實體層概觀

實體層被分成兩個附屬層(sublayer)：
實體層收斂程序(Physical Layer Convergence Procedure，簡稱PLCP)附屬層
實際配媒介(Physical Medium Dependent，簡稱PMD)附屬層。

PLCP的功能在於結合來自MAC的訊框與空中所傳輸的無線電波。PLCP同時會為訊框加上自己的標頭。

每一種變調方式採用的同步訊號均不相同，因此PLCP會為準備傳送的所有訊框加上自己的標頭。
接著由PMD負責將PLCP所傳的每一個位元，利用天線傳送至空中。實體層還包含了頻道淨空(clear channel assessment，簡稱CCA)功能，用來指示MAC是否偵測到了訊號。

無線鏈路
無線頻譜可以被劃分為許多頻段，每一個頻段針對特定的使用目的。每個頻段定義了特定應用可以使用的頻率。其中，防護頻段(guard band)用來防止傳送訊號的溢散影響到其它頻段。

展頻
展頻的運作原理，是利用數學函數將訊號分散至較大的頻率範圍。祇要在接收端進行反向作業，就可以將這一些訊號重組為窄頻訊號。更重要的是，所有窄頻雜訊都會被濾掉，因此訊號可以清楚重現。

對傳統的窄頻接收器而言，傳輸訊號展開至較寬頻段之後，就和雜訊沒有兩樣。

展頻的類型
跳頻(Frequency hopping，簡稱FH或FHSS)
跳頻系統是以某種隨機樣式在頻率間不斷跳換，每一個頻道只作瞬間的傳輸。

直接序列(Direct sequence，簡稱DS或DSSS)
直接序列系統利用數學編碼函數將功率分散於較寬的頻段。

正交分頻多工(Orthogonal Frequency Division Multiplexing，簡稱OFDM)
OFDM將可用頻道劃分為一些子頻道，然後對每一個子頻道所要傳送的部分訊號進行平行編碼。

訊號接收與效能
空氣中到處都是隨機的電磁波，無線電通訊必須從背景的雜訊中分辦出訊號。一旦接收條件變差，訊號就越容易被雜訊淹沒。效能絕大部分取決於訊噪比(signal-to-noise ratio，簡稱SNR)這個決定性因素。圖10-2以訊號峰值(the peak of the signal)與雜訊基準(noise floor)之間的差異值來表示訊噪比。



路徑損耗、傳輸距離與傳輸量
在802.11中，網路的速度受到距離遠近的影響。不同的802.11定義出不同的變調標準，速度範圍由1Mbps到54Mbps。接收器必需能分辦出不同的狀態，方能將位元資料由電波訊號中取出。較高速的變調方式在特定的時間內可以封裝更多的位元，因此需要比較乾淨的訊號(以及更高的訊噪比)方能成功解碼。

電波訊號行經空間時更會衰減。在802.11的有限範圍內，雜訊基準還不至於有太大的變動。不過距離一長，訊號的衰減會影響接收端的訊噪比。當工作逐漸遠離基地台，訊號準位就會不斷的下滑；因此，訊噪比就會下滑。


以網路工程而言，當訊噪比較低以至於無法使用較高的速率，工作站就會降速，以便使用訊噪比要求較低的資料率。

路徑耗損受到距離與電波頻率的影響。距離越遠或頻率越高，則路徑損耗越大。802.11a所使用5GHz。開收式空間的路徑損耗可以表示成如下等式：
路徑損耗(dB) = 32.5 + 20 log F + log d

其中頻率 F 以GHz表示，距離d以公尺為單位。不過，路徑損耗不祇受距離的影響，牆面或窗戶等障礙物也會影響訊號，至於天線或放大器則可用來加強訊號，補償傳輸時的損耗。計算距離時通常會加計一種稱為鏈路邊際(link margin)的虛構因素，代表無法預料的損耗。
總損耗 = 傳輸功率 + 傳輸天線增益 - 路徑損耗 - 鏈路邊際 + 接收天線增益

多重路徑干擾
波與波之間具有疊加性(superposition)。當多個波集於某一點時，所產生的波即是所有波的加總。



圖 10-5(c)所顯示的兩個波幾乎完全相反，加總之後，相當於什麼也沒有。




多重路徑衰弱屬於訊符間干擾(Inter-symbol interference，簡稱ISI)的特例。
再次強調，波與波之間具有疊加性，因此造成速個波形的混淆扭曲。在實際的情況下，來自不同路徑的波前(warefront)會彼此疊加。最先到達的波前與最後到達的多重路徑回音，兩者之間時間差稱為延遲範圍(delay spread)。延遲範圍越長，就必需採用比較穩當的編碼機制。如果延遲範圍較短，效能會更好。
如果有一些延遲範圍太長，有一些網路就會降低傳輸速率以為因應。




天線
天線(antenna)是RF(Radio Frequency)系統中最關鍵的零件，因為由它們負責將線路中的訊號轉換為電波，以及將電波反轉為電路訊號。在方塊圖中，天線通常以倒三角形來表示




天線必需以導電材質方能運作。無線電波遇到天線時，電子就會流入導體而產生電流。同樣地，在天線施加電流就會在天線週圍產生電場。施加在天線上的電流不同，電場也隨之改變。變動的電場會產生磁場，因此形成電波。

天線的長短取決於頻率：頻率愈高，天線愈短。每種頻率可以使用的簡易型最短天線長度為波長的一半。

全向型(omnidirectional)天線，亦即可以收發所有方向的訊號。
指向型(directional)天線，這種類型的天線可以針對某個較窄的範圍進行收發。



給予等量的輸入功率，指向型天線可以傳得較遠，訊號也比較清楚。對於所指的方向，具備較高的無線訊號敏感度。

放大器
放大器可以增強訊號。訊號的放大或增益程度係以分貝(decibels，簡稱dB)做為量測單位。

低雜訊放大器(Low-noise amplifier，簡稱LNA)通常與天線連接，用來將所收到的訊號放大到與RF系統連結的電子零件可辦識的程度。LNA同時也可以就雜訊係數(noise factor)區分等級，雜訊係數可用來評量放大器本身所帶來的不相干資訊。雜訊係數越小，接收器就可以辦識愈細微的訊號，因此可以涵蓋較長的距離。

