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序言

在無線通信中，有兩個(gè)典型的問題，即隱藏終端和暴露終端問題。在802.11中，這些問題也是存在，同時(shí)也衍生出了一些新類型的隱藏和暴露終端問題。在前面描述DCF模式中，我們已經(jīng)談?wù)摿说碾[藏終端問題。

實(shí)際上，隱藏終端和暴露終端都是由于CSMA/CA中所采用的LBT機(jī)制所引起。隱藏終端是由于監(jiān)聽到的信道空閑而不是真的空閑，故引發(fā)沖突。而暴露終端是由于監(jiān)聽到的信道忙而不是真的忙，故其可以傳輸而不傳輸。

在這里，綜合之前的論述，我們對一般性的隱藏終端和暴露終端做一個(gè)簡單的整理。

隱藏終端問題

隱藏終端問題可以簡單定義為：節(jié)點(diǎn)之間無法互相監(jiān)聽對方。但當(dāng)其不可以同時(shí)傳輸時(shí)，其同時(shí)傳輸，從而導(dǎo)致沖突發(fā)生。隱藏終端在單個(gè)AP（或者單個(gè)Receiver）時(shí)就有可能發(fā)生。

我們基于以上拓?fù)溆懻摶镜碾[藏終端問題，在該拓?fù)渲?#xff0c;STA 1與STA 2為兩個(gè)節(jié)點(diǎn)，這兩個(gè)節(jié)點(diǎn)都是關(guān)聯(lián)在AP身上。圖中藍(lán)色虛線代表STA 1的發(fā)送范圍，綠色虛線代表STA 2的發(fā)送范圍。

由于圖中STA 1與STA 2發(fā)送范圍無法互相覆蓋，即無法通過物理載波監(jiān)聽的方法，探測對方是否有發(fā)送數(shù)據(jù)。從而STA 1與STA 2可能會誤以為信道空閑，從而同時(shí)發(fā)送，繼而造成沖突。

如上圖所述，根據(jù)DCF中CSMA/CA的工作機(jī)制，STA 1與STA 2在等待DIFS之后，分別選取一個(gè)隨機(jī)數(shù)進(jìn)行Backoff。STA 2由于隨機(jī)數(shù)選擇較少，從而首先倒數(shù)至0，并發(fā)送數(shù)據(jù)。當(dāng)STA 2發(fā)送數(shù)據(jù)后，由于STA 1監(jiān)聽不到STA 2已經(jīng)占用信道，其依舊誤以為信道是空閑的，從而繼續(xù)進(jìn)行backoff。當(dāng)STA 1的隨機(jī)回退計(jì)數(shù)值倒數(shù)至0時(shí)，STA 1也會發(fā)送數(shù)據(jù)。

由于STA 1與STA 2的同時(shí)發(fā)送，即AP接收時(shí)存在重疊區(qū)域，即也是發(fā)生了沖突，最終這一輪傳輸失敗。當(dāng)這一輪傳輸失敗之后，STA 1與STA 2采用BEB算法重新選擇隨機(jī)數(shù)進(jìn)行回退，但后續(xù)過程中兩者依舊無法互相監(jiān)聽，所以很容易再次出現(xiàn)同時(shí)傳輸?shù)默F(xiàn)象。在隱藏終端的情況下，網(wǎng)絡(luò)是近似癱瘓的，換言之，STA 1與STA 2的吞吐量都趨近于0。

PS：除了RTS/CTS模式是在協(xié)議層面解決隱藏終端問題，實(shí)際情況下還有很多解決隱藏終端的問題，比如增加客戶端功率，消除中間的障礙物，將造成隱藏終端問題的節(jié)點(diǎn)或者AP移動個(gè)位置之類的，實(shí)在不行的話，那么控制下原始AP的功率，再添加入一個(gè)新的接入點(diǎn)也行，不過最后個(gè)方法需要小心一些，因?yàn)楦悴缓脮鹣旅嫠龅谋┞督K端問題。

暴露終端問題

暴露終端問題可以簡單定義為：節(jié)點(diǎn)之間能夠互相監(jiān)聽對方。但其可以同時(shí)傳輸時(shí)，其不傳輸，從而造成浪費(fèi)。暴露終端在多個(gè)AP（或者多個(gè)Receiver）時(shí)才有可能發(fā)生。

我們基于以上拓?fù)溆懻摶镜碾[藏終端問題，在該拓?fù)渲?#xff0c;STA 1與STA 2為兩個(gè)節(jié)點(diǎn)，其中STA 1關(guān)聯(lián)在AP1上，STA 2關(guān)聯(lián)在AP2上。圖中藍(lán)色虛線代表STA 1的發(fā)送范圍，綠色虛線代表STA 2的發(fā)送范圍。

