MAC 層プロトコルワイヤレスパーソナルエリアネットワークの CSMA/CA WPAN 802.11 LAN

衝突検出では、ステーションが自身のデータを送信しながらチャネルを検出し続ける必要がありますが、受信信号の強度は送信信号の強度よりもはるかに小さいことが多く、無線 LAN 機器でこの機能を実現するには多大なコストがかかります
衝突検出機能が実現できたとしても、データ送信時にチャネルがアイドルであることが検出された場合、受信側で衝突を送信する可能性があります。

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CSMA/CA仕様（衝突回避）

無線 LAN は CSMA/CD を使用できず、改良された CSMA プロトコルのみ使用可能

改善方法はCSMAに衝突回避機能を追加すること

802.11 は CSMA/CA プロトコルを使用します。CSMA/CA の使用中に、停止および待機プロトコルの使用も追加されます。

802.11 MAC 層

フレーム間スペース IFS

すべてのステーションが送信を完了した後、次のフレームを送信するまで、短期間待機する必要があります (監視を継続します)。この期間は一般に IFS (InterFrame Space) として知られています。

フレーム間間隔の長さは、ステーションが送信したいフレームのタイプによって異なります。優先度の高いフレームは、より短い時間待機する必要があるため、優先的に送信できます。

低優先度のフレームを送信する時間がなく、他のステーションの高優先度のフレームがメディアに送信されている場合、メディアはビジー状態になるため、低優先度のフレームは送信を延期することしかできず、送信の機会が減少します。衝突

一般的に使用される 2 つのフレーム間間隔 SIFS および DIFS

CSMA/CAプロトコルの原理

データを送信したいステーションは、まずチャネルを検出します。802.11 標準では、物理層のキャリアセンスが物理層のエアインターフェイスで実行されることが規定されています。
チャネル上でデータを送信している他の移動局があるかどうかは、受信した相対信号強度が特定のしきい値を超えるかどうかによって判断できます。
送信元ステーションが最初の MAC フレームを送信するときに、チャネルがアイドル状態であることを検出すると、DIFS の期間待機した後に送信できます。

チャンネルが空いているのに、なぜまた待たなければならないのでしょうか?

これは、送信する優先度の高いフレームを持つ他のステーションが存在する可能性があることを考慮するためです。

その場合は、優先度の高いフレームを最初に送信します。

仮想キャリアセンス

仮想キャリアセンス (Virtual Carrier Sense) のメカニズムは、送信元ステーションが他のすべてのステーションにチャネルを占有する時間 (宛先ステーションが確認応答フレームを送り返すのに必要な時間を含む) を通知できるようにすることです。他のステーションはデータの送信を停止できます。これにより衝突の可能性が大幅に減少します

「仮想キャリア監視」とは、他局が実際にチャネルを監視するのではなく、「発信局からの通知」を他局が受信しているためにデータを送信しないことを意味します。

いわゆる「ソース局からの通知」とは、ソース局が MAC フレームのヘッダーの 2 番目のフィールド「Duration」に、終了後にチャネルが占有される時間 (マイクロ秒単位) を記入することを意味します。宛先を含むフレームステーションが確認応答フレームを送信するのにかかる時間

ステーションは、チャネル内で送信されている MAC フレームヘッダーの「継続時間」フィールドを検出すると、そのネットワーク割り当てベクトル NAV (Network Allocation Vector) を調整します。n NAV は次のことを示します: チャネルがアイドル状態に移行する前に、データフレームの送信が完了するまでにどれくらいの時間が経過する必要があるか

コンテンションウィンドウ

チャネルがビジー状態からアイドル状態に変化したとき、ステーションがデータフレームを送信したいときは、DIFS 間隔を待つだけでなく、コンテンションウィンドウに入り、チャネルへのアクセスを再試行するためのランダムバックオフ時間を計算する必要があります。また。

チャネルがビジー状態からアイドル状態に変化するとき、複数のステーションが同時にデータを送信することを避けるために（一度送信したらフレームを送信する必要があり、途中で停止することはできません）、各ステーションは衝突の可能性を減らすためにバックオフアルゴリズムを実装する必要があります。。

802.11 はバイナリ指数バックオフアルゴリズムを使用します

バイナリ指数バックオフアルゴリズム

バックオフタイマー

802.11 バックオフメカニズム

CSMA/CAアルゴリズムの概要

チャンネル予約

隠れたステーションによって引き起こされる衝突問題をより適切に解決するために、802.11 では、データを送信したいステーションがチャネルを予約できるようになります。

予約するメリット

RTS フレームや CTS フレームを使用すると、ネットワーク全体の通信効率が低下します。ただし、データフレームに比べてオーバーヘッドは大きくありません。
逆に、この種の制御フレームを使用しない場合、衝突が発生してデータフレームが再送されると、より多くの時間が無駄になります。

それでも、このプロトコルにはユーザーが選択できる状況が 3 つあります。

RTS フレームと CTS フレームを使用します。
RTS フレームと CTS フレームは、データフレームの長さが特定の値を超える場合に使用されます (データフレーム自体が非常に短い場合は、RTS フレームと CTS フレームを使用してもオーバーヘッドが増加するだけであることは明らかです)。
RTSフレーム、CTSフレームは使用しません。
プロトコルは慎重に設計されていますが、それでも衝突は発生します