【转载】NS2中MAC 802.11代码深入理解—packet传输的流程

如何传送一个封包(How to transmit a packet?)

首 先,我们要看的第一个function是在mac-802_11.cc内的recv( ),程式会先判断目前呼叫recv( )这个packet的传输方向,若是DOWN,则表示此packet是要送出去的,因此就会再呼叫send(p, h).所以接着,我们跳到send( ),此send( )首先会去检查energy model,若是目前这个node是在睡眠状态(sleep mode),则把此packet给丢弃.然后会把handler h设定给callback_.下一步,就是去呼叫sendDATA(p)和sendRTS(ETHER_ADDR(dh->dh_ra)).

底下是sendDATA的程式码. (部份英文说明和程式码,会因为长度的关系而拿掉,所以读者最好还是拿原本的程式码做对照)

void Mac802_11::sendDATA(Packet *p)

{

hdr_cmn* ch = HDR_CMN(p);

struct hdr_mac802_11* dh = HDR_MAC802_11(p);

/* 更新packet的长度,把packet的长度加上PreambleLength (内定值为144 bits), PLCPHeaderLength(内定值为48bits), Mac Header Length和ETHER_FCS_LEN */

ch->size() += phymib_.getHdrLen11();

/* 填入Mac Header中frame control内的子栏位值 */

dh->dh_fc.fc_protocol_version = MAC_ProtocolVersion;

dh->dh_fc.fc_type = MAC_Type_Data;

dh->dh_fc.fc_subtype = MAC_Subtype_Data;

//printf(".....p = %x, mac-subtype-%d\n",p,dh->dh_fc.fc_subtype);

dh->dh_fc.fc_to_ds = 0;

dh->dh_fc.fc_from_ds = 0;

dh->dh_fc.fc_more_frag = 0;

dh->dh_fc.fc_retry = 0;

dh->dh_fc.fc_pwr_mgt = 0;

dh->dh_fc.fc_more_data = 0;

dh->dh_fc.fc_wep = 0;

dh->dh_fc.fc_order = 0;

/* 记录传送所需要花的时间,计算的方式(PreambleLength +PLCPHeaderLength) * 8 / PLCPDataRate + 剩于的封包长度(单位为bytes) * 8 / dataRate_ */

/* 事实上,底下的这一行程式码是个浪费,因为底下又会针对是否为broadcast或unicast的封包,再计算一次 */

ch->txtime() = txtime(ch->size(), dataRate_);

/* 若是这是一个unicast的封包 */

if((u_int32_t)ETHER_ADDR(dh->dh_ra) != MAC_BROADCAST) {

/* 再一次计算传送所需要花的时间 */

ch->txtime() = txtime(ch->size(), dataRate_);

/* duration的意思是送出去此data packet之后,此次的通讯还需要占用channel所需要的时间,这个时间的长度为传送一个ACK和一个SIF的时间 */

dh->dh_duration = usec(txtime(phymib_.getACKlen(), basicRate_)+ phymib_.getSIFS());

} else {

/* 若这是一个multicast的封包 */

ch->txtime() = txtime(ch->size(), basicRate_);

/* 若是multicast packet,送出去此data packet之后,就算传送完成,不需要再等待ACK,因此duration为0 */

dh->dh_duration = 0;

}

/*当Mac Header中的资讯都填完后,我们先把此packet暂时地存放在Mac Layer中的local buffer,等待适当的时机再传送出去 */

pktTx_ = p;

}

底下是sendRTS的程式码. (部份英文说明和程式码,会因为长度的关系而拿掉,所以读者最好还是拿原本的程式码做对照)

void Mac802_11::sendRTS(int dst)

{

Packet *p = Packet::alloc();

hdr_cmn* ch = HDR_CMN(p);

struct rts_frame *rf = (struct rts_frame*)p->access(hdr_mac:offset_);

