保护机制隐藏节点和OBSS

1.WLAN的保护机制通信保护功能主要解决IEEE802.11协议向后兼容所带来的共存问题，避免低级别设备无法正确识别某些帧格式而不能正确延时，破坏通信过程的完整性。保护机制就是确保可能的干扰者延迟发射。保护机制带来了开销，只有需要时才使用。主要的不识别有：802.11b设备（2.4GHz上的DSSS包）无法识别802.11g等2.4GHz上的OFDM格式，无法正确延时，在802.11g设备传输数据时，802.11b设备也进行了传输，破坏数据传输过程；802.11g等设备无法识别HT绿野格式PPDU；传统站点无法及时解调出RIFS(短帧间间隔)突发序列；目前协议中规定的三种保护方式RTS/CTS、CTS-to-Self以及L-SIGTXOP机制.通过控制帧的交互过程为802.11n通信过程预约信道占用时间,避免其他低级别802.11设备破坏通信过程完整性。(1)RTS/CTSRTS/CTS机制设计之初是为了解决WLAN网络中的隐藏终端问题,其工作原理是在数据报文发送之前加入一次RTS与CTS报文的交互过程。发送端在发送数据报文前发送一个RTS报文试图占用信道资源,再由接收端回应一个CTS报文通知网络中的所有站点(包括隐藏终端)信道已经被占用并且标识出信道占用时间。IEEE802.11n保护机制把RTS/CTS方式作为一种基本的保护方式来应用，RTS和CTS使用基本速率传输，是最强健的保护。a）存在802.11b站点时，使用DSSS格式RTS/CTS保护OFDM帧。但由于高的开销，更可能使用CTS-to-Self机制保护b）存在802.11a或802.11g设备时，传统格式发RTS/CTS保护HT绿野格式和RIFS突发序列(2)CTS-to-Self与RTS/CTS方式相比,CTS-to-Self要求无线终端在发送数据报文前向自己信号覆盖范围内的所有终端发送CTS报文（RA地址设为自己的MAC地址）来申请信道，省去了报文交互过程。这样做无疑会减少带宽开销,但对于隐藏站点问题却不能完美地解决。一般仅用于802.11b设备存在时。(3)L-SIGTXOP传统信号传输机会当802.11n报文格式为HT-MF(HT混合模式)时,长度子域与速率子域用于控制非11n终端传输延迟,使其与HTPPDU长度相对应。使用HT-MF格式报文前缀时,HT报文头中传统OFDM信号域(L-SIG)中速率子域通常会被设置成6Mbps，而长度子域通常会包含一个与剩余PPDU长度相对应的时间值。这就是所谓的“物理层欺骗”。L-SIG中的长度子域会要求传统无线终端在这段时间后才可以尝试抢占信道资源,而11n设备将在这段时间内完成剩余PPDU传输。IEEE802.11nL-SIGTXOP保护方式通过“物理层欺骗”完成对11n通信的保护过程。2.WLAN的隐藏节点问题IEEE802.11使用时分复用机制，某一时刻只有一个终端或AP能发送数据，此时其他终端和AP均处于空闲监听状态。这就要求同频AP间或同一AP不同终端间能够监听到对方状态，从而避免同一时间发起数据传输请求而造成冲突。但是，在建设过程中，由于AP覆盖范围过大或建筑物阻挡，AP或终端间可能无法监听到对方状态，因为同时发送数据产生冲突而导致无法解码，就出现了WLAN隐藏节点问题。802.11协议定义了RTS/CTS机制来解决隐藏节点冲突问题。（1）同一AP下的终端间不可见区域内关联的终端由于距离较远或者屏蔽较重而互相监测不到信号收发，终端1在向AP发送数据时，终端3也可能因为监测不到终端1的发射信号而同时向AP发送数据，这时在AP侧接收无线信号便形成冲突。（2）同频不可见AP间存在重叠覆盖同频AP间因连接定向天线或者阻挡不能监测彼此信号，且存在交叉覆盖范围时，在交叉覆盖范围内有终端上网时，同频AP也互为隐藏节点。两个AP存在交叉覆盖区域，但AP间无法监测到彼此的信号。而同时向终端发送数据，在终端侧形成冲突。(3)RTS/CTS机制来解决隐藏节点如终端1欲向AP发送数据，必先发送RTS帧提醒AP，随后AP应答CTS，阻止在AP覆盖范围内的所有站点发送数据（但不包括终端1）。当终端2收到CTS后，不再发送数据而避免了冲突，即：在AP周围的所有终端中，只有终端1能发送数据，这样就有效避免了隐藏节点的问题。3．WLAN的OBSSOBSS指的是AP间频带相同或部分重叠，覆盖范围又有重叠。主要考虑的是减小干扰使得吞吐量尽可能的大。OBSS中可能会有同一AP下不同终端互为隐藏节点问题，也可能AP与AP互为隐藏节点。也有可能有传统设备，有其无法识别解调出的帧格式，需要进行保护。（1）AP建立BSS前，进行OBSS扫描，扫描已有BSS，小心选择信道，避免其他BSS使用的信道（2）BSS建立后，检测到有新的BSS操作在辅信道上，改变信道或信道宽度应用场景：AP检测到相邻BSSs在主信道或辅信道上大量通信，可以将BSS移到通信量较小的信道对上，和/或操作在窄信道上流程：AP决定是否切换信道，AP将选所有连接站点都支持的新信道，AP使用信标帧或探测响应帧中的Extendchannelswitchannouncementelement通知连接站点在将来某时刻要移到新信道上或会改变操作带宽宽度，也可以发送一个或多个包含Extendchannelswitchannouncementelement的Extendchannelswitchannouncementframe使用的帧：信标帧或探测响应帧或Extendchannelswitchannouncementframe信道切换时，AP通过设置channelswitchmodefield为1强制BSS中的站点停止传输。缺点：强制停止传输，若在OFDMA下信道切换，正在传输的可能不止一个站点，切换前，停止传输，业务中断；切换信道后，重新进行资源分配（3）分相共存操作（PCO）AP控制20MHz相和40MHz相分阶段运行，PCO是802.11n的可选项，802.11ac没有把它扩展使用VHT帧或大于40MHz的信道应用场景：PCO使得一个20/40MHzBSS可以在主信道和辅信道上都有相邻20MHzBSS的情况下仍可运行缺点:开销和可能的实时服务中断时域：预留时间，时间共享信道频域：BSS间都切换到窄带，频谱共享功率调整：天线MU-RTSCTS-MAP1STA123CTS-MSTAsinBSS1AP1STA123M-BASTA123STA5AP2STA5BAPrimary20MHzPrimary20MHzFrameControlTADurationFCSRA1RA1…RIRAn