GB/T 43957-2024 林草物联网 面向视频的无线传感器网络媒体访问控制和物理层协议

ICS35.100.01
CCS L66
中华人民共和国国家标准
GB/T43957—2024
林草物联网 面向视频的无线传感器
网络媒体访问控制和物理层协议
Forestryandgrasslandinternetofthings—Mediumaccesscontroland
physicallayerprotocolsforvideobasedonwirelesssensornetwork
2024-04-25发布2024-04-25实施
国家市场监督管理总局
国家标准化管理委员会发布

目 次
前言………………………………………………………………………………………………………… Ⅲ
1 范围……………………………………………………………………………………………………… 1
2 规范性引用文件………………………………………………………………………………………… 1
3 术语和定义……………………………………………………………………………………………… 1
4 缩略语…………………………………………………………………………………………………… 1
5 总体描述………………………………………………………………………………………………… 2
5.1 VWSN体系特点…………………………………………………………………………………… 2
5.2 VWSN支持的设备………………………………………………………………………………… 2
5.3 网络拓扑…………………………………………………………………………………………… 3
5.4 逻辑服务接口……………………………………………………………………………………… 3
5.5 服务类型及内容…………………………………………………………………………………… 3
5.6 支持服务的消息信息内容………………………………………………………………………… 4
5.7 协议参考模型……………………………………………………………………………………… 5
5.8 功能种类及内容…………………………………………………………………………………… 6
6 物理层规范……………………………………………………………………………………………… 9
6.1 总体情况…………………………………………………………………………………………… 9
6.2 PHY功能…………………………………………………………………………………………… 9
6.3 一般要求和定义…………………………………………………………………………………… 9
6.4 操作频率范围……………………………………………………………………………………… 10
6.5 PHY服务………………………………………………………………………………………… 10
6.6 PPDU格式………………………………………………………………………………………… 12
6.7 PHY服务接口…………………………………………………………………………………… 12
6.8 PHY层…………………………………………………………………………………………… 14
6.9 PLME ……………………………………………………………………………………………… 22
6.10 MCS参数………………………………………………………………………………………… 22
7 MAC层规范…………………………………………………………………………………………… 23
7.1 总体情况…………………………………………………………………………………………… 23
7.2 MAC层服务……………………………………………………………………………………… 23
7.3 MAC帧格式……………………………………………………………………………………… 24
7.4 MAC功能………………………………………………………………………………………… 29
7.5 分布式协调功能…………………………………………………………………………………… 32
7.6 TS的调度与发送………………………………………………………………………………… 33
7.7 SP的分配和管理………………………………………………………………………………… 33

7.8 MAC层和PHY交互的消息序列图…………………………………………………………… 39
8 层管理…………………………………………………………………………………………………… 47
8.1 管理模型…………………………………………………………………………………………… 47
8.2 MLMESAP接口………………………………………………………………………………… 48
8.3 PLMESAP接口………………………………………………………………………………… 49
9 MAC层管理实体……………………………………………………………………………………… 49
9.1 同步………………………………………………………………………………………………… 49
9.2 关联和重新关联…………………………………………………………………………………… 50
附录A (资料性) 无线电频率的规定………………………………………………………………… 51
A.1 概述……………………………………………………………………………………………… 51
A.2 工作在779MHz~787MHz频段内短距离无线电设备的技术指标………………………… 51
A.3 VWSN设备扩频及均值措施的规定…………………………………………………………… 51