高功率放大器(High-power amplifier，簡稱HPA)：則是用來將訊號提升至最大功率而後傳送。

管理作業

802.11管理架構由三個元件組成：MAC層管理單元(MAC layer management entity，簡稱MLME)、實體層管理單元(physical-layer management entity，簡稱PLME)以及系統管理單元(system management entity，簡稱SME)

掃描
在無線網路中，工作站加入任何相容網路之前，必需經過辨識的工作。於所在區域辨識現在網路的程序稱為掃描(scanning)

BSSType (independent、infrastructure 或both)
掃描時可以指定所要搜尋的網路屬於independent ad hoc、infrastructure或同時搜尋兩者。

BSSID (individual或broadcast)
工作站可以針對要加入特定的網路(individual)進行掃描或掃描允許該工作站加入所有的網路(broadcast)

SSID ("network name")
SSID係用來指定某個延伸服務組合(extended service set)的位元串。

ScanType (active或passive)
主動(active)掃描會主動傳送Probe Request訊框，以辨識該區有哪一些網路存在。被動(passive)掃描則是被動聆聽Beacon訊框，以節省電力。

ChannelList
802.11允許工作站指定所要嘗試的頻道表。

ProbeDelay
主動掃描探測某個頻道期間，為了避免工作站一直等不到Probe Response訊框，所設定的逾時計時器，用來防止某個閒置的頻道讓整個程序停擺。

MinChannelTime與MaxChannelTime
以TU(時間單位)來指定這兩個值，意指掃描每個特定的頻道，所使用的最小與最大的時間量。

被動掃描
被動掃描(passive scanning)可以節省電力，因為不需要傳送任何訊號。在被動掃描過程中，工作站會在頻道之間不斷切換，並且記錄來自所收到之Beacon訊息的資訊。Beacon在設計上是為了讓工作站得知，加入某個基本服務組合(basic service set，簡稱BSS)所需要的參數，以便進行通訊。

主動掃描
在主動掃描(active scanning)中，在每一個頻道上，工作站都會發出Probe Request訊框，請求某個特定網路予以回應。
1. 跳到某個頻道，然後等候來訊顯示(indication of an incoming frame)，或者等到ProbeDelay計時器逾時。如果頻道收到訊框，就証明該頻道有人使用，因此可以加以探測。
2. 利用基本的DCF存取程序取得媒介使用權，然後送出一個Probe Request訊框
3. 至少等候一段最短的頻道時間(即MinChannelTime)
a. 如果媒介並不忙碌，表示沒有網路存在。因此，可以跳到下一個頻道。
b. 如果在MinChannelTime這段時間媒介非常忙碌，就繼續等候一段時間，直到最長的頻道時間(即MaxChannelTime)，然後處理任何的Probe Response訊框

在Infrastructure網路中，是由基地台負責傳送Beacon訊框，因此它必需負責回應以Probe Request在該區搜尋網路的工作站。在IBSS中，工作站彼此輪流負責傳送Beacon訊框，因此負責傳送Probe Response的工作站會經常改變。
Probe Response屬於unicast管理訊框，因此必須符合MAC的正面回應(positive acknowldegement)規範。
在網路林立的區域，或許必須調整每個頻道的最長等候時間(maximum channel time)，才有辦法處理區域內每個基地台所發出的答覆訊息。

掃描結果
掃描結束後會產生一份掃描報告。這份報告列出該次掃描所發現的BSS及其相關參數。進行掃描的工作可以利用此報告加入其所發現的任何網路。

Beacon interval (訊號間隔；整數值)
每個BSS所傳遞的訊框，均可指定自己的間隔，以TU為單位。

DTIM (DTIM期間；整數值)
DTIM訊框屬於省電(power-saving)機制的一部分

Timing parameter (計時參數)
有兩個欄位可以讓工作站的計時器與BSS所使用的計時器同步

PHY參數、CF參數以及IBSS參數
頻道資訊(channel information)包含實體層參數(physical-layer parameters)中

BSSBasicRateSet
基本速率組合(basic rate set)是打算加入某個網路時，工作站必需支援的資料傳輸速率

加入網路
加入網路(joining)是建立連線的前置作業，不過此時還不能存取網路。存取網路之前，必須經過身份認証以及形成連線。
通常用來決定加入哪一個網路的判斷標準是功率準位(power level)與訊號強度(signal strength)
使用BSSID可以確保目前是與正確的工作站進行傳輸，同時忽略其它BSS的工作站。

身份認証
目前802.11身份認証有一點像單行道。打算加入某個網路的工作站必須通過身份認証，然而網路方面並無義務對工作站証明自己的身份。

事先身份認証
事先身份認証(preauthentication)係用來加速連線關係的轉移。
在掃描階段，工作站可以跟幾部基地台進行802.11身份認証，如此一來，當有需要時，就可以立即進行連線作業，其好處是一旦進入基地台的涵蓋範圍，工作站就可以立即與基地台重新連線，而不必等候認証交換程序。


當行動式工作站移動到右邊，來至AP1的訊號會逐漸減弱。工作站會持續監測來至ESS的Beacon訊框，最後終於注意到AP2的存在。至此，工作站或許會選擇與AP1解除連線，然後與AP2進行身份認証與重新連線。