/* 检查要传送的封包大小是否是小于RTSThreshold或是不是一个broadcast的封包,若是的话,就不需要传送RTS.若是在使用者所写的 tcl中没有指定RTSThreshold,则ns2会去读取ns-default.tcl的值,内定为0,因此若是使用unicast,则一定会送出去 RTS */

if( (u_int32_t) HDR_CMN(pktTx_)->size() < macmib_.getRTSThreshold() || (u_int32_t) dst == MAC_BROADCAST) {

Packet::free(p);

return;

}

ch->uid() = 0;

ch->ptype() = PT_MAC;

ch->size() = phymib_.getRTSlen();

ch->iface() = -2;

ch->error() = 0;

bzero(rf, MAC_HDR_LEN);

/* 设定RTS packet中Mac Header的栏位 */

rf->rf_fc.fc_protocol_version = MAC_ProtocolVersion;

rf->rf_fc.fc_type = MAC_Type_Control;

rf->rf_fc.fc_subtype = MAC_Subtype_RTS;

rf->rf_fc.fc_to_ds = 0;

rf->rf_fc.fc_from_ds = 0;

rf->rf_fc.fc_more_frag = 0;

rf->rf_fc.fc_retry = 0;

rf->rf_fc.fc_pwr_mgt = 0;

rf->rf_fc.fc_more_data = 0;

rf->rf_fc.fc_wep = 0;

rf->rf_fc.fc_order = 0;

/* 把要传送的目的位址存放到RA */

STORE4BYTE(&dst, (rf->rf_ra));

/* 存放传送RTS所需要花的时间, RTS Frame是用basicRate_传送 */

ch->txtime() = txtime(ch->size(), basicRate_);

/* 把传送端的位址放到TA */

STORE4BYTE(&index_, (rf->rf_ta));

/* 计算duration,计算的公式为: SIF + T(CTS) + SIF + T(Pkt) + SIF + T(ACK) */

rf->rf_duration = usec(phymib_.getSIFS()

+ txtime(phymib_.getCTSlen(), basicRate_)

+ phymib_.getSIFS()

+ txtime(pktTx_)

+ phymib_.getSIFS()

+ txtime(phymib_.getACKlen(), basicRate_));

/* 把建立好的RTS packet先暂时存放到pktRTS_ */

pktRTS_ = p;

}

看完sendDATA( )和sendRTS( )之后,我们再回到send( ).接着,就指定一个unique sequence number给这个data packet.为了更清处的说明,底下把剩余的程式码贴在底下.

/ * 这是在send( )内的程式码 */

/* 若是目前backoff timer并没有在 count down */

if(mhBackoff_.busy() == 0) {

/* 此时channel又是idle */

if(is_idle()) {

/* 若是节点已经再等待defer timer,则让defer timer继续,因此不做任何的设定.但是若没有defer timer,就要根据802.11的规定,需要再等待一个DIFS和一个random time才能做资料的传送,而这个random time是由[0, cw_]所决定的 */

if (mhDefer_.busy() == 0) {

rTime = (Random::random() % cw_)*(phymib_.getSlotTime());

mhDefer_.start(phymib_.getDIFS() + rTime);

}

/* 此时channel若是busy */

else {

mhBackoff_.start(cw_, is_idle());

}

}

做完以上的事情后, send()已经完成了.

然 后,当Defer timer expires的时候,程式就会去呼叫deferHandler(),在deferHandler()中会先去呼叫check_pktCTRL(),但因 为目前pktCTRL没有资料(回传-1),所以会继续去执行check_pktRTS().若是目前channel是idle的状 态,check_pktRTS()内的程

式码就会去设定传输状态为MAC_RTC,并且计算送出RTS timeout的时间,算法为:

timeout = txtime(phymib_.getRTSlen(), basicRate_)

+ DSSS_MaxPropagationDelay // 设定为2 us,可以参考mac-802_11.h

+ phymib_.getSIFS()

+ txtime(phymib_.getCTSlen(), basicRate_)

+ DSSS_MaxPropagationDelay; // 设定为2 us,可以参考mac-802_11.h

设定完后,就会去执行transmit(pktRTS_, timeout),把RTS的packet送出去.

