8.管理操作

1.管理结构

802.11管理结构由三个组件组成:MAC层管理实体(MLME),物理层管理实体(PLME),以及系统管理实体(SME)。
SME是用户和设备驱动程序跟802.11网络接口交互取得状态信息的方向。

2.扫描

在所在区域内识别现有网络的过程称为扫描。
BSSID

  工作站可以针对所要加入的特定网络进行扫描,或者扫描允许改工作站加入的所有网络。
  在移动时将BSSID设为broadcast,会将该地区所有的BSS涵盖砸内。

SSID

  是用来指定某个扩展服务集的字符串大部分的产品会将SSID视为网络名词,因此此位字符串通常会被设定为人们易于识别的字符串。

ScanType

  主动扫描会主动传送Probe Request帧以识别该区有哪些网络存在。被动扫描则是被动聆听beacon帧以节省电池的电力。

Chanlist

  信道列表

ProbeDelay

  为了避免工作站一直等不到Probe Response帧而设定的延时定时器。用来防止某个闲置的信道让整个过程停止。

MinChannelTime与MaxChannelTime

  以TU(单位时间)来指定这两个值,意指扫描每个特定信道时所使用的的最小与最大的时间量。

3.被动扫描

被动扫描可以节省电池的电力,因为不需要传送任何信号。工作站会在信道列表所列的各个信道之间不断的切换并静候beacon帧的到来。所受的任何帧都会被暂时存起来,以便取出传递这些帧的BSS的相关数据。
在被动扫描的过程中,工作站会在信道间不断切换并且会记录来自所收到的任何beacon的信息。beacon在设计上是为了让工作站知道加入某个基本服务集(BSS)所需要的参数以便进行通信。在图8-2中,通过聆听来自前三个接入点的beacon帧,移动式工作站以被动扫描找出该区域所有的BSS。如果该工作站并未收到来自第四个接入点的beacon,就会汇报只发现了三个BSS。

4.主动扫描

在每个信道上,工作站都会发出Probe Requset帧来请求某个特定网络予以响应。主动扫描是主动试图寻找网络,而不是听候网络声明本身的存在。使用主动扫描的工作站将会以如下的过程扫描信道列表所列的每个信道:

  1.跳到某个信道,然后等待来帧指示或者等到ProbeDelay定时器超时。如果在这个信道收得到帧,就证明该信道有人使用,因此可以加以探测。此定时器可以用来防止某个 闲置信道让整个过程停止,因为工作站不会一直等待帧的到来。
  2.利用基本的DCF访问过程取得的媒介使用权,然后送出一个Probe Requset帧。
  3.至少等待一段时间最短的信道时间(Min Channel Time)
    a.如果媒介并不忙碌,表示没有网络存在,因此可以跳至下一个信道
    b.如果在Min Channel Time这段时间媒介非常繁忙,就继续等待一段时间,直到最长的信道时间(Max Channel Time)超时,然后处理任何的Probe Response帧。

当网络收到搜寻其所属的扩展服务集的Probe Requset,就会发出Probe Response帧。
Probe Request帧中可以使用broadcast SSID,如此一来,该去所以的802.11网络都会以Probe Response加以响应。

每个BSS中必须至少有一个工作站负责响应Probe Requset。传送上一个beacon帧的工作站也必须负责传送必要的Probe Response帧,在基础结构型网络里,是由接入点负责传送beacon帧,因此他也必须负责响应以Probe Requset在该区搜寻网络的工作站。在IBSS中,工作站彼此轮流负责传送Beacon帧,因此负责传送Probe Response的工作站会经常改变。Probe Response属于单播管理帧,因此必须符合MAC的肯定确认规范。

单一的Probe Resquset导致多个Probe Response被传送的情况十分常见。扫描过程的目的在于找出工作站可以加入的所有基本能服务区有因此一个broadcast(广播式)Probe Resquset会收到范围内所有接入点的响应。各独立型BSS之间如果相互重叠,也会予以响应。

5.扫描报告

扫描结束后会产生一份扫描报告。这份报告列出了该此扫描所发现的所有BSS及其相关参数。进行扫描的工作站可以利用这份完整的参数列表来加入其所发现的任何网络。除了BSSID、SSID以及BSSType,这些参数还包括:

Beacon interval(信标间隔;整数值)