工作站送出一個EAPOL-Start訊息給新的基地台，揭開事先身份認証的序幕。
工作站每次祇能與一部基地台連線，因此事先身份認証必須透過舊過舊基地台轉達。

AP1收到以後，就會透過傳輸系統(distribution system)將訊框傳給AP2
6. 當工作站扣下扳機(pull the trigger)，連線關係就會轉移到AP2。做為初始連線程序的一部分，工作站會提供金鑰快取的副本，告訴AP2它已經通過身份認証。
7. AP2收到身份認証要求，開始搜尋本身的金鑰快取。找出可用金鑰後，便立刻啟動成對金鑰的四道磋商程序。在衍生金鑰的過程中，短時間內工作站將無法正常收送封包。

連線作業
連線(association)屬於一種記錄(recordkeeping)程序，它讓傳輸系統(distribution system)得以記錄每一部行動工作站的位置，以便將傳送給行動工作站的訊框，轉送給正確的基地台。形成連線之後，基地台必須為該行動式工作站在網路上註冊，如此一來，發送給讓行動式工作站的訊框，才會轉送至其所屬基地台。其中一種註冊方式係送出一個ARP訊號，讓該工作站的MAC位址得以跟與基地台連接的交換埠形成連線。

連線程序
一旦連線要求獲准，基地台就會以代表成功的代碼0及連線識別碼(Association ID，簡稱AID)來回應。AID本身是數值形式的識別碼，在邏輯上則是用來辦識暫存訊框所要傳遞的行動式工作站。

重新連線程序
重新連線(reassociation)是指將連線關係自舊基地台轉移至新基地台的程序。不過在骨幹網路方面，基地台之間會彼此溝通，以便移轉訊框。

Infrastructure的網路的電源管理
因為基地台知道所連線的每部工作站的電源管理狀態，因此只要讓工作站處於作用(active)狀態，基地台即可判定，應該將訊框傳送至無線網路，否則就得為之暫存訊框。
開啟接收器聆聽暫存狀態，遠比週期性地送出探查訊框，所秏費的電力要少的多。

暫存單點傳播訊框，以及使用TIM來傳遞
當有訊框被暫存(buffered)時，目的節點的連線識別碼(Association ID)可以在該訊框及其目的地之間提供邏輯鏈路(logical link)。邏輯上，每個AID可將「暫存訊框」連繫至該AID所指定的行動式工作站。群播與廣播訊框被暫存時，會被連繫到0的AID。

如果工作站一直未能提取為之暫存的訊框，根本毫無意義。為了通知工作站有訊框待傳，基地台會產生有資料待傳訊息(traffic indication map，簡稱TIM)

無線基地台必須甦醒過來，並進入作用模式，聆聽Beacon訊框，以便接收TIM。祇要檢視TIM，工作站即可判定基地台是否有幫自己暫存訊框。

PS-Poll訊框用以指示某部處於省電狀態的行動式工作站暫存切換為作用模式，並且準備接收被暫存的訊框。

傳遞群播與廣播訊框：資料待傳指示訊息
每一個BSS均有一個稱為DTIM Period的參數。TIM是以Beacon訊息來傳送的。每當經過幾個固定的Beacon interval (信息間隔)，就會發送一個特殊的TIM，稱為資料待傳指示訊息(Delivery Traffic Indication Map, DTIM)

IBSS的電源管理
independent網路中的工作站使用ATIM (announcement traffic indication messages；資料待傳指示通知訊息)，強迫其它工作站保持清醒。在同一個IBSS當中，所有工作站必須在Beacon傳送後的特定時間聆聽ATIM訊框。

如果有部工作站為另一部工作站暫存訊框，它可以送出ATIM來通知對方。實際上，ATIM訊框是讓收發器保持開啟的訊息。

在ATIM期間，祇能傳送特定的控制與管理訊框。除了Beacon、RTS、CTS和ACK，當然包括ATIM訊框，傳送時必須依循DCF規則。ATIM訊框之所以只能在ATIM期間傳送是因為若IBSS中其它工作站皆處在休眠狀態，此時送出ATIM訊框便毫無意義。

對任何暫存管理功能而言，唯一的要求是暫存訊框至少得保存一個信標週期。

計時器的同步
除了工作站內部的計時，基本服務區域中每一部工作站都必須保存一份計時同步功能(timing synchronization function；簡稱TSF)；該副本是與其本服務區域中所有其它工作站之TSF同步過的內部計時器。
Beacon訊框的另一個作用，就是定期對網路上的工作站發布TSF值。

Infrastructure的計時同步
在Infrastructure網路中，計時功能也採取類似的做法。由基地台負責維護TSF時間，任何與之連線的工作站都必須將基地台的TSF視為有效，而加以接受。
無線媒介充滿雜訊是可以預期的，經常會漏失Beacon訊框早在預料當中，工作內部的TSF計時器可以減緩偶爾漏失Beacon訊框所造成的影響。

IBSS的計時同步
IBSS中所有的工作站會準備在預定時間(target time)傳送Beacon訊框。當預定時間接近時，所有其它傳輸都會暫停。Beacon或ATM除外，所有訊框傳輸暫存器均會中止，等候媒介淨空，以便傳送更重要的管理訊框。
IBSS中所有的工作站都會為Beacon傳輸產生一個backoff(延後)計時器。TBTT結束後，所有工作站即從Beacon backoff 計時器的值倒數至0。
如果工作站在傳送時間之前就收到Beacon訊框，該預定要進行的Beacon傳輸就會被取消。
當Station的計時器逾時，即會傳送一個Beacon
這一個規則能夠確保至少有一部工作站處於清醒狀態，以便回覆正在進行掃描，準備加入網路的新工作站。
祇有當所收到的timestamp晚於內部計時器才會以timestamp更新內部計時器。

動態選頻(DFS)
當工作首度連線到網路，Association Request訊框包含一個Supported Channel資訊元素，其中列出工作站支援的頻道。

頻道禁聲
檢測無線電波頻道是在禁聲期(quiet period)或禁聲期間(quiet interval)進行。禁聲期間是指BSS所有工作站暫時停止傳輸的時間，有助於測量是否存在雷達系統的潛在干擾。