参考文献…………………………………………………………………………………………………… 53

前 言
本文件按照GB/T1.1—2020《标准化工作导则 第1部分:标准化文件的结构和起草规则》的规定
起草。
请 注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任。
本文件由国家林业和草原局提出。
本文件由全国林业和草原信息标准化技术委员会(SAC/TC386)归口。
本文件起草单位:中国电子技术标准化研究院、国家林业和草原局信息中心、中国电子技术标准化
研究院华东分院、深圳赛西信息技术有限公司、深圳市海思半导体有限公司、北京赛西科技发展有限责
任公司、重庆邮电大学、东南大学。
本文件主要起草人:卓兰、顾红波、李德建、张弛、雷根、刘培、白莹、杨宏、韩丽、王晓春、李孟良、
郭雄、颜建卿、梁金洁、郎俊奇、凌振、杨明。

1 范围
本文件规定了林草物联网中面向视频的无线传感器网络协议的相关要求,这种视频无线接入协议
适用于固定或便携设备,这些设备不使用电池或使用容量有限的电池作为电源,并主要工作在有限的空
间范围(0m~1000m)内。
本文件适用于林草物联网中面向视频的无线传感器网络的设备开发和使用。
2 规范性引用文件
下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中,注日期的引用文
件,仅该日期对应的版本适用于本文件;不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改单)适用于
本文件。
GB/T15629.2—2008 信息技术 系统间远程通信和信息交换 局域网和城域网 特定要
求 第2部分:逻辑链路控制
GB/T15629.15—2010 信息技术 系统间远程通信和信息交换 局域网和城域网 特定要
求 第15部分:低速无线个域网(WPAN) 媒体访问控制和物理层规范
GB/T37020—2018 信息技术 系统间远程通信和信息交换 局域网和城域网 特定要求 面
向视频的无线个域网(VPAN) 媒体访问控制和物理层规范
3 术语和定义
GB/T37020—2018界定的以及下列术语和定义适用于本文件。
3.1
林草物联网 forestryandgrasslandinternetofthings
在森林、草原、湿地、荒漠化和沙化等环境中,通过感知设备,按照约定的协议,进行物与物之间的信
息交换和通信,实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理等功能的系统。
[来源:LY/T2413.2—2015,3.1.1,有修改]
3.2
竞争访问周期 contentionaccessperiod;CAP
直接跟在信标帧之后的时间周期,在该时间周期期望发送的设备利用CSMA-CA 机制竞争信道
接入。
4 缩略语
下列缩略语适用于本文件。
AP:接入点(AccessPoint)
AID:关联标识符(AssociationIdentifier)
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GB/T43957—2024
BSS:基本服务集(BasicServiceSet)
BSSID:基本服务集标识(BasicServiceSetIdentifier)
CAP:竞争访问周期(ContentionAccessPeriod)
CCA:空闲信道评估(ClearChannelAssessment)
CFP:无竞争期(ContentionFreePeriod)
CRC:循环冗余码(CyclicRedundancyCheck)
CSMA-CA:带碰撞避免的载波侦听多址访问-冲突避免(CarrierSenseMultipleAccess-Collision
Avoidance)
DS:分布式系统(DistributedSystem)
DSS:分布式系统服务(DistributedSystemService)
EIRP:等效全向辐射功率(EffectiveIsotropicallyRadiatedPower)
ESS:扩展服务集(ExtendedServiceSet)
IFS:帧间间隔(InterFrameSpace)
MAC:媒体访问控制(Medium AccessControl)
MCS:调制与编码策略(ModulationandCodingScheme)
MSDU:MAC服务数据单元(MACServiceDataunit)
PAN:个域网(PersonalAreaNetwork)
PDU:协议数据单元(ProtocolDataUnit)
PER:误包率(PacketErrorRadio)
PHY:物理层(PhysicalLayer)
PLCP:物理层会聚协议(PhysicalLayerConvergenceProtocol)
PLME:物理层管理实体(PhysicalLayerManagementEntity)
PPDU:物理层协议数据单元(PHYProtocolDataUnit)
RF:射频(RadioFrequency)
SAP:服务访问点(ServiceAccessPoint)
SP:服务期(ServicePeriod)
SS:站服务(StationService)
STA:站点(Station)
VWSN:面向视频的无线传感器网络(VideobasedonWirelessSensorNetwork)
WM:无线媒体(WirelessMedia)
5 总体描述
5.1 VWSN 体系特点
VWSN 是一个面向视频传输的林草室外无线网络,也是一个简单的、低成本的通信网络。这种网
