保护机制：避免无线混合网络冲突

兴宁528 · 发表于 2012/3/2 17:35

2003年6月12日，IEEE正式通过了802.11g draft 8.2，使之成为正式标准。在正式标准中，原本位于11g 草案6.1版附录E中的在混合环境下(11b＋g)采用保护机制的指导性的建议，被加入到了正式标准第9.10节，成为了标准的一个组成部分。 那么，什么是保护机制呢？其实，所谓的保护机制并不是新的技术，它只是采用CTS/RTS来避免冲突的一种方法。早在802.11的规范内，就已经定义了CTS/RTS，只不过在802.11/11b中，这只是作为一个可选项，并不一定需要。各个厂商也往往在其产品中，默认不启用这种机制。 CTS/RTS全称Clear to send/Request to send，是两种特殊的管理数据帧，并不承载数据。当启用CTS/RTS时，每个WLAN节点，在获得了媒介使用权后要发送数据之前，都要发送CTS，宣告自己将要占用媒介一段时间x，所有听到这个宣告的WLAN节点，无论媒介中是否真正有数据在发送，都会静候x时间，以避免冲突。当AP收到CTS的时候，会发送RTS，再次通知其管辖范围内的所有节点，媒体将要被占用x时间。 采用了CTS/RTS机制的好处是，避免了WLAN中的冲突。因为冲突会导致数据包的丢失，丢失数据的节点需要重发数据包，这还可能引致下一轮冲突，从而严重影响到网络的运行效率。CTS/RTS的另外一个好处是解决了隐藏节点的问题，从而进一步减小了发生冲突的可能性。 不过，CTS/RTS机制也给网络的运行带来了额外的开销，因为每发送一个数据包之前都要发送额外的两个管理数据包，虽然这两个数据包都比较小，但也给原本就不快的无线网络增加了很多负担。当网络中传输的是数量众多但尺寸都很小的数据包的时候，这种额外的负担就变得尤其沉重，甚至会使得网络运行效率下降到原先的1/3！ 有鉴于此，CTS/RTS在传统的802.11b网络中，只是作为一个可选项，并且可以设定一个阈值，当数据包的大小超过这个阈值时，才使用CTS/RTS。 在802.11b＋g的混合网络中，为什么要使用保护机制呢？我们知道，802.11g采用的是CCK/OFDM的调制方式，传输数据时采用OFDM以实现其高达54Mbps的速率，而802.11b则是使用CCK编码来调制的。因此，在802.11g的网络中，11g的节点可以听懂11b节点，知道11b节点正在发送数据；但是11g节点发送数据时是采用OFDM方式，11b节点并不知道。因此，11g节点在发送数据时，11b节点会以为网络空闲，也发送数据，造成冲突和数据丢失，影响到网络性能。在发送正式数据之前，用11b和11g节点都懂的CCK来发送CTS/RTS来宣告网络占用，可以避免冲突的发生。 打个比方来说明这个问题，假设在一个圆桌会议(WLAN)上，有两个国家的代表，英国代表（11b）和阿拉伯代表(11g)，一个时间只能有一个代表发言，如果有两个代表发言，则没人能听清任何代表的发言（这说明不能冲突的机制）。为了保证不冲突，会议规定每位代表发言前，必须首先告诉大家，自己将发言多少时间(NAV)，那么在接下去的时间内，其他代表都会静候这段时间（VCS机制）。会场上的英国代表只会说英语(CCK)，而阿拉伯代表则懂双语——阿拉伯语(OFDM)和英语(CCK)。阿拉伯语(OFDM)是一种说起来非常快的语言，可以比英语快4倍，因此为了提高效率，特别要求阿拉伯代表在正式发表长篇大论的时候必须说阿拉伯语（OFDM）。可是阿拉伯代表告诉大家自己要发言多少时间也用的是阿拉伯语(OFDM)，英国代表(11b)不懂，怎么办？因此会场制订了一个规则（保护机制），规定所有的代表发言之前，都要首先用英语(CCK)发布一个宣告(CTS)，告诉与会代表他将要发言的时间。这个宣告往往还会由会议主持人重复一遍(RTS)，因为他有麦克风，可以传到会场的每个角落，不会有任何代表听不到。 采用了保护机制之后，11b和g混合网络中的冲突问题就得到了解决。这就是为什么11g标准定稿会把这个保护机制添加在其中的原因。早在802.11g正式标准发表之前，Intersil 在其11g芯片中就已经采用了Nitro技术，已经包含了这种保护机制。因此，使用Intersil Prism GT芯片组的SMC Networks 的g系列产品也早在今年5月就已经支持了这种保护机制。