在中控型網路裡，頻道禁聲排程完全由基地台控制。基地台可以完全決定禁聲期長短，或甚至完全停用。
獨立型網路是在網路成立時選擇禁聲期的排程。輪到新工作站負責發送Beacon與Probe Response訊框也無法改變禁聲其參數，祇能延用之前的參數。

雷達掃描
獨立型網路並沒有基地台內建的功能，而是透過DFS owner來協調各個工作站進行頻率選擇服務。

網路中會有一部工作站被指定為DFS owner，負責蒐集量測報告以及監控頻道中是否有出現雷達訊號。

DFS owner負責決定使用哪一個新頻道，並且送出頻道切換宣告訊框。

萬一DFS owner離開網路，所有工作站會進入DFS owner遴選模式(recovery mode)。在這個模式當中，可以有好幾部工作站同時擔任DFS owner，並排程產生標準所要求的頻道切換宣告訊框。
第一部傳送頻道切換訊框的工作站才會成為DFS owner，其它工作站則會放棄這一個角色。

802.11 訊框封裝細節

用戶端是source、左邊基地台是傳送端(送資料到無線網路)、右邊基地台是接收端(有無線網路接收資料)、伺服器是destination

802.11的訊框主要分成三種：
1. 資料訊框 (data frame)：負責在工作站之間搬運資料
2. 控制訊框 (control frame)：通常與資料訊框搭配使用，負責區域的淨空 (area cleaning)、頻道的取得 (channel acquisition)以及載波偵測的維護 (carrier-sensing maintenance)，並於收到資料時予以正面的回應 (positive acknowledgment of received data)。它們可用來監督無線網路媒介的存取，提供MAC層次的可靠度。
3. 管理訊框 (management frame)：負責監督，主要用來加入或退出無線網路。

任何訊號發送前均會有SIFS (短訊框間隔)

資料訊框有兩種分類方式
1. 依競爭服務 (contention-based service)及免競爭服務 (contention-free service)
2. 另一種分類方法為攜帶資料與提供管理功能的訊框

Duration (持續時間) ：欄位用來記錄網路配置向量 (Network Allocation Vector，簡稱NAV) 的值
1. 免競爭期間所傳遞的任何訊框，必須將Duration欄位設定為32768
2. 目的地為廣播或群播位址的訊框，其持續時間為0，此類訊框接收端不會加以回應
3. 若More Fragment為0，則表示後面無分割資料，則Duration欄位為一個短訊框間隔及片段回應所需的時間
4. 若Frame Control欄位的More Fragment為1，則Duration為兩個回應加3個短訊框間隔及下一個訊框片段所需要的時間

定址與DS位元：
工作站會回應來自同一個基本服務組合 (Basic Service Set，BSS )的廣播或群播訊息；至於來自其它不同BSS者，則加以忽略。

BSSID：
每一個BSS都會被賦予一個BSSID。在Infrastructure BSS中，BSSID就是建立該BSS之基地台無線介面的MAC位址。而IBSS則必須建立BSSID (隨機產生)，方能產生網路。
有一個BSSID會被保留不用，就是所有位元均為1的BSSID，又稱為廣播型BSSID，因其不會被MAC中任何BSSID filter所過濾。probe訊框要能夠偵測現存的網路，因此不能被BSSID filter過濾。

資料訊框的類型
1. Data
2. Null：行動式工作站會利用Null訊框來通知基地台省電狀態的改變。當工作站進入休眠狀態，基地台必須開始為之暫存訊框。另外，基地台不可能進入省電模式，因此不會傳送Null訊框。

控制訊框
RTS (要求傳送)
媒介存取權祇能保留給單點傳播 (unicast) 訊框使用，而廣播 (broadcast) 與群播 (multicast)訊框祇須傳送便是。

CTS (開始傳送)
CTS訊框有兩種目的，起初，CTS訊框僅用於回應RTS訊框，後來CTS訊框被802.11g防護機制用來避免干擾較舊的工作站。

ACK (回應)
ACK訊框就是MAC以及任何資料傳輸(包括一般傳輸、RTS/CTS交換之前的訊框、訊框片段)所需要的正面回應 (positive acknowledgment)

PS-Poll (省電模式-輸詢)
當任一部行動式工作站從省電模式中甦醒，便會傳送一個PS-Poll訊框給基地台，以取得任何暫存訊框。
所有收到PS-Poll訊框的工作站，都會以訊框間隔加上傳送ACK訊號所需要的時間來更新NAV。

管理訊框

訊框的組成十分彈性分為兩種欄位
1. 固定式欄位
2. 資訊元素 (是指非固定式的欄位)

固定式欄位的有：
Beacon interval：每隔一段時間就會發出Beacon(信標)訊號，用以宣布802.11網路的存在。Beacon訊框中除了包含BSS參數的資訊，也包含基地台暫存訊框的資訊，因此行動式工作站必須仔細聆聽Beacon訊號。

Capability information：
傳送Beacon訊號的時候，它被用來昭告各方，該網路具備何種性能。工作站會使用這些公告資料來判斷自已是否支援該BSS所有功能，未能實作公告的所有功能的工作站就無法加入該BSS。

Current AP Address：
這欄位的用途是便於連線 (association) 與重新連線 (re-association)的進行。工作站會藉此傳送上一次所連線之基地台的位址。當工作站打算與不同的基地台建立連線時，此欄位可以用來轉換連線，以及取回所有暫存的訊框。

Listen interval欄位：
當工作站處於休眠狀態，基地台必須為之暫存訊框。休眠中的工作站會定期起來聽往來的訊息，而listen interval就是以Beacon interval為單位所算出來的休眠時間。