络支持有限功率,允许灵活部署的无线连接。VWSN 的主要目标是在视频汇聚点与视频监视器、视频
传感器之间,实现易安装、数据传输可靠、短距离工作、低成本和低功耗的无线网络。同时,支持简单和
灵活的星形网络拓扑。
5.2 VWSN 支持的设备
在VWSN 中支持两种具有不同通信能力的设备,即AP和STA。AP主要用于BSS管理、视频数
据收集和转发作用。AP与所有的STA 之间都可以通信,STA 之间不能直接通信,只能与AP通信。
STA 主要用于简单的应用,如视频监控终端等。
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5.3 网络拓扑
5.3.1 网络拓扑结构
VWSN 的拓扑结构是星形网络,如图1所示。在星形网络中,所有STA 都应与中心设备即AP通
信。在这种网络中,AP一般使用持续电力系统供电,而STA 可以采用电池供电或者电力系统供电。
图1 星形网络结构
5.3.2 星形网络拓扑形成
在星形网络形成过程中,一旦网络中有一个AP被启动后,便由它来建立网络。选择一个BSS标识
符后,AP就允许其他设备加入自己的网络,并为这些设备转发数据。
5.4 逻辑服务接口
本文件定义的服务有两类:SS和DSS。这两种服务均由MAC层使用。
本文件体系结构服务的完整集如下:
a) 关联;
b) 解除关联;
c) 重新关联;
d) MSDU 发送。
服务集被分为两组:一组为STA 部分;另一组为DS部分。
5.5 服务类型及内容
5.5.1 概述
本文件共定义了四种服务:关联、解除关联、重新关联和MSDU 发送,用于支持STA 之间的
MSDU 交付。
每种服务是由一种或多种MAC 帧类型支持的。某些服务由MAC 管理消息支持,某些服务由
MAC数据消息支持。所有消息均利用MAC层媒体访问方法获得对WM 的访问。
MAC层使用数据、管理及控制(见第7章)三种类型的消息。数据消息的处理是通过MAC数据服
务通路进行的。
MAC管理消息用于支持本文件服务,并通过MAC管理服务数据通路来处理。
MAC控制消息用于支持交付本文件数据和管理消息。
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5.5.2 支持的服务
5.5.2.1 关联
对于给定的STA,分发服务需要知道访问哪个AP。该信息通过关联概念提供给DS。为了支持
BSS转移的移动性,关联是必要的但不是充分的。关联服务足以支持无转移的移动性。关联是一
种DSS。
STA 在被允许通过AP发送数据消息之前,应首先与该AP相关联。相关联的操作调用关联服
务,该服务向DS提供STA 到AP的映射。DS使用该信息完成消息分发服务。关联服务提供的信息
是如何在DS内保存和管理的,本文件未规定。
在任何给定时刻,一个STA 可与最多一个AP相关联。一旦关联完成,STA 可充分利用DS(通过
AP)进行通信。关联总是由STA 启动,而不是AP。
一个AP可以在同一时刻与多个STA 相关联。
5.5.2.2 重新关联
关联足以在STA 之间进行无转移消息交付。要支持BSS转换移动性还需要附加功能度。必需的
附加功能由重新关联服务提供。重新关联是一种DSS。
重新关联服务被调用以将当前关联从一个AP 移动到另一个AP。当STA 在ESS 内从一个
BSS移动到另一个BSS时,它始终将AP与STA 之间的映射告知DS。当STA 保持与同一AP的关联
时,重新关联还能使已建立关联的关联属性能改变。重新关联总是由STA 启动。
5.5.2.3 解除关联
只要现有的关联要被终止就调用解除关联服务。解除关联是一种DSS。
在DSS中,该服务通知DS使现有的关联信息无效。因此,试图通过DS向已解除关联的STA 发
送信息是不会成功的。
关联的任何一方(非AP的STA 或AP)均可调用解除关联服务,解除关联是一个通告型而非请求
型服务,它不能被关联的任何一方拒绝。
由于服务或其他原因,当AP从网络中移走时,AP可能需要解除它与STA 的关联。STA 在离开
网络时会尝试解除关联,然而MAC 协议并不依赖于STA 调用解除关联服务。若已关联的STA 丢
失,MAC管理应能解除该STA 的关联。
5.6 支持服务的消息信息内容
5.6.1 数据
对于要向其他STA 发送数据的STA,它发送的数据消息如下所示。
a) 消息类型:数据。
b) 消息子类型:数据。
c) 信息项:
———消息的IEEE源地址;
———消息的IEEE目的地址。
d) 消息方向:从STA 到AP。
5.6.2 关联
对于要关联的STA,关联服务引发如下消息。
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a) 关联请求。
1) 消息类型:管理。
2) 消息子类型:关联请求。
3) 信息项:
———发起关联过程的STA 的IEEE地址;
———发起方STA 应关联的AP的IEEE地址。
4) 消息方向:从STA 到AP。
b) 关联响应。
1) 消息类型:管理。
2) 消息子类型:关联响应。
3) 信息项:请求关联的结果,其值为“成功(successful)”或“不成功(unsuccessful)”。
4) 如果关联成功,响应应包括AID。
5) 消息方向:从AP到STA。
5.6.3 重新关联
对于需重新关联的STA,重新关联服务引发下述消息。
a) 重新关联请求:
1) 消息类型:管理。
2) 消息子类型:重新关联请求。
3) 信息项:
———发起重新关联的STA 的IEEE地址;
———发起方STA 应重新关联的AP的IEEE地址;
———发起方STA 当前关联的AP的IEEE地址。