送 完RTS后,我们必需等待CTS,所以我们再回到recv()中的mhRecv_.start(txtime(p)),这个程式码主要是等待整个 packet完全接收后就会去呼叫recvHandler(),而recvHandler()就会再去呼叫recv_timer(),若是判断所收到的 packet是CTS,则再呼叫recvCTS(pktRx_).在recvCTS()中,因为已收到CTS,则代表RTS已传送成功,因此把 pktRTS_ = 0和ssrc_=0,然后再呼叫tx_resume().

在tx_resume()中,由于已成功的做完RTS/CTS,现在要准备送出data. 这部份的程式如下所示

/ * 若是pktTx_有资料要传送 */

else if(pktTx_) {

if (mhBackoff_.busy() == 0) {

hdr_cmn *ch = HDR_CMN(pktTx_);

struct hdr_mac802_11 *mh = HDR_MAC802_11(pktTx_);

/* 判断packet size是否小于RTSThreshold或者是不是broadcast */

if ((u_int32_t) ch->size() < macmib_.getRTSThreshold() || (u_int32_t) ETHER_ADDR(mh->dh_ra) == MAC_BROADCAST) {

rTime = (Random::random() % cw_) * phymib_.getSlotTime();

mhDefer_.start(phymib_.getDIFS() + rTime);

} else {

/* 若是unicast且packet size大于RTSThreshold,则会等待一个SIFS后,再把data packet送出去 */

mhDefer_.start(phymib_.getSIFS());

}

}

}

等到defer timer expires后,又会呼叫deferHandler(),而在deferHandler()又会再去呼叫check_pktTx(). check_pktTx()的程式码如下:

int Mac802_11::check_pktTx()

{

struct hdr_mac802_11 *mh;

double timeout;

assert(mhBackoff_.busy() == 0);

if(pktTx_ == 0)

return -1;

mh = HDR_MAC802_11(pktTx_);

switch(mh->dh_fc.fc_subtype) {

case MAC_Subtype_Data:

/* 若是目前的channel是busy的话,就需要增加contention window,然后再执行一次backoff */

if(! is_idle()) {

sendRTS(ETHER_ADDR(mh->dh_ra));

inc_cw();

mhBackoff_.start(cw_, is_idle());

return 0;

}

/* 设定传输状态为MAC_SEND */

setTxState(MAC_SEND);

if((u_int32_t)ETHER_ADDR(mh->dh_ra) != MAC_BROADCAST)

timeout = txtime(pktTx_)

+ DSSS_MaxPropagationDelay // 设定为2 us,可以参考mac-802_11.h

+ phymib_.getSIFS()

+ txtime(phymib_.getACKlen(), basicRate_)

+ DSSS_MaxPropagationDelay; // 设定为2 us,可以参考mac-802_11.h

else

timeout = txtime(pktTx_);

break;

default:

fprintf(stderr, "check_pktTx:Invalid MAC Control subtype\n");

exit(1);

}

/* 把pktTx_内的data packet传送出去 */

transmit(pktTx_, timeout);

return 0;

}

资料送出去后,若是unicast的data packet就需要等待ACK,所以我们再回到recv()中的mhRecv_.start(txtime(p)),这个程式码主要是等待整个 packet完全接收后就会去呼叫recvHandler(),而recvHandler()就会再去呼叫recv_timer(),若是判断所收到的 packet是ACK,则会呼叫recvACK(pktRx_). 由于已成功收到ACK,则表示DATA packet已成功的送出,所以就把mhSend_.stop(),判断packet size是否有大于RTSThreshold,若是有大于的话,就把slrc_ = 0,没有的话,就把ssrc_=0.并且把pktTx_=0. 最后在结束之前,再呼叫tx_resume().而tx_resume()会呼叫callback_....然后整个DATA packet传送过程就结束了.

参考资料：

http://zhouhuan117.blog.163.com/blog/static/88403623200973093819309/