Association ID：
當工作站與基地台連線時，就會被賦予一個連線識別碼，用以協助控制與管理功能。

Time stamp：
可用來同步BSS中的工作站，BSS的主計時器會定期傳送目前已作用的微秒數。

Reason Code：
當對方不適合加入網路時，工作站會送出Disassociation (解除連線)或Deauthentication (解除身份認證) 訊框作為回應。

Status Code：
為0表示某項作業成功，非0表示失敗。

「管理訊框」的資料元素
資訊元素(information element)是管理訊框的組成元件，其長度不定。
Service Set Identity (SSID)
共同組成延伸式服務區域 (extended service area) 所有基本服務區域 (basic service area) 都會使用相同的SSID。

broadcast SSID祇會於 Probe Request訊框，工作站可以藉此找出該區域中所有的802.11網路

Supported Rates：
當行動式工作站試圖加入網路，會先檢視該網路所使用的資料速率。有些速率是強制性的，每部工作站都必須支緩，有些則是選擇性的。

Traffic Indication Map (TIM) 資訊元素：
基地台會為處於休眠的工作站暫存訊框。每一段時間基地台會嘗試傳送這一些暫存訊框給休眠中的工作站。TIM的內容是virtual bitmap，這是由2008個位元所組成的邏輯結構。每一個位元分別映到一個連線識別碼 (Association ID) 當某個識別碼有資料暫存時，相應的位元就會設為1，否則為0

Request 資訊元素：
在Probe Request訊框中，Request資訊元素用來向網路查詢特定的資訊元素。

IBSS DFS 資訊元素：
在中控型 (Infrastructure) 網路裡，是由基地台負責動態選項，至於獨立型 (Independent) 網路，則必須指定由誰進行動態選項 (dynamic frequency selection，簡稱DFS) 演算法。

管理訊框
Beacon (信標) 訊框：
Beacon訊框是相當重要的維護機制，主要用來宣告某個網路的存在。定期傳送的信標，可讓行動式工作站得知該網路的存在。存中控型網路裡，基地台必須負責傳送Beacon
Probe Request訊框：
Probe Request包含兩個欄位：SSID以及Supported Rate。收到Probe Request訊框的工作站會據此判斷對方能否加入網路。

Probe Response訊框：
如果Probe Request訊框所探查的網路與之相容，則該網路會以Probe Request訊框回應。送出最後一個Beacon訊框的工作站，必須負責回應所收到的探查訊息。存中控型網路裡負責回應是基地台，存IBSS當中，工作站會彼此輪流傳送Beacon訊息。

IBSS的資料待傳指示通知訊息 (ATIM) 訊框：
IBSS中沒有基地台，因此無法仰賴基地台暫存訊框。IBSS中的工作站如果處於休眠狀態的接收者暫存訊框，就會存遞送期間送出一個ATIM訊框，通知對方有訊息待傳。

Disassociation與Deauthentication訊框
Disassociation訊框來終結一段連線關係，而Deauthentication (解除認證) 訊框則用來終結一段認證關係。

Association Request：
一旦行動式工作站找到相容網路並且通過身份認證，便會發送Association Request (連線要求) ，試圖加入網路。在接授連線前基地台會驗証Capability Information、SSID及 (Extended) Supported Rated等欄位是否合乎網路參數，另外，基地台也會記錄工作站使用的Listen Interval

Reassocation Request：
位於相同延伸服務區域，但在不同基本服務區域之間遊走的行動式工作站，若要再次使用傳輸系統必須重新連線。

Association Response與Reassociation Response：
當行動式工作站試圖連線基地台時，基地台會回覆一個Association Request (連線回應) 或 Reassociation Response (重新連線回應)

訊框傳送以及連線與身份認證狀態：

802.11 MAC

802.11的規格的關鍵在於MAC。MAC位於各式實體層之上，控制資料的傳輸。它負責核心的訊框封裝作業，以及與有線骨幹網路之間的互動。不同的實體層可能提供不同的傳輸速度，不過實體層之間必須彼此互通。

碰撞(collision)會浪費寶貴的傳輸資源，因此802.11轉而使用碰撞避免(CSMA/CA)，而非使用Ethernet所採行的碰撞偵測(CSMA/CD)

802.11採用正面回應(positive acknowledgement)機制。所有傳送出去的frame必須得到回應，只要有任何一個環節失敗，該訊框即視為已經漏失。



隱藏節點的問題：

在無線網路中，隱藏節點所導致的碰撞問題相當難以偵測，因為無線收發器通常只有半雙工(half-duplex)；亦即無法同時收送資料。為了防止碰撞產生，802.11允許工作站使用Reguest to Send(要求傳送，RTS)及Clear to Send(開始傳送，CTS)訊號來淨空傳送區域。
而RTS訊框、CTS訊框，資料訊框及最後回應訊框視為不可分割的作業。

一旦收到RTS，接收端會以CTS訊框回應。與RTS訊框一樣，CTS訊框會令附近的工作站保待持沉默，等到RTS/CTS完成交換程序，傳送端可以傳送待傳的訊框，無須擔心來自其它隱藏節點的干擾。



另外，使用者可以透過調整RTS門檻值(threshold)來控制RTS/CTS程序。只要大於此門檻值，就會進行RTS/CTS交換程序。小於此門檻值則會直接傳送訊框。



MAC存取模式與時機：
無線媒介的存取，是由協調功能(coordination function)所控管。
DCF(distributed coordination function)：就是透過CSMA/CA判斷傳送前是否淨空。
PCF(point coordination function)：只有中控型網路才會使用PCF。
HCF(hybrid coordination function)：HCF允許工作站維護多組服務佇列。

載波偵測功能與網路配置向量：
802.11具備兩種載波偵測功能
1. Physical carrier-sensing：實體載波偵測由實體層所提供
2. Virtual carrier-sensing：虛擬載波由網路配置向量(Network Allocation Vector，簡稱NAV)所提供。802.11的訊框通常包含一個duration欄位，用來預訂一段媒介使用時間。NAV本身就是一個timer，當NAV為0表示媒介屬於閒置狀態，若不為0表示為忙碌狀態。