4) 消息方向:从STA 到AP(STA 请求重新关联的AP)。
b) 重新关联响应:
1) 消息类型:管理。
2) 消息子类型:重新关联响应。
3) 信息项:
———请求重新关联的结果,该项值为“成功”或“不成功”;
———如果重新关联成功,响应应包括AID。
4) 消息方向:从AP到STA。
5.6.4 解除关联
对于应终止活动的关联的STA,解除关联服务引发下述消息。
a) 消息类型:管理。
b) 消息子类型:解除关联。
c) 信息项:
1) 被解除关联的STA 的IEEE地址。当AP解除所有已关联STA 的当前关联时,则为广
播地址;
2) STA 目前关联的AP 的IEEE地址。
d) 消息方向:STA 到AP或AP到STA。
5.7 协议参考模型
5.7.1 概述
协议参考模型包括两个部分:PHY 和数据链路层的MAC层,这些层紧密对应于开放式系统互连
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GB/T43957—2024
(OSI)模型。本文件描述的层与子层如图2所示。
图2 协议参考模型
5.7.2 MAC层
MAC层提供两种服务:连接到MLME-SAP的MAC层数据服务和MAC层管理服务,前者保证
MPDU 在PHY数据服务中的正确收发,后者维护一个存储MAC层协议状态相关信息的数据库。
MAC层主要功能包括:信标管理、信道接入、SP管理、帧确认、发送确认帧、关联和解关联。
5.7.3 物理层
物理层定义了两种服务:PLME-SAP的PHY数据服务和PHY 管理服务。PHY 数据服务在物理
发射信道上收发PPDU。PHY管理服务维护一个由物理相关数据组成的数据库。
PHY数据服务包括以下五方面的功能:
a) 启动和休眠射频收发机;
b) 信道能量检测;
c) 检测接收数据帧的链路质量并指示;
d) CCA;
e) 收发数据。
5.8 功能种类及内容
5.8.1 信道接入期
一个信标间隔内的活跃期划分为三个阶段:信标帧发送期、轮询通告期、数据发送期。其中,数据发
送期包括竞争访问周期和非竞争周期。信标间隔的长度由AP设定,并通过发出的信标帧广播到整个
网络。
5.8.2 数据传输模型
一个VWSNBSS中存在着两种数据传输事务:STA 发送数据给AP、AP发送数据给STA。星形
网络中只存在这两种数据传输方式。
在VWSNBSS中,AP定时广播信标帧。STA 之间通信使用基于时隙的CSMA-CA 信道访问机
制,一个VWSNBSS中STA 都通过AP发送的信标帧进行同步。在时隙CSMA-CA 机制下,每当设备
应发送数据帧或命令帧时,它首先定位下一个时隙的边界,设备就在下一个可用时隙边界开始发送数
据;如果信道忙,设备应重新等待随机个数的时隙,再检查信道状态,重复这个过程直到有空闲信道出
现。在这种机制下,确认帧的发送不需要使用CSMA-CA 机制,而是紧跟接收帧发送回原设备。
图3是一个VWSN 网络中某一STA 传送数据给AP的例子。该STA 首先侦听网络中的信标
帧,如果接收到信标帧,它就同步到此信标帧,然后应用时隙CSMA-CA 机制,选择一个合适的时机,把
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数据帧发送给AP。AP成功接收到数据以后,回发一个确认帧表示成功收到该数据帧。
图3 STA 发送数据给AP
图4为在有信标能力网络中AP发送数据帧给BSS中某个STA 的例子。当AP需要向某个STA
发送数据时,就在下一个信标帧中说明AP拥有属于某个STA 的数据正在等待发送。目标STA 在周
期性的侦听过程中会接收到这个信标帧,从而得知属于自己的数据保存在AP,这时就会向AP发送请
求传送数据的MAC命令。何时发送该命令帧由时隙CSMA-CA 机制来确定。AP收到请求帧后,先响
应一个确认帧表明收到请求命令,然后开始传送数据。STA 成功接收到数据帧后再回发一个数据确认
帧,AP接收到这个确认帧后,才将消息从自己的消息队列中移走。
图4 AP传送数据给网络设备
5.8.3 鲁棒性
5.8.3.1 CSMA-CA
根据网络的结构,采用两种不同的信道访问机制。不用信标能力的VWSNBSS采用非时隙的CSMA-
CA 机制(见6.3.1)。当任何一个STA 想要传输数据帧或MAC命令时,应等待一段随机时间:若
发现道信道是空闲的,在一段随机时间后就可以发送;若信道被其他STA 占用,STA 应退避另一随机
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GB/T43957—2024
时间再感知信道。确认帧的发送不需要经过这一机制。
在有信标能力的VWSNBSS中,STA 采用时隙的CSMA-CA 机制来访问无线媒体,应注意的是退
避时隙和信标帧的发送是同时开始。此外,在同一个PAN 中,所有STA 的退避时隙由AP排列。当一
个STA 要在CAP期间传输数据时,应定位于下一个退避时隙的起始边界,并等待一个随机退避时间。
如果感知到信道忙,在随机退避时间结束后,STA 应等待另一段随机时间,然后再感知信道;如果发现
信道空闲,STA 则在下一个可用时隙传输数据。确认帧和信标帧的发送并不采取这一机制。
5.8.3.2 帧确认机制
帧确认机制是一种可选机制,发送帧的STA 可要求目的STA 在成功接收数据后发送确认,也可以
不要求发送。STA 只对数据帧和命令帧使用帧确认机制,在任何情况下都不会为信标帧或确认帧响应
确认。STA 发送一帧后,如果在一定的时间内没有收到确认帧,就认为传输失败,需要重新选择时机发
送该帧。对于不要求确认的数据帧,发送以后就认为发送成功,并从本地缓冲队列中删除该数据帧。
