IEEE 802.11 & IEEE 802.11e

Wireless LAN: WiFi (IEEE 802.11)

1.IEEE 802.11:

定義了媒體存取控制層（MAC層）和物理層。物理層定義了工作在2.4GHz的ISM頻段上的兩種展頻作調頻方式和一種紅外傳輸的方式，總數據傳輸速率設計為2Mbit/s。兩個設備之間的通信可以設備到設備(ad hoc)的方式進行，也可以在基站(Base Station, BS)或者訪問點（Access Point，AP）的協調下進行。為了在不同的通訊環境下取得良好的通訊質量，採用 CSMA/CA (Carrier Sense Multi Access/Collision Avoidance)硬體溝通方式。

2.802.11 結構:

• BSS (Basic Service Set)和AP(Access Point):通常包含一個到多個無線工作站和一個中央基地台(AP,Access point)構成。一般家庭網路會使用一個AP和一台router將BBS連結到網際網路
• Association:自己的無線工作站建立一個自己和AP的虛擬線路,即你所結合的AP會傳送資料訊框到你的無線網路工作站,而自己的無線工作站只會經由該結合的AP傳送資料訊框到網際網路；當網路管理者安裝AP時，會指定一或兩個字的服務集合識別碼(Server Set Identifier;SSID)給該存取點

3. 802.11 MAC 協定: CSMA/CA, SIFS, DIFS, RTS/CTS (for Hidden Terminal Collision avoidance)

    802.11 制定了兩種媒體存取控制機制，分別是DCF(分散式協調機制)和PCF(集中式協調機制)，並利用CSMA/CA,來偵測頻道狀態，避免Collision的發生

1. CSMA/CA:每台工作站在傳輸前會先偵測通道,並在通道為忙碌狀態時抑制其傳輸
2. SIFS(short inter-frame spacing):當目的端工作站接收到一個通過CRC檢查的訊框時,它會等待一段短暫時間
3. DIFS(distributed inter-frame space):一開始工作站感測到通道是閒置的,它會在等待一段短暫時間後傳送該訊框,此時間為DISF
4. RTS/CTS:為解決隱藏終端問題的方法,IEEE802.11允許工作站使用RTS(request to send)控制訊框,和CTS(clear to send)控制訊框來預約通道的存取權

4. 802.11 Frame

訊框控制

期間值

address1

address2

address3

順序控制

address4

承載資料

CRC

4個address的功能分別是：

address 1：

存放wireless host的MAC address或是去接受這個frame的AP。

address 2：

存放wireless host的MAC address或是傳送(transmitting)這個frame的AP。

address 3：

address 3包括了這個router interface的MAC address。

address 4：

只有使用在ad hoc mode。

5. 同一IP網路下的移動(Mobility)

當多個BBS皆為子網路一部分時,行動性可以以相當直接方式處理,而當工作站在不同子網路之間移動,需要更複雜的行動性管理協定

6. Rate Adaption

7. Power Management: Energy, Power, Sleep/Wake mode

IEEE802.11對於QOS機制的缺失:

首先是DCF部分..
在原先802.11的機制當中，對於QOS(服務品質管理)是有很大的限制 
DCF 因為每個SAT都參照一樣的CWmin值，所以每個SAT對於Medium Access基本上都擁有相同的存取機會  所以其中無法對不同Traffic 進行分類

再者PCF....
802.11 利用PCF 支援 time bound service 遇到了兩個大問題
1. Unpredictable beacon delays
2. Unknow trasmission duration of the polles station

由於原定傳送Beacon 訊框的時間(Target Beacon Transmission Time, 簡稱TBTT) 可能恰巧有其他訊框正在傳送（媒介忙碌中），因此傳送Beacon 訊框的時間可能會被延後（必須等該訊框傳送結束且完成回覆工作後）。這使得此免競爭週期必須被迫縮短，縮短的時間就是Beacon 訊框被延後傳送的時間，如圖13-31所示。

 Beacon Delay 的最長時間計算： 最大的延遲時間發生在該訊框是一筆MSDU訊框且其長度大於aRTSThreshold 臨界值及aFragmentationThreshold 臨界值。此時最多會包含一個RTS 訊框，一個CTS 訊框，若干Fragment 訊框，而且每一個Fragment 訊框後面都跟著一個ACK 訊框。連續兩個訊框間則有一個SIFS 時間間隔。如果Beacon 訊框真的發生被延後傳送的情形，則在免競爭週期開始的第一個Beacon 訊框上之CFPDurRemaining 應該要仔細計算，以保證此免競爭週期可以在TBTT + aCFPMaxDuration 之前結束

另外一個問題是SAT 傳輸時間是無法準確預估的，因為在PC poll station 後 MSDU delivery 的時間不是嚴格掌握於PC之下，若SAT傳送的MSDU過長，則需要分成數個MPDU然後傳送，這樣會造成STA的Transmission 無法在預定的時間內結束(不會強迫結束)，壓縮其他SAT在CFP(競爭時間週期)和CP的傳輸時間，造成Thoughput下降，QOS效能不佳(單一點占用過多時間)

NAV:網路配置向量 802.11中利用NAV向量紀錄frame所大概需要的傳送時間並隨著RTS/CTS、ACK廣播出去 告知BSS中的SATS在此時間內不能傳送DATA，SAT隨時在偵測網路上頻道的佔用情形所以又稱虛擬載波偵測(virtual carry sence)

IEEE802.11e :
為了改善802.11的缺點，所以產生了對於time bound service 比較高支援的802.11e
802.11e提供hybrid coordination function (HCF)來support QOS
HCF為802.11e定義兩種存取模式
1. Contention-base channel access(EDCA or EDCF)
2. Controlled channel access(polling) (HCCA)

在原本DCF當中，SATs要等待channel idle 時間長達DIFS後個別產生backoff time(同時)
去競爭channel access 競爭是以sat為單位
然而在EDCF中是以AC(access categories)為單位，每一個sat中有4個AC，AC有各自的優先權參數CWmin、CWmax 經過各自AIFS時間後去產生各自的backoff time
AIFS=SIFS+AIFSN(AC)*aslottime    AIFSN=2.3......10
另外EDCF還有TXOP去限制SAT的傳送時間，紀錄在beacon中

802.11e HCCA 加強了原本PCF的功能，在原先802.11中 兩個時段排程是壁壘分明，傳完一段後接著開始另一時期的傳輸工作，802.11e允許HC在CP當中也可以隨時polling sat，收到cf-poll 的sat會收到hc傳來的txop-limit，此值會限制sat的傳送權，而之所以hc能夠在cp中poll sat 是因為當EDCF傳送完若干訊框後必須再等待至少DIFS的idle 時間才能再度獲得傳送權，而PIFS

reference : http://www.cs.nthu.edu.tw/~nfhuang/chap13.htm#13.1