所有收到RTS訊框的工作站均會暫緩存取媒介，直到NAV消逝，然而不見得網路每一個工作站均會收到RTS訊框，因此，接收端會以CTS訊框加以回應，其中，亦包含NAV，不過為時較短。

802.11 MAC內建避免碰撞的功能，所以工作站會延遲媒介的存取，直到媒介再度閒置。當媒體閒置下來，高度優先的資料所等待的時間較短。

DCF允許多部獨立的工作站彼此互動，無須透過中央控管，因此可以運用於IBSS網路或中控型網路。

lifetime：傳送第一個訊框之後，life counter隨即啟動，一旦超過其時間，該訊框會被去掉。

速度較高的實體層會使用較短的時槽。工作站會隨機挑選某個槽，等待該時槽來以便存取媒介。所有slot的機會均相等。而數字越小的越先傳送。

和所有的802.11鍵路層(link layer)一樣，802.11可以傳送不同網路協定(network-layer protocol)和Ethernet不同的是802.11是以802.2的邏輯鍵路控制(logical-link control，簡稱LLC)封裝來攜帶上層協定。

競爭式資料服務：
802.11定義了兩組截然不同的基本交換程序。
DCF：用於競爭式服務(contention-based service)
PCF：用於免競爭服務(contention-free service)

群播(multi-cast)與廣播(broadcast)無法加以分割，也無須得到回應。整個基本交換過程祇牽涉到一個訊框，根據競爭式存取控制(contention-based access control)規則加以傳遞。傳送結束後，所有工作站必須等待一段DIFS時間，然後，在競爭期間(contention window)倒數隨機產生的延遲時間。因為只使用到一個訊框，所以NAV為0

單點傳播(unicast)必須得到回應以確保可靠性。

單一訊框(最後一個片段)及其正面回應：
此訊框會利用NAV為本身、回應及SIFS預訂媒介使用權。設定較長的NAV是為了替整個交換程序鎖住虛擬載波，以保証接收端可以回應。因此，交換程序是以ACK做為結束，ACK中的NAV被設為0

RTS/CTS：
為了保証媒介使用權及資料傳輸不被中斷，工作站可以RTS/CTS的交換方式。RTS訊框並未攜帶任何資料。RTS中的NAV可讓CTS完成作業，而CTS則可用來為資料訊框保留媒介使用權。

省電程序：
在RF系統中，放大器是最秏電的元件，由它負責將所送出的訊號放大，以及將所有的訊號放大至可以處理的準位。802.11工作站可以關閉無線電波收發器，並且定期進入休眠狀態，以維持最長的電池使用時間，在這一段時間，基地台會被每部處於休眠狀態的工作站暫存訊框。由省電狀態甦醒的工作站可以使用PS-Poll訊框取得這些暫存訊框。
1. 立即回應：基地台可以對PS-Poll(省電模式-輪詢)訊框立即做出回應。經過一段SIFS(短訊框間隔)時間，基地台即可傳送訊框。PS-Poll訊框的Duration/ID欄位中包含Association ID(連線識別碼)，因此基地台可以判斷有哪一些訊框是為了該工作站產生的。
2. 延遲回應：基地台可以先回覆一個簡單回應，但並未立即採取實際的發送行動。使用延遲回應的優點之一，在於基地台方面的軟體較易實作，因為回應訊息可以透過晶片組韌體立即傳送，至於資料則可以予以暫存，然後依正常程序傳送。

多種速率支援：
能夠以不同速度作業的網路技術必須具備一種機制，可以協調出一種收發彼此均可以接受的資料率。

工作站通則：
1. 每部工作站均保有一份作業速度清單，其中記錄工作站與所連線BSS均支援的所有速率。
2. 每一個BSS必須負責維護一組(基本速率)，亦即打算加入此BSS的工作站所必需支援的速率清單。任何傳送至群組接收位址的訊框必須以基本速率傳送，確保所有的工作站均可以正確解讀
3. 用來啟始訊框的控制訊框，如RTS與CTS的工作站，能夠以相同速率作業。

選速與降速
1. 訊號品質可以直接就訊噪比(signal-to-noise ratio)加以量測或間接觀察有多少訊框需要重傳。
2. 當訊號品質(signal quality)變差，晶片就會降速因應。

訊框的處理與橋接
1. 無線媒介至有線媒介(802.11至Ethernet)
2. 有線媒介至無線媒介(Ethernet至802.11)

802.11網路概論

802.11a所規範的實體層，主要以正交分頻多工(orthogonal frequency division multiplexing，簡稱OFDM)技術為基礎，來提升傳送的速率(跟802.11比起來)。

OFDM-Orthogonal Frequency Division Multiplexing 正交分頻多工：是一種高效率的多通道調變解調變技術。利用離散快速傅利葉轉換(FFT)和反快速傅利葉轉換(IFFT)來調變和解調變傳送的訊號。可使用的頻寬被劃分為多個狹窄的頻帶，資料就可以被平行的在這些頻帶上傳輸。

以無線電波(radio wave)為實體層，還須要比較複雜的PHY。
802.11將PHY進一步劃分為兩個組成元件：
一個是實體層收斂程序(Physical Layer Convergence Procedure簡稱PLCP)，負責將MAC訊框對應到傳送媒介；
另一個是實際搭配媒介(Physical Medium Dependent，簡稱PMD)負責傳送這一些訊框。