5.8.4 原语的概念
本条将给出服务原语概念的一个简单描述。更详细的概念应符合GB/T15629.2—2008的相关
要求。
某 层提供的服务是指该层在下层提供的服务的基础供应上层或者子层的能力。图5给出了通信
双方N-users和它们相关的对等协议实体N-layer(或者子层)之间的关系和服务层次。
图5 服务原语
服务通过描述在N-user和N-layer之间传递的信息流来详细说明。这种服务提供信息流采用离
散、瞬时事件来模拟。每个事件都是通过层的与N-user相关的SAP从一个层向另一个层发送服务原
语。服务原语通过提供特定的服务来传达要求的信息。服务原语都是抽象的,因为它们只指定提供的
服务,而不指定提供服务的方法。这个定义和其他任何的接口执行相互独立。
服务通过描述服务原语和该原语相关的参数来指定。一个服务可能有一个或者多个相关的原
语,由这些原语构成特定的服务。每一个服务原语都有零个或者多个用来传递提供服务需要信息的
参数。
一 个原语可能是以下的四个基本原语之一。
a) Request:Request原语从N-user发送给N-layer,请求初始化一个服务。
b) Indication:Indication原语由N-layer发送给N-user,通知一个和N-user相关的内部N-layer
事件。该事件可能和一个远程服务请求逻辑上相关,也可能是由一个N-layer内部事件引
起的。
c) Response:Response原语由N-user发送给N-layer,来完成前面由通知原语调用的过程。
d) Comfirm:Comfirm 原语由N-layer发送给N-user,来传达和先前服务原语相关的结果。
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6 物理层规范
6.1 总体情况
本章规范了一个VWSN 正交频分复用(OFDM)系统的PHY实体。
VWSN 的OFDMPHY只支持使用1GHz以下频段,支持四种信道带宽:8MHz、4MHz、2MHz
和1MHz。子载波间隔31.25kHz适用于所有的带宽情况。AP和非AP的STA 都使用单阵元的天
线,不支持多输入、多输出(MIMO)技术。
具有2MHz、4MHz、8MHz信道带宽的PPDU 的传输,要采用1/10的时钟频率,可参考表8。
VWSNPHY数据子载波使用二进制相移键控(BPSK),正交相移键控(QPAK),16进制正交幅度
调制(16-QAM),64-QAM 进行调制。前向误差纠错(FEC)编码(卷积码或者LDPC码)的码率为1/2、
2/3、3/4和5/6。
VWSN 的AP和非AP的STA 都应当支持以下特征:
a) 8MHz信道带宽;
b) MCS0~8;
c) 二进制卷积码;
d) 一般保护间隔TGI(定义在表8定时相关的常数);
e) 固定导频。
VWSNSTA 可选支持以下特征:
a) LDPC (发送和接收);
b) 短保护间隔;
PHY由下列两种协议功能组成:
a) 物理层汇聚功能,它使得依赖于物理媒体(PMD)的系统的能力与PHY 服务相适配。该功能
由PLCP支持,PLCP定义了一种把本文件MPDU 映射到成帧格式的方法,而这种成帧格式
适合于在两个或更多使用相关联的PMD系统的STA 之间发送和接收用户数据和管理信息;
b) PMD系统,其功能定义了在两个或更多STA 之间通过WM 发送和接收数据的特性和方法。
每个PMD 子层可要求定义一个单独的PLCP。如果PMD 子层已经提供了已定义的PHY 服
务,物理层会聚功能可能为空。
6.2 PHY 功能
PHY的定义包含三个功能:PMD功能、物理层会聚功能和层管理功能。
在STA 上通过一个SAP提供给MAC实体的PHY服务称为PHY-SAP。也可以定义一套原语来
描述物理层会聚协议子层和PMD子层间的接口,称为PMD-SAP。
6.3 一般要求和定义
物理层主要作用包括:
a) 打开和关闭收发器;
b) 对当前工作信道进行能量检测;
c) 对接收到的数据包进行链路质量检测并指示;
d) 为CSMA-CA 做信道空闲评估;
e) 信道频率选择;
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f) 数据发送和接收。
注:在本章中,物理层规定的常数和维护的参数用斜体书写。物理层规定的常数其前缀为“a”,如,aMaxPHYPacketSize
。物理层规定的所有的参数其前缀为“phy”,如,phyCurrentChannel。
6.4 操作频率范围
6.4.1 频率范围
本文件中规定的频率范围为779MHz~787MHz。
6.4.2 信道划分
物理层可分为1个8MHz信道或2个4MHz信道或4个2MHz信道或8个1MHz信道。
6.4.3 射频功率测量
除非另外声明,所有的射频功率测量,不管是发射还是接收,都应在收发器到天线的接口上进行。
测量时应使用与天线接口阻抗相匹配的装置或补偿可能产生的失配。对没有天线接口的设备来讲,测
量应被解释为等效全向辐射功率(EIRP),在所有辐射的测量中,应补偿天线增益的影响。
6.4.4 发射功率
最大发射功率应遵守使用地的法律规定。更多规定见附录A。对符合本文件的设备,其标称发射
功率应由其PHY参数phyTransmitPower 表明。
6.4.5 带外杂散辐射
带外杂散辐射的限制应遵守使用地的法律规定。
6.4.6 接收机灵敏度
表1给出了接收机灵敏度的定义,在本文件的其他章节中,凡涉及接收机灵敏度的地方,都应参考
此定义。
表1 接收机灵敏度定义
术语定义条件
接收机灵敏度
产生规定PER 时,输入信号的功
率门限
