802.11 - DCF (Access Procedure)

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    • 第 3H 講 IEEE 802.11 無線區域網路 (Wireless LAN) L03 8
    • 第 3I 講 IEEE 802.11 無線區域網路 (Wireless LAN) L03 9
  • DCF Access Procedure
    • 例子：目的地閒置的狀況
  • DIFS + Random Back-off = 賽跑
    • 第一個封包
    • 第二個封包
    • 第三個封包
    • 第四個封包

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第 3H 講 IEEE 802.11 無線區域網路 (Wireless LAN) L03 8

第 3I 講 IEEE 802.11 無線區域網路 (Wireless LAN) L03 9

DCF Access Procedure

DCF 是使用 CSMA/CA 的方式傳輸。他的步驟如下：

1. Carrier Sense：傳輸之前，要確認有沒有人正在往這個目的地傳輸。接下來依照「接收端是否 busy」作為傳輸依據。在後面會更詳細地介紹如何去做 carrier sense，這邊暫時先省略。

2. Collision Avoidance：接下依照「接收端是否 busy」，分兩種狀況處理：

   1. 若接收端「沒有」busy：這時候雖然沒聽到傳輸，但有可能是對方正在等待其他封包。所以這時要「繼續監聽一個 DIFS」時間。若這 DIFS 的時間內，仍然都沒有節點朝目的地傳輸，那麼就傳輸。

   2. 若接收端「正在」 busy：這時候就只能先等待目的地收完。但等待目的地傳輸結束之後，除了持續監聽「一個 DIFS」還要再加上「一段 random-backoff」的時間。

      這是因為：如果有其他人同時也在等，而且大家都同時目的地收完之後 DIFS 的時刻同時傳輸，那麼所有傳輸還是會撞在一起。因此還需要各自等待一段隨機時間。如果這段 random back-off 內都沒有聽到有人往目的地傳輸，那麼就可以往目的地傳輸。

   若上述 2, 3 當中等待的過程中，突然監聽到有其他節點往該目的地傳輸，那麼這個等待時間只會暫停。等該傳輸結束之後，再繼續倒數。

例子：目的地閒置的狀況

這個例子對應的狀況是上述的 1.，也就是

1. Carrier Sense：發送方確認當下是否有節點向進行傳輸。發現當下沒有，於是繼續監聽 DIFS 的時間，確認這個閒置不是回覆其他節點前的等待時間。

2. Collision Avoidance：確認在這一個 DIFS 的時間內，都沒有其他節點正在往目的地傳輸的話，就開始傳輸自己的封包。

DIFS + Random Back-off = 賽跑

這個 DIFS 加上 random back-off 的模式有點像是賽跑，只是每個人要跑的距離是隨機的。DIFS 就像是比賽開始前的倒數計時。

1. 前一個節點傳輸完成後，比賽就準備開始。
2. DIFS 像是比賽開始前的倒數計時。當這個 DIFS 倒數到
   $0$ 的時候，所有人要開始「跑」。跑的方法就是「倒數自己的 random back-off」。
3. 每一場比賽中的 「冠軍」，也就是最先跑完自己 random back-off 的那個節點，可以得到向目的地傳輸封包的權限 。
4. 而那些跑輸的，就只能繼續把剩下沒跑完的 random back-off 在下一輪比賽中跑完。

第一個封包

1. $A$ 正在傳輸中。在
   $A$ 傳輸的過程中，
   $D$、
   $B$、
   $C$ 也希望往相同的目的地傳輸。
2. 因為
   $A$ 正在往目的地傳輸中，所以
   $D$、
   $B$、
   $C$ 必須等待
   $A$ 傳輸完。

第二個封包

1. $A$ 傳輸結束之後，比賽準備開始。在比賽開始前的 DIFS 倒數計時一到，
   $D$、
   $B$、
   $C$ 就各自開始自己的 random back-off。誰最先把自己的 random back-off 等完，誰就可以贏得傳輸的權力。

2. 在

   $D$、
   $B$、
   $C$ 三者的 random back-off 時間中，
   $C$ 的 random back-off 最先結束，因此
   $C$ 可以往目的地傳輸。而
   $B$、
   $D$ 的 random back-off 時間則各自剩下 9 與 5 微秒。等待完
   $C$ 傳輸之後，他們要繼續恢復倒數這個 random back-off。

3. 這時

   $E$ 也準備往相同的目的地傳輸，所以競爭者又多了
   $E$。

第三個封包

1. $C$ 傳輸完之後，剩下的競爭者
   $B$、
   $D$、
   $E$ 等待一個 DIFS 。這個 DIFS 時間一到，
   $B$、
   $D$、
   $E$ 就繼續開始下一輪的 random back-off 競爭。這時，
   $B$ 的 random back-off 只剩下 9 微秒，而
   $D$ 的則只剩下 5 微秒。新加入的
   $E$ 也領到了自己的 random back-off，是 7 微秒。

2. DIFS 倒數計時一結束，所有人開始倒數自己的 random back-off。這時因為

   $D$ 的 random back-off 只剩下 5 微秒，是所有競爭者中最短的，所以
   $D$ 的 random back-off 結束之後，換成
   $D$ 搶到往目的地傳輸的權力。

3. 這時競爭者剩下

   $B$ 與
   $E$。其中，
   $B$ 的 random back-off 剩下 4 微秒，而
   $E$ 則只剩下 2 微秒。

第四個封包

1. $D$ 傳輸結束之後，
   $B$、
   $E$ 在倒數一個 DIFS 時，準備開始下一輪比賽，比誰先把自己的 random back-off 數完。

2. 這時，因為

   $E$ 則只剩下 2 微秒，而
   $B$ 還有 4 微秒，所以
   $E$ 會先把自己的 random back-off 數完。搶到