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1、网络通信原理 （六） 2014级 研究生课程,2020年10月,1,SCUT DT BSS中的AP收到该查询请求后,返回确认信息：MLME-SCAN. confirm,提供STA接入所需的有关参数; STA根据BSS的信息，选择加入合适BSS; 进行人工或自动的认证等操作,完成加入某个BSS的操作过程。,华南理工大学,2020年10月,59,SCUT DT 收到目的节点的确认帧CTS帧后才发送数据。 使用RTS、CTS帧会增加信令的开销，通常当数据帧超过一定长度时，才会采用使用申请预留资源的方式。,华南理工大学,2020年10月,61,SCUT DT NAV实际是本地的一个计数器,它通过RTS
2、/CTS/DATA等帧的MAC帧头的持续时间域的值,记录它的邻居将会持续占用信道的时间; 站点可根据获得的值来设置NAV,然后开始递减计数,当NAV值大于零时,说明其当前发送的邻居还没传输完; 当其NAV值减小到零时,说明其邻居已经传输完毕,信道将变空闲。 站点并没有实际在监听信道，所以称为虚拟载波监听。,华南理工大学,2020年10月,67,SCUT DT 在PLCP子层中有一个专门进行信道检测的模块，叫载波侦听及空闲信道检测(CS/CCA)模块,通过检测信道的能量来判断信道是否空闲; 当检测到信道的能量超过某个门限时，则认为信道忙； 反之则认为信道空闲。 MAC层的虚拟载波侦听与物理层的载
3、波侦听的结合，构成了802.11带冲突避免的载波侦听多址接入（CSMA/CA）的工作机制。,华南理工大学,2020年10月,68,SCUT DT MBSS的对等互连管理是Mesh中实现MAC帧多跳传输的基础。 (3)Mesh安全(Mesh security)： 定义了在Mesh网中两个对等的STA间，如何通过共享的一对密钥构建链接认证的安全机制。,华南理工大学,2020年10月,71,SCUT DT 信标帧中包含的信息： MBSS的标识(ID) 信道配置等有关的信息 以支持Mesh网的发现，STA的功率管理以及同步等操作。 信标的同步功能可以减少Mesh STA设法获取传输媒体时的冲突,提高信
4、道的使用效率。,华南理工大学,2020年10月,72,SCUT DT 浅休眠模式(light sleep mode)：该模式下的Mesh STA将交替地处在清醒与睡眠状态(doze state),保持监听对等STA发出的信标(beacon)； 深休眠模式(deep sleep mode：该模式下的Mesh STA也将交替地处在清醒与睡眠状态；此时STA可以选择不监听对等STA发出的信标。 一个要改变自身工作模式Mesh STA会向对等的STA发出相应的通告信息，STA点可通过跟踪这些模式变更信息的跟踪相邻STA的状态。,华南理工大学,2020年10月,74,SCUT DT 在信道空闲的时刻向B
5、SS中的所有STA发布有关切换的公告。,华南理工大学,2020年10月,76,SCUT DT 主要定义了如何在Mesh环境下进行频道切换信息的发布和传递，以及Mesh STA在接到切换信息时应如何根据自身的条件作出反应，使得MBSS中的STA能够转移到新的频道上。 切换操作： 当一个Mesh STA要切换到新的频道上时，应该通知对等(peer)的所有Mesh STA，包括处于休眠状态下的Mesh STA。 Mesh STA在收到MBSS内的其他STA发来的频道切换通告时，根据自身的状况和条件等，可以有三种选择： 切换 不切换 选择加入到其他的MBSS系统中。,华南理工大学,2020年10月,7