—PSDU 长度=256八位位组;
—PER<10%;
—在天线终端上测量功率;
—不存在干扰
PER 发射数据包被错误检测的平均
比率—PSDU 载荷为随机数据,取测量平均值
6.5 PHY 服务
6.5.1 应用范围和领域
本条规定了PHY提供给MAC的服务。这些服务以抽象的方式描述,并不涉及任何特定的实现和
外露接口。
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6.5.2 服务综述
如图2所示,PHY功能分为两个子层:PLCP子层和PMD子层。PLCP子层的功能是提供一个在
PMD子层之上在两个或更多STA 之间传送MPDU 的机制。
6.5.3 PHY 功能
6.5.3.1 功能实体
PHY包含两种功能实体:PHY功能和PLME功能。这两种功能在6.8和6.9中详细描述。
6.5.3.2 PHY 管理实体
PLME与MLME配合执行本地PHY功能的管理。
6.5.3.3 服务规范方法
由图形和状态图表示的模型是所提供功能的图示。需要在模型和实际实现方法之间进行区分。这
些模型为了简单化和表述清楚而做了优化,实际的实现方法留给开发者决定。
一个层的服务是其提供给更高层用户的一组能力。抽象服务在这里通过描述每个服务的服务原语
和参数而加以规范。本定义不依赖于任何特定实现。
6.5.4 相互作用概述
与本文件MAC层和PHY层之间的通信有关的原语分为两种基本类型:
a) 支持MAC对等相互作用的服务原语;
b) 具有本地意义并支持子层对子层相互作用的服务原语。
6.5.5 基本服务和选项
6.5.5.1 PHY-SAP子层对子层服务原语
表2指示了用于子层对子层相互作用的原语。
表2 PHY-SAP子层对子层服务原语
原语请求指示证实
PHY-TXSTART X X
PHY-TXEND X X
PHY-CCARESET X X
PHY-CCA X
PHY-RXSTART X
PHY-RXEND X
6.5.5.2 PHY-SAP服务原语参数
表3给出了一个或多个PHY-SAP服务原语使用的参数。
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表3 PHY-SAP服务原语参数
参数关联原语值
DATA PHY-DATA.request
PHY-DATA.indication 八位位组的值为X‘00’~X‘FF’
TXVECTOR PHY-TXSTART.request 参数集合
STATUS PHY-CCA.indication BUSY,IDLE
RXVECTOR PHY-RXSTART.indication 参数集合
RXERROR PHY-RXEND.indication
NoError
FormatViolation
CarrierLost
UnsupportedRate
6.5.5.3 向量描述
几个服务原语包含参数向量。该向量是一个可能随PHY类型而变化的参数列表。表4列出了在
每一个参数向量中MAC或PHY 所需的参数值。在管理向量而非MAC向量中的参数,可能为PHY
所特有,并且在包含PHY的章中列出。
表4 向量描述
参数关联向量值
DATARATE TXVECTOR,RXVECTOR 依赖于PHY,用于规定发送数据速率和报告接收
数据速率的字段的名字,可以随不同PHY而变化
LENGTH TXVECTOR,RXVECTOR 依赖于PHY
6.6 PPDU 格式
由一个STA 发送的PPDU 的结构是由表6(TXVECTOR 和RXVECTOR 参数)中定义的TXVECTOR
参数决定的。
6.7 PHY 服务接口
6.7.1 概述
PHY通过通用PHY 服务接口的扩展来向MAC 提供一个接口。接口包括TXVECTOR,RXVECTOR
和PHYCONFIG_VECTOR。
TXVECTOR为PHY的每个PPDU 都提供了发送参数。使用RXVECTOR,PHY 向MAC通知
接收的PPDU 的参数。使用PHYCONFIG_VECTOR,MAC独立于帧的发送或接收来配置PHY 的
运行。
6.7.2 TXVECTOR 和RXVECTOR 参数
PHY-TXSTART.request原语中TXVECTOR 参数清单和/或PHY-RXSTART.indication原语
中RXVECTOR参数清单的一部分。
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表5 TXVECTOR 和RXVECTOR 参数
参数值TXVECTOR RXVECTOR
RCPI 是接收到PPDU 数据字段的接收RF功率测量值N Y
SNR
包含接收信噪比(SNR)的测量值。支持8bit的SNR 指示。
SNR应当是每个子载波的分贝值的总和除以子载波总数
的值
N Y
FEC_CODING
指示使用哪种FEC编码。
枚举类型:
BCC_CODING 指示二进制卷积码。
LDPC_CODING指示低密度校验码
MU Y
GI_TYPE
指示短保护间隔是否用于PPDU 数据字段的发送。
枚举类型:
LONG_GI指示短保护间隔不用于PPDU 的数据字段。
SHORT_GI指示短保护间隔不用于PPDU 的数据字段
Y Y
TXPWR_LEVEL
TXPWR_LEVEL 参数的允许值在从1到numberOfOctets
(dot11TxPowerLevelExtended)/2的范围内。这个参数用于
指示定义在dot11TxPowerLevelExtended中的可用发送输出
功率水平中的哪一种应当用于当前传输
Y N
RSSI
接收的信号强度指示(RSSI)参数的允许值在0到255(含)的