每个BSS均可在自己的指定间隔(以TU为单位)传送Beacon帧

DTIM period(DTIM周期;整数值)

DTIM帧属于省电(power-saving)机制的一部分。

Timing parameter(定时参数)

有两个字段可让工作站的定时器与BSS所使用的定时器同步。Timestamp字段代表扫描工作站所收到的定时值,另一个字段则是让工作站能够匹配定时信息以便加入特定BSS的偏移量

PHY参数、CF参数以及IBSS参数

BSSBasicRateSet

基本速率集。是打算加入某个网络时工作站必须支持的数据传输速率列表。

6.加入网络

扫描结束后,工作站可以选择其中一个BSS加入,不过此时还不能访问网络。访问网络之前必须经过身份验证以及形成关联。

7.开放系统身份验证

由移动工作站所发出的第一个帧是子类型为authentication(身份验证)的管理帧。
在802.11中,工作站是以MAC地址作为身份证明。和Ethernet网络一样,网络上的MAC地址必须独一无二,因此可作为工作站的身份证明。接入点以这些帧的源地址作为发送者的身份证明。此外并没有以该帧的其他字段作为身份证明之用。
接入点接着会处理身份验证请求,然后返回结果。和第一个帧一样,响应也是子类型为auth的管理帧。气质好包含三个信息元素:身份验证算法表示字段被设定为0,代表使用开放系统身份验证;序列号为2;另外还有一个另外还有一个状态码用来指出身份验证请求的结果。

8.关联操作

一旦完成身份验证,工作站就可以跟接入点进行关联。以便获得网络的完全访问权。关联属于一种记录保持过程,它让分布式系统能够记录每个移动式工作站的位置,以便将传送给移动式工作站的帧送给正确的接入点。形成关联之后,接入点必须为该移动式工作站在网络上注册,如此一来,发送给该移动式工作站的帧才会转送至其所属的接入点。其中一种注册方式就是送出一个ARP信号,让该工作站的MAC地址得以跟接入点连接的端口形成关联。

9.基础结构型网络的电源管理

接入点有两项与电源管理相关的任务。
其一,因为接入点知道所关联的每个工作站的电源管理状态,因此只要改工作站处于作用状态,接入点即可判断应该将帧传送至无线网络,否则就得为之缓存帧。
其二,定期地声明有帧待传的工作站。在基础结构型网络中周期性地公共缓存状态。缓存状态远比周期性地送出轮询帧所耗费的电力要少的多。
在关联请求中与此相关的参数是Listen Interval(聆听间隔),代表移动式工作站可以选择休眠几个Beacon周期。较长的聆听间隔会用电接入点较多的缓存空间,因此聆听间隔是评估支持某个关联所需要的资源时会用到的关键参数之一。

10.缓存单播帧以及使用TIM来传递

当有帧被缓存时,目的地节点的关联标识符(Association ID,简称AID)可以在该帧及其目的地之间提供逻辑链路(logical link)。逻辑上,每个AID可将缓存帧连接至该AID所指的移动式工作站。

为了通知工作站有帧待传,接入点会产生所谓的传输指示映射(简称TIM)并且通过Beacon帧传送。
TIM中的每个位均会对应到特定AID,设定与特定AID相应的位,代表接入点为该AID所对应的工作站缓存了单播帧。
只要查看TIM,工作站即可判断接入点是否帮助自己缓存帧。要摘取基站所缓存的帧移动时工作站可以使用PS-Poll之前必须使用随机backoff算法来决定访问顺序。
每个PS-Poll帧只用来摘取一个缓存帧。帧从缓存区被移除之前必须得到接收端的肯定确认。肯定确认是必要的,如此一来可以避免第二个或重试的PS-Poll被自动当成隐式确认。
如果接入点为某个移动时工作站缓存的帧不知一个Frame Control(帧控制)字段的More Data(更多数据)位就会设定为1.移动式工作站可以据此发送额外的PS-Poll请求给接入点,知道More Data为变为0。

传送PS-Poll之后移动式工作站必须保持清醒,直到整个事务完成或TIM中与自己的AID相应的位已被清除。第一种情况的理由十分明显:移动式工作站已经从接入点成功取得缓存数据,整个事务过程包含工作站即将返回休眠状态的通知信息。第二种情况允许移动式工作站回到省电模式,如果接入点将缓存帧弃置的话。当准备送给某个工作站的所有帧传送完毕或是接入点丢弃,该工作站即可恢复休眠状态。