PLCP橫跨MAC與實體層，在802.11網路中，PLCP將PLCP將訊框傳至空中之前，會在其中加入一些欄位。



802.11四種實體元件
1. Station：工作站-配備無線網卡的行動裝置
2. Access Point：基地台-位於工作站與傳輸系統之間的橋接器
3. Wireless medium：無線媒介-802.11標準以無線媒介在工作站之間傳遞訊框。其所定義的實體層不祇一種；這一種架構充許多種實體層同時支援802.11 MAC。
4. Distribution System：即有線骨幹網路-當幾部基地台串連以覆蓋較大區域時，彼此之間必須相互通訊，纔能夠掌握行動式工作站的行蹤。而傳輸系統(distribution system)屬於802.11的邏輯元件，負責將訊框(frame)轉送到目的地。



網路類型
Basic Service Set，簡稱BSS：由一組彼此通訊的工作站所構成。工作站之間的通訊的區域稱為Basic Service Area
而BSS又主要分為兩種：Independent BSS(IBSS)、Infrastructure BSS
Infrastructure BSS：如有必要與其它工作站通訊，必須經過兩個步驟
(1). 首先，由啟始對話的工作站將訊框傳遞給基地台
(2). 其次，由基地台將此訊號框轉送至目的地
換句話說，成員之間的通訊必需要通過Infrastructure
Independent BSS(IBSS)：在成員之間，若互相在通訊範圍內的話，不需透過Infrastructure，成員之間可以直接通訊



Extended Service Set：簡稱ESS：將幾個BSS串連為ESS，所有位於同一個ESS的基地台將會使用相同的組合識別碼(service set identifier，簡稱SSID)



為了讓ESS裡的工作站能夠彼此通訊，無線媒介必須能在第二層進行連線，由於基地台扮演橋接的角色，因ESS裡的工作站若要彼此通訊，則骨幹網路必需在第二層連線。第一代基地台必需透過Hub或virtual LAN才能與第二層連線，新型的產品中已內建tunneling技術，可以模擬第二層的連線環境。

802.11所提供的行動性，存在於鏈路層的基本服務組合之間。鏈路層以上究竟發生什麼事，它並無法理解。在部署規劃802.11時，網路工程師必需特別小心，好讓網路層的工作站IP位址，可以在實體層進行無間隙轉換(seamless transition)時被保存下來。就802.11而言，基地台出現三種轉換
1. 不轉換：在同一個BSS中
2. BSS轉換：在同一個ESS中，但是，BSS不相同



3. ESS轉換：在802.11中，並不支援這一種轉換~最多就是把之前的連線關掉，連上新的ESS。而這個就是handover，在同質無線網路中，就是所由的水平式的handover，在異質網路中，就是垂直的handover。在802.21就是提出來讓802.X中異質網路可以達成無間隙的handover。

無線網路導論

無線網路優點
1. 行動性
2. 部署容易、建置快速
3. 彈性
4. 後期成本低

Wireless bridge (無線橋樑)
Access Point (無線基地台)
Wireless Interface (無線網卡)

無線網路所使用的媒介不像實體線纜有明確定義的路徑，而祇是經過特殊編碼與調變過的無線電波鏈路。

IEEE標準	速度	頻段	附註
802.11	1Mbps 2Mbps	2.4 GHz	首份PHY標準(1997)。同時支援跳頻與直接序列調變技術。
802.11a	最大可到54Mbps	5GHz	第二份PHY標準(1999)，產品遲至2000年末才推出
802.11b	5.5Mbps 11Mbps	2.4GHz	第三份PHY漂準
802.11g	最大可到54Mbps	2.4GHz	第四份PHY標準(2003)

無線電本質上屬於一種廣播媒介。一部工作站進行傳送時，所有其它工作站祇能聆聽。基地台的角色有一點像是以往的分享式Ethernet集線器，每一部基地台的傳輸能力固定，且必須由所有連線用戶共享。要增加網路的容量，網管人員必須添加基地台，同時縮小現有的基地台的覆蓋範圍。

無線網路工作原理?
什麼是無線網路系統呢?

頻寬

這裡要說明頻寬這一個東西~
其實早在碩一上剛進來的時候，就要先了解無線網路通訊的DSRC的基本觀念~
那一個時候還沒有無線是波的觀念~所以，一直搞不懂什麼是頻寬，難到是每一秒傳多少單位的頻寬嗎？

直到現在才真的有一點概念了~
不過，除了類比和數位訊號的差別，主要的是由這裡來得知的知識~

當然要整理一下囉~

頻率：一個波在一秒鐘震動的次數 也就是說 1Hz代表一秒鐘震動一次,1KHz代表一秒鐘震動1,000次,1MHz代表一秒鐘震動1,000,000次!!!

無論是有線電與無線電傳輸都有一個中心頻率在,ADSL的傳輸頻率在25KHZ~1.1MHz,手機的傳輸頻率大家都知道900MHz(or 1800MHz)

電學上的頻寬：而我們在這裡有說過，在傳送端與接收端產生一個相同頻率與相位的載波是不容易的，且訊號在傳送的過程中，有可能會有些微的變化，因此，當你設定傳送出去的訊號頻率為G Hz，那它會有一個頻寬B Hz，就就是說在G正負B/2 Hz都是屬於這一個訊號的傳送接收範圍~這就是無線通訊常說的頻寬(也就是要接收的頻率範圍)~

電學上的頻寬：也就是說有線電與無線電傳輸都有一個中心頻率，這裡不直接說頻率而說"中心頻率"因為在傳輸電波的過程中頻率其實並不是固定的，因為傳輸信號的時候因為解調變的動作以及傳輸資料的大小(以無線電來說聲音也是資料的一種)，頻率會在一個範圍裡面上下波動，這個波動的範圍就是所說的頻寬，可以想像一下假設一個頻率代表一條線，如果有10個頻率就代表同時有10條線在傳輸資料，相對的傳輸的資料量就可以增加。因此無線電裡面所說的頻率455MHz頻率，頻寬5KHz的意思其實是中心頻率455MHz做上下2.5KHz範圍的移動!!(但是中間會相隔 0.5KHz的帶寬，所以實際上只有4個帶寬在用)