范围内。这个参数是PHY 在接收当前PPDU 时在LTF期
间进行测量,在天线处观测到的功率的测量值。RSSI规定为
一种相对的表示,并表示它是接收功率的单调递增函数
N Y
MCS 指示用于PPDU 的调制编码策略。
整数值:范围0~7 MU Y
REC_MCS 指示STA的接收机建议的MCS值。
整数值:范围0~7 N O
LENGTH
如果AGGREGATION 是AGGREGATED ,指示包的长
度,以PSDU 内的八位位组的数量为单位Y Y
如果AGGREGATION 是NOT_AGGREGATED ,指示包的长
度,以PSDU内的八位位组的数量为单位Y Y
PSDU_LENGTH 指示PSDU 的八位位组数量Y Y
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表5 TXVECTOR 和RXVECTOR 参数(续)
参数值TXVECTOR RXVECTOR
TIME_OF_
DEPARTURE_
REQUESTED
布尔值:
为真时指示MAC实体请求PHY 实体测量与报告相当于
由发送端口发送第一份PPDU 能量时的发送时间参数。
为假时指示MAC实体请求PHY 实体既不测量也不报告
发送时间参数
O N
RX_START_OF_
FRAME_OFFSET
如果dot11MgmtOptionTimingMsmtActivated为真,则这个
参数允许值在0~232的范围内。这个参数是输入帧到达接
收天线端口时间点开始,一直到原始发布MAC时间点的估
计偏移量(10ns为单位)
N Y
SCRAMBLER_
OR_CRC
表示在服务领域解扰之前编码器进行初始化。长度为7bit
的比特序列:在解扰之前服务领域的价值为[B0∶B6] N Y
6.8 PHY 层
6.8.1 概述
本条提供了PSDU 被转换成去往或来自WM 上的传输的步骤。
在传输中,一个PSDU 被处理(即加扰和编码等)并且被附加到PHY 前导上以生成PPDU。在接
收机处,PHY前导被处理以辅助PSDU 的检测、解调和传递。
6.8.2 PPDU 格式
PPDU 的一般结构定义见图6。
图6 PPDU 格式
PPDU 格式的字段总结在表6内。
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表6 PPDU 的字段
字段描述
STF 短训练字段
LTF 长训练字段
SIG SIGNAL字段
Data 携带PSDU(s)的数据字段
GI2 双保护间隔
LTS 长训练符号
6.8.3 发射机结构图
一个PPDU 中的每个字段都能够用下面模块中的一个子集来生成(只列出选中的模块):
a) PHY填充;
b) 扰码器;
c) BCC编码解析器;
d) FEC(BCC或LDPC)编码器;
e) 流解析器;
f) BCC交织器;
g) 星座映射;
h) 导频插入;
i) 乘以PHTLTF矩阵的第一列;
j) LDPCtonemapper;
k) 逆离散傅里叶变换(IDFT);
l) 保护间隔(GI)插入;
m) 加窗。
当只有一个BCC编码器(NES=1)时,图7显示了用于生成2 MHz、4 MHz和8 MHzPPDU 的
BCC编码的数据字段的发射机框图。星座映射右侧的模块,也用于生成STF和LTF字段。
图7 具有BCC编码的2 MHz、4 MHz和8 MHzPPDU 数据字段的发射机框图
图8显示了用于生成2MHz、4MHz和8MHzPPDU 的LDPC编码的数据字段的发射机框图。
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图8 具有LDPC编码的2 MHz、4 MHz和8 MHzPPDU 数据字段的发射机框图
6.8.4 调制与编码策略
MCS是一个决定PPDU 的数据字段内使用的调制和编码的值。它是携带在PPDUSIG 字段内的
一个简明表示符。与速率相关的MCS参数显示在从表11到表13中8MHz的MCS之中。
这些表给出了与速率有关的MCS参数,MCS编号从0到7,带宽为2MHz、4MHz和8MHz。
6.8.5 定时相关的参数
表7定义了除SIG字段外,PPDU 格式的定时相关参数。
表7 定时相关的常数
参数CBW2 CBW4 CBW8 描述
NSD 52 108 234 每个OFDM 符号上的数据子载波数量
NSP 4 6 8 每个OFDM 符号的导频子载波数量
NST 56 114 242 每个OFDM 符号的可用子载波总数
NSR 28 58 122 每个OFDM 符号的最高数据子载波编号
ΔF 31.25kHz 子载波频率间隔
TDFT 32μs=1/ΔF IDFT/DFT周期
TGI 8μs=TDFT/4 保护间隔时长
TGI2 16μs 双保护间隔时长
TGIS 4μs=TDFT/8 短保护间隔时长
TSYML 40μs=TDFT+TGI=1.25×TDFT 具有标准保护间隔的OFDM 符号的时长
TSYMS 36μs=TDFT+TGIS=1.125×TDFT 具有短保护间隔OFDM 符号的时长
TSYM 依赖于所使用的GI的TSYML或者TSYMS OFDM 符号的时长
TSTF 80μs=2×TSYML STF字段时长
TLTF 80μs=2×TDFT+TGI2 第一个LTF字段的时长
TSIG 80μs=2×TSYML SIG字段的时长
Nservice 8 SERVICE字段的比特数量
Ntail 6 每个BCC编码的尾比特数量
NST=NSD+NSP — —
表8定义了各带宽PPDU 的SIG字段的定时相关的参数。注意短/双保护间隔没有用在各个带宽
PPDU 的SIG字段中。