6、7,SCUT DT 为实现在Mesh网中定义的工作复杂的信息传递过程，在MAC层的帧中引入除原来源地址和目的地址之外的多地址帧结构的方式。 (9)Mesh路径选择与帧转发： 传统的LAN，各个STA间或者是向以太网方式下一跳可达的链路；或者是令牌环状的链接方式，网络中没有路由问题。 在Mesh模式下的WLAN,STA间存在着需要经多跳方可达到目的节点的情况,且多跳的路径往往不是唯一的，因此需要定义帧在传输过程中的路径选择机制和转发方式。 混合无线Mesh网协议(HWMP)定义了在Mesh网中如何实现反应式(Reactive)的和先应式(Proactive)的路径（Path）选择选择机制。,华南
7、理工大学,2020年10月,78,SCUT DT 一个Mesh STA收到PREQ时,将生成或更新一个路径信息报文返回给源Mesh STA，同时向其相邻的对等Mesh STA转发PREQ; 在转发PREQ时将更新路径度量值，新的路径度量值反映当前Mesh STA到源Mesh STA路径度量的累加值; 每个Mesh STA可根据PREQ中的协议序列号的新旧来确定是否进行转发，以避免循环的重复发送。,华南理工大学,2020年10月,79,SCUT DT 最终Proactive PREQ可传遍特定MBSS中的每个Mesh STA，形成一个树状的传播路径。,华南理工大学,2020年10月,81,SCU
8、T DT Mesh网关可以在MBSS内通过发布网关公告(Gate Announcement)帧使得MBSS中的Mesh STA了解Mesh网关的存在; Mesh网关可利用先应式路径选择方式建立一个以网关为根节点的最佳传输路径树; 分布系统：一种可实现多个BSS互联互通的抽象组件，其中的各个BSS(包括IBSS和/或MBSS)之间，被某种逻辑上的无线媒体WM, DSM(Distribution System Medium)所分隔。,华南理工大学,2020年10月,83,SCUT DT 当CTS帧的作用范围可同时达到STA3时，STA3可从CTS帧中获取STA2将接收来自其他站点数据的持续时间，因
9、此在该时间段内，STA3会保持静默，由此可解决隐藏节点问题。,5、IEEE802.16协议规范与无线城域网,6. 计算机接入网,华南理工大学,2020年10月,89,SCUT DT具有业务要传输的SS节点首先需要向作为控制中心的Mesh BS节点申请传输的资源，由BS统一对传输资源进行调度管理; 只有获得传输授权的节点，才能在特定的时间段内发送数据: 工作情形：每个SS的通信过程不是通过BS向外部网络发送数据，就是通过BS接收外部网络的数据。SS与SS之间不能够直接通信。 集中式调度方式可以根据整个网络的情况来对资源的分配进行综合的考虑，统一地安排传输信道和时隙的分配。从理论上来说，集中式的调
10、度可达到资源分配的全局最优。,华南理工大学,2020年10月,125,SCUT DT&P Labs Copyright,6. 计算机接入网,802.16的Mesh工作模式 （1）集中式调度方式(续)： 集中式的资源调度一般是一个周期性的循环过程，每个周期通常包含两个阶段： 第一个阶段：各个节点上报传输的需求，由Mesh BS对传输的需求和资源分析计算后，进行下达分配； 第二个阶段：各个SS节点按照分配的信道和传输时隙开始发送或者接收数据。 每个周期完成一次资源的调度分配和数据收发，然后又重新开始下一个循环周期，由此保证系统周而复始地有序工作。,华南理工大学,2020年10月,126,SCUT
11、DT&P Labs Copyright,6. 计算机接入网,802.16的Mesh工作模式 （2）分布式调度方式：采用分布式调度的802.16Mesh网呈现一种网状的结构，传输资源的调度可以由BS集中进行控制，也可以由SS间通过协商进行分布式控制。 无论采用何种方式，每个SS也是需要得到BS的传输授权或者通过协商得到传输机会之后，才能够发送数据。 在采用分布式调度方式时，网络中的各个节点的地位都是平等的，SS节点之间可以直接通信。 某个节点传输信道的获得通过与相邻的节点协商来实现，分布式调度可以规避因为某个节点（如Mesh BS）的失效导致整个网络的崩溃的风险。,华南理工大学,2020年10月
