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序言

在無線通信中，有兩個典型的問題，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，我們已經談論了的隱藏終端問題。

實際上，隱藏終端和暴露終端都是由于CSMA/CA中所采用的LBT機制所引起。隱藏終端是由于監聽到的信道空閑而不是真的空閑，故引發沖突。而暴露終端是由于監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：節點之間無法互相監聽對方。但當其不可以同時傳輸時，其同時傳輸，從而導致沖突發生。隱藏終端在單個AP（或者單個Receiver）時就有可能發生。

我們基于以上拓撲討論基本的隱藏終端問題，在該拓撲中，STA 1與STA 2為兩個節點，這兩個節點都是關聯在AP身上。圖中藍色虛線代表STA 1的發送范圍，綠色虛線代表STA 2的發送范圍。

由于圖中STA 1與STA 2發送范圍無法互相覆蓋，即無法通過物理載波監聽的方法，探測對方是否有發送數據。從而STA 1與STA 2可能會誤以為信道空閑，從而同時發送，繼而造成沖突。

如上圖所述，根據DCF中CSMA/CA的工作機制，STA 1與STA 2在等待DIFS之后，分別選取一個隨機數進行Backoff。STA 2由于隨機數選擇較少，從而首先倒數至0，并發送數據。當STA 2發送數據后，由于STA 1監聽不到STA 2已經占用信道，其依舊誤以為信道是空閑的，從而繼續進行backoff。當STA 1的隨機回退計數值倒數至0時，STA 1也會發送數據。

由于STA 1與STA 2的同時發送，即AP接收時存在重疊區域，即也是發生了沖突，最終這一輪傳輸失敗。當這一輪傳輸失敗之后，STA 1與STA 2采用BEB算法重新選擇隨機數進行回退，但后續過程中兩者依舊無法互相監聽，所以很容易再次出現同時傳輸的現象。在隱藏終端的情況下，網絡是近似癱瘓的，換言之，STA 1與STA 2的吞吐量都趨近于0。

PS：除了RTS/CTS模式是在協議層面解決隱藏終端問題，實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點或者AP移動個位置之類的，實在不行的話，那么控制下原始AP的功率，再添加入一個新的接入點也行，不過最后個方法需要小心一些，因為搞不好會引起下面所述的暴露終端問題。

暴露終端問題

暴露終端問題可以簡單定義為：節點之間能夠互相監聽對方。但其可以同時傳輸時，其不傳輸，從而造成浪費。暴露終端在多個AP（或者多個Receiver）時才有可能發生。

我們基于以上拓撲討論基本的隱藏終端問題，在該拓撲中，STA 1與STA 2為兩個節點，其中STA 1關聯在AP1上，STA 2關聯在AP2上。圖中藍色虛線代表STA 1的發送范圍，綠色虛線代表STA 2的發送范圍。

圖中AP1處于STA 1的覆蓋范圍內，而不再STA 2的覆蓋范圍內。AP2處于STA 2的覆蓋范圍，而不在STA 1的覆蓋范圍內。換言之，AP1只能接受到STA 1的數據，AP2也只能接收到STA 2的數據。當STA 1與STA 2同時發送時，接受節點AP1或者AP2處均不會發生沖突，故其是可以同時傳輸的。但是由于這樣的拓撲特殊性以及DCF中CSMA/CA的工作機制，造成STA 1與STA 2無法同時傳輸，該問題則是暴露終端問題。

在CSMA/CA中，接入是遵守LBT（Listen Before Talk）機制的。我們在DCF的介紹中所述，每一個節點在接入信道之前需要進行backoff。在該過程內，若信道空閑，則每經過1個slot，隨機倒數計數器進行一次倒數。若信道非空閑，則節點不會對隨機倒數計數器進行倒數，并對其進行懸掛。只有當其倒數至0時，才可以發起傳輸。其中信道空閑與否是通過載波監聽機制進行判斷的，而在DCF中，存在物理載波監聽和虛擬載波監聽兩種模式，這兩種監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行討論。（有關DCF的接入過程，詳細內容請查閱之前的文檔）

• 物理載波監聽引起的暴露終端

如上圖所示，由于STA 1與STA 2可以互相監聽。由于STA 2選擇了較小的隨機數進行倒數，從而其最先倒數至0，并進行發送。當STA 2首先發送數據包給STA 2后，STA 1監聽信道為忙狀態，從而無法發送信息。故根據拓撲而言，STA 1是可以傳數據給AP1的，但是由于監聽STA 2正在傳輸，導致信道忙，故STA1懸掛隨機倒數計數器，無法繼續倒數，從而無法傳輸。

這里實際上我們還可以更深入了解一下，實際上STA1為什么需要在別人傳輸的時候，懸掛自己的隨機倒數計數器。在CSMA/CD中，實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，節點就不停的去監聽信道，一旦發現空閑就傳輸。而在CSMA/CA中，節點在中間實際上不是監聽信道，而是接收數據。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，其立刻開始接收該STA 2的數據，因為STA 1不知道該數據是否是發給自己的。只有當完整接收數據，CRC校驗通過后，STA 1才可以檢查幀MAC頭部所對應的目的BSSID地址，看是否是自己的數據包，若不是才可以丟包。換言之，CSMA/CA中，懸掛實際上是為了接收，從而導致的現象是懸掛而已。

• 虛擬載波監聽引起的暴露終端
  

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數進行優先倒數，并且其發送的數據包是RTS數據包。當STA 1識別到該RTS數據包后，其就會被設置為NAV狀態，無法在后面的過程主動競爭信道，進而無法傳輸。與之前描述用RTS/CTS解決隱藏終端問題時不同，在解決隱藏終端問題中，NAV是由AP所反饋的CTS幀所進行保護。而這里由于STA 1與STA 2能夠互相監聽，換言之，在暴露終端情況下，STA 1的NAV是被STA 2所發送的RTS幀進行保護的。在STA 1被NAV保護后，其也無法傳輸，最終導致暴露終端問題。

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總結

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容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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