保護帶：而另外一提的~每個通道頻寬B Hz，為了防止互相干擾，通道間以沒有使用的頻譜(稱保護帶guard band)做分隔~

而無線的頻率高跟低其實跟傳送資料的速率是沒有關係的~頻率高不代表頻寬越大(這裡指的應該就是傳送速率),就好比數字由1~10,他的內容絕不會超過10,數字91~100他的內容也絕不會超過10,頻率越高他的衰減db值越大,有線與無線都一樣

剛才提過ADSL的頻率範圍是25KHZ~1.1MHz,也就是說以電學的角度來看,ADSL的頻寬將近1.1MHz,不過這裡就產生了另外一個問題!! 中華電信不是都說寬頻的頻寬有2~8M嗎?這裡指的並不是剛才所說的真實頻寬!!2~8M所說的是經過數位調變並且壓縮之後的"傳輸速率"!!!他只是經過換算之後對比電學傳輸頻寬的寬度.

而附帶一提的是，中華電信給我們的ADSL的傳送速率是bit/sec為單位
而我們電腦使用的是計算速率是以byte/sec為單位
而1 byte=8bit

參考資料：
有線電跟無線電所指的頻寬是否相同?

無線的基本概念~

這一個禮拜完全沒有進度~
因為，我生病了~

那就把之前的進度拿出來寫吧~

前不久去參加「通訊系統模擬課程訓練與推廣」、「異質無線網路整合與漫遊技術研討會」。
對我這一個無線網路初學者都算是有收護啦~
不過，真的只是概念而以~

首先，先介紹一下無線網路的非常基本的概念吧~
這是在「通訊系統模擬課程訓練與推廣」學到了~
這一門課是教說如何透過Matlab去模擬數位訊號與類比訊號之間的轉換~

訊號的轉換的種類
類比訊號－類比訊號－類比訊號(例如廣播)
數位訊號－類比訊號－數位訊號(用數據機上網)
類比訊號－數位訊號－類比訊號(視訊會議系統)
數位訊號－數位訊號－數位訊號(數位資料編碼)

在真實世界中，在傳送訊號有傳送端與接收端~
傳送端：調變(modulation)
接受端：解調(demodulation)
有點像是編碼與解碼~
另外有一點要注意的是，傳送端與接收端必需使用相同的載波(也就是轉換function和inverse function)，才能把原來的訊號解析出來~

這裡有課堂上使用到的例子，我覺得還蠻清楚的，就把它記錄下來吧~
這一些對有上過通訊系統的課的人應該會覺得很簡單吧~

基頻訊號：是指未經調變等方式處理過的自然訊號(可以為類比或數位型式)，如語音和影像訊號。
載波：是指被調製以傳輸信號的波形，一般為正弦波。一般要求正弦載波的頻率遠遠高於調製信號的頻寬，否則會發生混疊，使傳輸信號失真。

訊號頻率遷移(訊號調變技術)屬於前述第一種類型之轉換。此轉換(類比調變)是將原始的基頻訊號轉換到高頻的訊號，經由類比調變後的高頻訊號稱為已調變訊號(modulated signal)。

大家已熟知一般無線通訊系統之收發機都需要天線將訊號做幅射或接收，依據天線理論，天線的長度(或大小)與所幅射或接收之訊號的頻率有很重要的關係，例如，常聽到的1/4波長天線表示天線的大小是所要幅射或接收之訊號波長的1/4倍。考量頻率為3 kHz的音頻訊號，其波長為3*10^8/3*10^3=10^5(公尺)
若要直接將此訊號直接幅射，所需天線的長度為10^5/4=25000(公尺)

另外考量一100 MHz的訊號，其波長為3*10^8/100*10^6=3(公尺)
若要幅射或接收此訊號所需天線的長度為3/4=0.75(m)

以上分析可知天線大小是與訊號的頻率成反比的，要傳送的資料訊號為基頻訊號，其頻率都比較低。因此若要以無線方式傳送基頻訊號，考量天線的實際狀況勢必要將基頻訊號轉移至較高的頻帶(透過傅利葉轉換)再傳送，也就是必須有一種「頻率遷移」技術以達到無線傳輸的目的。

前述這種訊號頻率遷移與訊號取回之程序稱為調變(modulation)與解調(demodulation)，利用前述之調變與解調技巧可建立一個簡易訊號傳輸系統(如下圖所示)，其中稱為載波頻率(carrier frequency)；通道可以是有線或無線。


簡易訊號傳輸系統在傳送端與接收端皆使用相同的載波，此種使用相同載波的系統稱為同調系統(coherent system)，在傳送端與接收端產生一個相同頻率與相位的載波是不容易的。


另一個觀念：分頻多工
多個相同頻帶的訊號移至不同頻帶使用同一個傳輸媒介傳送的方式，是順理成章的一種多工技術，我們稱之為分頻多工(frequency division multiplexing, FDM)。


一個簡單的分頻多工系統的架構如下圖所示，多工器以載波頻率、和分別將4個輸入訊號調變到不同的頻帶(稱之為通道channel)，每個通道頻寬B Hz，為了防止互相干擾，通道間以沒有使用的頻譜(稱保護帶guard band)做分隔，以此方式在單一傳輸媒介內同時傳送4個訊號之目的。


以下這一張圖，就是數位訊號透過類比訊號傳送出去，把真正的數位訊號藏在類別訊號中，也就是數位訊號－類比訊號－數位訊號之間轉換的例子


以下例子是類比訊號－類比訊號－類比訊號中的調幅(改變的是訊號的振幅)
虛線是原始訊號、而實線是實際在空氣中傳送的訊號


以下例子是類比訊號－類比訊號－類比訊號中的調頻(改變的是訊號的頻率)
第一個圖是原始訊號
第二個圖的紫色是調頻之後的訊號
第三個圖是解調頻之後的訊號