12、,127,SCUT DT&P Labs Copyright,6. 计算机接入网,802.16的Mesh工作模式 802.16 Mesh网结构形式 （a）集中式调度时的系统结构 （b）分布式调度时的系统结构,华南理工大学,2020年10月,128,SCUT DT&P Labs Copyright,6. 计算机接入网,802.16 Mesh的帧结构,华南理工大学,2020年10月,129,SCUT DT&P Labs Copyright,6. 计算机接入网,802.16 Mesh的帧结构 每个帧均以一个控制子帧开始，紧跟其后的是数据子帧，控制子帧有两类： 网络控制子帧 调度控制子帧控制子帧中包含了
13、实现网络控制和资源调度的各种消息，具体包括（1）网络接入消息 MSH-NENT：由期望加入网络的新节点产生，在网络控制子帧的第一个微时隙中发送。该消息包括：节点的入网请求请求节点的MAC地址期望协助新节点接入网络的支撑节点的ID发射的功率选用的天线的方向，等等。在发送MSH-NENT消息时，因节点尚未分配网络提供的节点ID，因此此时使用全0的临时节点ID作为本节点的ID。,华南理工大学,2020年10月,130,SCUT DT&P Labs Copyright,6. 计算机接入网,802.16 Mesh的帧结构 新节点之间必须通过竞争获取某个网络接入时隙；多个新节点如同时发送MSH-NENT消
14、息则会发生碰撞；可采用回退算法来避免下次申请接入时再次发生碰撞。 （2）网络配置消息MSH-NCFG：Mesh网络中的所有节点都会发送MSH-NCFG消息，该消息中包含的信息包括：节点的邻居数目联系的基站数目发射功率使用的天线的方向所在网络使用的基本信道发送MSH-NCFG消息的数目当前帧的帧号网络控制时隙号、同步跳数、MSH-NCFG本身的调度信息（即该节点何时可以再发送该消息）,华南理工大学,2020年10月,131,SCUT DT&P Labs Copyright,6. 计算机接入网,802.16 Mesh的帧结构 （2）网络配置消息MSH-NCFG（续）：基站的ID距离基站的跳数邻居节
15、点的ID邻居节点的物理描述和网络其他描述信息，等等。 各个节点发送MSH-NCFG消息的时刻是需要通过时隙的协商调度获得的，有避免冲突的具体调度算法。,华南理工大学,2020年10月,132,SCUT DT&P Labs Copyright,6. 计算机接入网,802.16 Mesh的帧结构 （3）集中式调度配置消息MSH-CSCF：在集中式调度配置消息中，包含了以Mesh BS为根节点的调度树结构信息。在传输具体的传输资源分配信息之前，Mesh BS首先会发送调度配置信息MSH-CSCF，BS首先向它的所有邻居节点（一级子节点）广播MSH-CSCF消息；邻居节点再向其子节点转发此消息。由此所
16、有节点可获得调度树的结构，以便于集中式调度消息MSH-CSCH的发布。,华南理工大学,2020年10月,133,SCUT DT&P Labs Copyright,6. 计算机接入网,802.16 Mesh的帧结构 （4）集中式调度消息MSH-CSCH：Mesh BS会定期收集各节点上报的进出Mesh网的传输需求，当获得所有节点的带宽请求后，根据特定的算法计算传输资源的配置。然后发送相应的集中式调度消息MSH-CSCH，当整个网络的所有节点都收到该消息后，集中式调度配置完成，节点可以开始传输数据。传输资源的具体配置方法，一般由设备生产商设计，在协议中并没有规定。发送调度信息的周期由发送调度消息和收集带宽请求的时间共同决定 。,华南理工大学,2020年10月,134,SCUT DT&P Labs Copyright,6. 计算机接入网,802.16 Mesh的帧结构 （5）分布式调度消息MSH-DSCH：在802.16定义的Mesh网中，除了支持由BS决定的集中调度控制外，还支持由非BS节点间的分布式调度。在分布式调度中，节点可通过发送MS
