Wi-Fi (Wireless Fidelity)

IEEE 802.11 CSMA/CA Hidden terminal SIFS、PIFS、DIFS、EIFS RTS/CTS Contention Window Hidden terminal

IEEE 802.11 在 1997 年由IEEE所訂定無線網路通信的標準。 最大傳輸速率為1 Gbps 使用跳頻展頻 (FHSS) 、直接序列展頻 (DSSS)、OFDMA MAC(Media Access Control)採用CSMA/CA

CSMA/CA (Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance) WiFi只有一個通道，因此兩個users同時使用會產生碰撞。 CSMA/CA協定主要使用兩種方法來避免碰撞： 會先檢測channel是否有人使用，若channel idle則依照傳送訊息的不同 而等待相對應的時間，此方法可以減少碰撞的機會。 RTS-CTS handshake

IFS (Inter-Frame Space) SIFS (Short IFS)：發送ACK、RTS、CTS前須等待SIFS的時間。 PIFS (PCF IFS)：發送CF-poll前須等待PIFS的時間。 DIFS (DCF IFS)：發送Data前須等待DIFS的時間。 EIFS (Extended IFS)：發送重傳前須等待EIFS的時間。

WiFi Channel 2.4 GHz頻段範圍內，總共有14 個channels，但每個AP只使用一個channel。 每隔5 MHz分隔成一個Channel，除了13與14 channel相隔12 MHz。 WiFi最常使用Channel為1、6、11。 Channel Center Frequency (GHz) 1 2.412 2 2.417 3 2.422 4 2.427 5 2.432 6 2.437 7 2.442 8 2.447 9 2.452 10 2.457 11 2.462 12 2.467 13 2.472 14 2.484 22MHz 2.4GHz WiFi頻道與頻寬示意圖

RTS-CTS handshake (1/3) CTS CTS CTS RTS CTS ACK Data SIFS SIFS CW SIFS NAV (CTS) CTS SIFS CTS CTS CW RTS CTS ACK SIFS Data DIFS NAV (RTS) NAV (CTS) SIFS

RTS-CTS Hidden Terminals (2/3) SIFS NAV (CTS) CTS SIFS CTS CTS CW SIFS CW SIFS RTS NAV (RTS) SIFS SIFS CTS CW CW

RTS-CTS handshake (3/3) 傳送訊框前，會先送出一個RTS(Request to Send)訊框，接收端收到RTS訊框後，會間隔SIFS的時間後送出允許傳送CTS(Clear to Send)訊框，利用RTS-CTS握手(handshake)程序，確保接下來傳送資料時不會被碰撞。

RTS Header 2 6 4 bytes 2 4 1 bits 00 01 1011 https://hk.saowen.com/a/005a616499ce37b7783dd24107717de0834c08ebe7a0a2caca582b8094085af4 Protocol Version : 802.11 標準版本，目前值為 00。 Type and Subtype : 在此Type定義的有三種:Data(00)、Control(01)、Management(10)，SubType若為RTS為1011，CTS為1100 。 To DS : 若為 1 表示此 Data 訊框（包括廣播或群播訊框）要傳送給分散式系統。若為其他種類的訊框，則其值應為 0。 From DS : 此旗標值為 1 表示此 Data 訊框（包括廣播或群播訊框）是由分散式系統傳送下來。若為其他種類的訊框，則其值應為 0。To DS 與 From DS之組合有四種，期代表意義如表13-2 所示。 More Fragments : 此旗標值為 1 表示還有資料需要傳送。 Retry : 此旗標值為 1 表示此為重送之訊框。 Power Management : 用來顯示電源管理模式。其值為 1 表示此Station處於省電模式，其值為 0 表示此Station處於正常模式。所有由 AP 傳送的訊框上此值都必須為 0。 More Data : 表示是否Station是否還有資料要傳，若還有其值為1。 WEP : 此值為 1 表示此訊框已經過 WEP 演算法處理過。 Order : 此旗標值為 1 表示此 Data 訊框經由嚴格依序服務等級 (Strictly-Ordered service class) 來傳送。若為其他的訊框，則其值應為 0。

NAV duration計算 2 6 4 bytes SIFS : 9 us DIFS : SIFS+2 slot time NAV(RTS) : 2SIFS+DIFS+CTS+Data+ACK NAV(CTS) : SIFS+DIFS+Data+ACK

虛擬載波偵測 (Virtual Carrier Sense) 因為WiFi使用Ethernet的Carrier Sense會產生Hidden Terminals。 虛擬載波偵測是利用一個NAV (Net Allocation Vector)這一個向量記 錄著host 須要多久的時間來完成傳送data，而使其它的 host 根據 這資訊能夠知道channel 目前是否忙碌。 傳送端使用RTS header的NAV告訴附近的節點傳送端所需的傳送時 間。 利用CTS 送control frame時，在CTS frame中會夾帶著一個傳送端預 定傳送data 所需時間的欄位，而當別的host 看到傳送端送出的接 收端送出的CTS 訊框時，就會將傳送端所需的傳送時間紀錄下來， 如此一來，時間未歸零前，就表示目前不能夠傳送任何訊框，因 為channel 是正被使用中的。

Contention Window (1/2) Contention Window：競爭窗口是用來讓節點選擇隨機回退計數值 （backoff counter）的範圍。 Slot Time：在CSMA/CA中等待玩SIFS的時間後，還需抽取一段 Backoff等待的時間，Backoff是由多個slot time所組成的。

Contention Window (2/2)

Wi-Fi 通訊協定 頻率 特色 最高資料傳輸率 802.11 2.4 GHZ FHSS/DSSS 2 Mbps 802.11a 5 GHZ OFDM 54 Mbps 802.11b HR-DSSS 11 Mbps 802.11g 802.11n 2.4/5 GHZ 600 Mbps 802.11ac 256-QAM 6.93 GbpS