圖中AP1處于STA 1的覆蓋范圍內(nèi)，而不再STA 2的覆蓋范圍內(nèi)。AP2處于STA 2的覆蓋范圍，而不在STA 1的覆蓋范圍內(nèi)。換言之，AP1只能接受到STA 1的數(shù)據(jù)，AP2也只能接收到STA 2的數(shù)據(jù)。當(dāng)STA 1與STA 2同時(shí)發(fā)送時(shí)，接受節(jié)點(diǎn)AP1或者AP2處均不會發(fā)生沖突，故其是可以同時(shí)傳輸?shù)摹５怯捎谶@樣的拓?fù)涮厥庑砸约癉CF中CSMA/CA的工作機(jī)制，造成STA 1與STA 2無法同時(shí)傳輸，該問題則是暴露終端問題。

在CSMA/CA中，接入是遵守LBT（Listen Before Talk）機(jī)制的。我們在DCF的介紹中所述，每一個(gè)節(jié)點(diǎn)在接入信道之前需要進(jìn)行backoff。在該過程內(nèi)，若信道空閑，則每經(jīng)過1個(gè)slot，隨機(jī)倒數(shù)計(jì)數(shù)器進(jìn)行一次倒數(shù)。若信道非空閑，則節(jié)點(diǎn)不會對隨機(jī)倒數(shù)計(jì)數(shù)器進(jìn)行倒數(shù)，并對其進(jìn)行懸掛。只有當(dāng)其倒數(shù)至0時(shí)，才可以發(fā)起傳輸。其中信道空閑與否是通過載波監(jiān)聽機(jī)制進(jìn)行判斷的，而在DCF中，存在物理載波監(jiān)聽和虛擬載波監(jiān)聽兩種模式，這兩種監(jiān)聽方式都有可能引起暴露終端問題，以下我們分兩種情況進(jìn)行討論。（有關(guān)DCF的接入過程，詳細(xì)內(nèi)容請查閱之前的文檔）

• 物理載波監(jiān)聽引起的暴露終端

如上圖所示，由于STA 1與STA 2可以互相監(jiān)聽。由于STA 2選擇了較小的隨機(jī)數(shù)進(jìn)行倒數(shù)，從而其最先倒數(shù)至0，并進(jìn)行發(fā)送。當(dāng)STA 2首先發(fā)送數(shù)據(jù)包給STA 2后，STA 1監(jiān)聽信道為忙狀態(tài)，從而無法發(fā)送信息。故根據(jù)拓?fù)涠?#xff0c;STA 1是可以傳數(shù)據(jù)給AP1的，但是由于監(jiān)聽STA 2正在傳輸，導(dǎo)致信道忙，故STA1懸掛隨機(jī)倒數(shù)計(jì)數(shù)器，無法繼續(xù)倒數(shù)，從而無法傳輸。

這里實(shí)際上我們還可以更深入了解一下，實(shí)際上STA1為什么需要在別人傳輸?shù)臅r(shí)候，懸掛自己的隨機(jī)倒數(shù)計(jì)數(shù)器。在CSMA/CD中，實(shí)際上是沒有懸掛過程的，只有在CSMA/CA中才存在。在CSMA/CD中，若信道忙，節(jié)點(diǎn)就不停的去監(jiān)聽信道，一旦發(fā)現(xiàn)空閑就傳輸。而在CSMA/CA中，節(jié)點(diǎn)在中間實(shí)際上不是監(jiān)聽信道，而是接收數(shù)據(jù)。其主要原因在于，STA 1在檢測到STA 2正在傳輸造成信道忙時(shí)，其立刻開始接收該STA 2的數(shù)據(jù)，因?yàn)镾TA 1不知道該數(shù)據(jù)是否是發(fā)給自己的。只有當(dāng)完整接收數(shù)據(jù)，CRC校驗(yàn)通過后，STA 1才可以檢查幀MAC頭部所對應(yīng)的目的BSSID地址，看是否是自己的數(shù)據(jù)包，若不是才可以丟包。換言之，CSMA/CA中，懸掛實(shí)際上是為了接收，從而導(dǎo)致的現(xiàn)象是懸掛而已。

• 虛擬載波監(jiān)聽引起的暴露終端
  

如上圖所示，在暴露終端場景中，若STA 2不僅選擇了較小的隨機(jī)數(shù)進(jìn)行優(yōu)先倒數(shù)，并且其發(fā)送的數(shù)據(jù)包是RTS數(shù)據(jù)包。當(dāng)STA 1識別到該RTS數(shù)據(jù)包后，其就會被設(shè)置為NAV狀態(tài)，無法在后面的過程主動競爭信道，進(jìn)而無法傳輸。與之前描述用RTS/CTS解決隱藏終端問題時(shí)不同，在解決隱藏終端問題中，NAV是由AP所反饋的CTS幀所進(jìn)行保護(hù)。而這里由于STA 1與STA 2能夠互相監(jiān)聽，換言之，在暴露終端情況下，STA 1的NAV是被STA 2所發(fā)送的RTS幀進(jìn)行保護(hù)的。在STA 1被NAV保護(hù)后，其也無法傳輸，最終導(dǎo)致暴露終端問題。

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總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的802.11协议精读5：隐藏终端和暴露终端的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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