在第一个信标间隔区间内只有Station1的缓存帧。由于Station2并无帧缓存,因此可以立即返回休眠状态。在第二个信标区间内,根据TIM的指示,接入点同时存在为Station1及Station 2缓存的帧,不过此时只有Station1醒着聆听TIM。Station1发出PS-Poll帧并且收到缓存帧,接着Station1返回休眠状态。在第三个信标间隔区间Station1与Station2都处于休眠状态。在第四个信标间隔区间,Station1与Station2皆醒着聆听TIM,根据TIM的指示,接入点同时存在为Station1及Station2缓存的帧。Station1与Station2皆准备好送出PS-Poll帧并依照竞争窗口(contention window,简称CW)递减计数过程取得媒介使用权。由于Station1先取得媒介使用权,因为它的随机延迟较短。由于Station1发出PS-Poll并且收到接入点为它缓存的帧。在此期间,Station2会不断推迟。假设在帧传送之后,另外一个图8-13中并未显示的工作站取得了媒介使用权,那么Station2必须保持清醒,直到下一个TIM的到来如果接入点此时用尽缓存空间,因而丢弃Station2缓存的帧,第五个信标的TIM就会显示并无缓存帧待传,此时Station2终于可以返回省电模式。

11.传递组播与广播帧:延迟传输指示映射(DTIM)

缓存的方式与单播帧一样,但不同处为处于休眠状态的工作站所缓存的帧。经过缓存的广播与组播帧是通过AID 0存储的。接入点会将TIM的第一个位设定为0,代表有广播或组播被缓存。此位对应于AID 0。
每个BSS均有一个称为DTIM Period的参数。TIM是以Beacon信息来传送的。每当经过几个固定的Beacon interval(信标间隔),就会发生一个特殊类型的TIM,称为延迟传递指示映射(简称DTIM)。
接入点的DTIM interval(延迟传输指示映射间隔)被设置为3,因此每隔两个TIM就会有一个DTIM。Station 1处于休眠模式,其中listen interval(聆听间隔)为3.每3个beacon周期Station 1就会醒来接收经缓存的广播与组播。每传送一个DTIM帧,就会接着传送被缓存的广播与组播帧,其后伴随的是与工作站关联的PS-Poll交换过程。在第二个beacon interval(信标间隔)区间,缓存区中只有广播与组播帧,这些帧随即会被传送到BSS。在第五个beacon interval(信标间隔)区间,Station 1还有一个缓存的(单播)帧。Station 1可以监视DTIM中的指示映射(map),等到被缓存的广播与组播帧传送完毕后在发送PS-Poll信息。

12.IBSS的电源管理

Independent网络中的工作站使用ATIM(通知传输指示数据指示信息)在同一个IBSS中,所有工作站都必须在Beacon传送后的特定期间内聆听ATIM帧。
ATIM帧是让收发器保持开启的消息,因为有数据待传。没有收到ATIM帧的工作站是否要进入省电模式则悉听尊便。
ATIM窗口是创建IBSS唯一必要的参数。
下图显示了ATIM窗口与信标之间的关系。其中,第四个信标因为媒介忙碌而迟到。ATIM窗口维持不变,还是从原本预计信标间隔算起,持续经过一个ATIM窗口。当然,ATIM窗口可使用的时间会因为信标传送的延迟而等量减少。
为了监视整个ATIM窗口,工作站必须在信标传送之前醒来。

13.定时器同步

定时器同步功能(timing synchronization function,简称TSF)。Beacon帧的另一个作用,就是定期对网络上的工作站发布TSF。

Infrastructure的定时同步

由接入点负责维护TSF时间,任何与之关联的工作站都必须将接入点的TSF视为有效加以接收。一旦接入点准备传送Beacon帧,接入点定时器就会被复制到Beacon帧的timestamp字段中。
为了协助主动扫描的工作站符合BSS所要求的参数,定时值也会出现在Probe Response帧中。当工作站借由扫描发现一个网络时,就会从该网络的Beacon或Probe Response帧记录下timestamp及收到timestamp是本地定时器的值。为了将内部的定时器调整到与网络定时器相符,工作站会随即从所收到的网络公告中取出timestamp,然后加上收到该timestamp后经过的时间。

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