最新的NAV值放入待發送的Duration/ID字段,使當前的NAV值向全網通告自己根據CSMA/CA協議分配到的對無線媒介的占用時間。所有收到NAV的STAs則根據收到的幀中的Duration/ID字段來設置自己的NAV值。
關於RTS/CTS幀中的NAV機制回頭再補充。

信道空閑的條件

協議中規定,CCA同時采用ED和CS兩種檢測方式,且只要兩者檢測方式中,有一種判斷信道是busy的話,那么就認為信道是busy的,只有兩者都認為信道空閑時,那么再判斷虛擬載波監聽機制是否為0,以上條件都滿足時,那么才可以進行backoff倒數。

補充

在物理級中使用了信道空閑評估技術對物理信道進行偵聽,用以確定無線介質的當前占用狀態; MAC 層使用網絡分配向量實現虛擬偵聽。
幀中的 Duration/ID 字段中存放着的 “持續時間” ,用於發射該幀的無線站點向監聽該無線信道的所有站點通告自己預估的 “本次發射”持續時間。兩種載波偵聽的技術配合使用,適應了無線介質的特點,保證了載波偵聽的准確性。


原文鏈接:https://blog.csdn.net/qq_33307581/article/details/109063014


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