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GB/T43957—2024
表8 各带宽PPDU 的SIG 字段的定时相关的常量
参数CBW2 CBW4 CBW8 描述
NSD 48 48 48 每2MHz子信道每个OFDM 符号的数据
子载波数量
NSP 4 4 4 每2MHz子信道每个OFDM 符号的导频
子载波数量
NST 52 52 52 每2MHz子信道每个OFDM 符号的有用
子载波总数
NSR 26 56 120 每个OFDM 符号的最高数据子载波编号
F 31.25kHz 子载波频率间隔
TDFT 32μs=1/ΔF IDFT/DFT周期
TGI 8μs=TDFT/4 保护间隔时长
TSYM 40μs=TDFT+TGI=1.25TDFT OFDM 符号时长
TSIG 80μs=2TSYM SIG字段时长
6.8.6 无线电管理要求
本文件实现的VWSN 应符合中国无线电管理部门设立的设备认证与运行要求。基于本文件发布
时已确立的频谱管理要求,本PHY规范确立了用于互操作的最低技术要求。这些管理常会被修订,或
者可能被取代。不影响互操作性的那些管理要求没有在本文件中解决。
6.8.7 信道划分
物理层遵从本章规范的STA 运行在附录A 中定义的(779MHz~787MHz)信道。
信道中心频率定义为:
信道中心频率= 信道起始频率+0.5MHz×信道中心频率编号
其中信道中心频率、信道起始频率和信道中心频率编号由运行类别给出。
其中2MHz、4MHz、8MHz带宽信道的中心频率,信道起始频率和信道中心频率编号由运行类别
给出。
6.8.8 时隙时间
PHY的时隙时间应当为52μs。
6.8.9 发射和接收天线端口阻抗
当连接器暴露时,发射和接收天线连接器的阻抗应当为50Ω。
6.8.10 发射规范
6.8.10.1 发射频谱掩模
对于一个2MHz掩模的PPDU,发送频谱掩模应具有1.8MHz的0dBr(相对于信号的最大谱密
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度的dB值)带宽,1.1MHz频偏处为-20dBr,2MHz频偏处为-28dBr以及3MHz及以上频偏处
为-40dBr。频率偏移在0.9MHz和1.1MHz,1.1MHz和2MHz,以及2MHz和3MHz之间的发送
频谱掩模应当是在dB域从0.9、1.1、2和3MHz频率偏移处的要求开始线性插值。发送频谱不应超过
发送频谱掩模的最大值以及任意频率偏移下都不能超过-73dB/MHz。图9显示了当-40dBr谱电
平在-73dB/MHz之上时的整体频谱模板示例。
注1:在出现额外的管理限制时,设备同时满足管理要求和本条定义的掩模。
注2:本条中的发送频谱掩模未按比例绘制。
注3:对于TX中心频率泄漏强度的规则在6.8.10.4.2和6.8.10.4.3。测试方法在6.8.10.4.4。本条中的频谱掩模的
要求不适用于RFLO。
图9 2 MHz信道的发射频谱模板
对于一个4MHz掩模的PPDU,发送频谱掩模应当具有3.8MHz的0dBr(相对于信号的最大谱
密度的dB值)带宽,2.1MHz频偏处为-20dBr,4MHz频偏处为-28dBr以及6MHz及以上频偏处
为-40dBr。频率偏移在1.9MHz和2.1MHz,2.1MHz和4MHz,以及4MHz和6MHz之间的发送
频谱掩模应当是在dB域从1.9MHz,2.1MHz,4MHz和6MHz频率偏移处的要求开始线性插值。发
送频谱不应超过发送频谱掩模的最大值以及任意频率偏移下都不能超过-76dB/MHz。图10显示了
当-40dBr谱电平在-76dB/MHz之上时的整体频谱模板示例。
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图10 4 MHz信道的发射频谱模板
对于一个8MHz掩模的PPDU,发送频谱掩模应当具有7.8MHz的0dBr(相对于信号的最大谱
密度的dB值)带宽,4.1MHz频偏处为-20dBr,8MHz频偏处为-28dBr以及12MHz及以上频偏
处为-40dBr。频率偏移在3.9MHz和4.1MHz,4.1MHz和8MHz,以及8MHz和12MHz之间的
发送频谱掩模应当是在dB域从3.9MHz,4.1MHz,8MHz和12MHz频率偏移处的要求开始线性插
值。发送频谱不应超过发送频谱掩模的最大值以及任意频率偏移下都不能超过-79dB/MHz。图11
显示了当-40dBr谱电平在-79dB/MHz之上时的整体频谱模板示例。
图11 8 MHz信道的发射频谱模板
测量应使用10kHz的分辨率带宽和100Hz的视频带宽进行。
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6.8.10.2 频谱平滑度
频谱平滑度测量用针对BPSK调制的PPSU 进行。
令Ei,avg 表示一个数据符号中的一个BPSK调制后的子载波i 的平均星座能量。
在一个具有列在表9中的带宽的传输中,编号被列为测试子载波的每个子载波的Ei,avg 不应偏离子
载波编号列为取平均子载波编号的Ei,avg 的平均值超过表9中规定的最大偏差。Ei,avg 的平均应在线性
域内进行。
对于频谱平滑度测试,发送STA 的输出端口应通过电缆连接到测试仪器的输入端口。该要求适用
于2MHz、4MHz和8MHz的传输。
表9 最大频谱平滑度偏差
发射BW (MHz) 取平均的子载波编号
(包含) 测试子载波编号(包含) 最大偏差
dB
2 -16~-1和+1~+16 -16~-1和+1~+16 ±4
-28~-17和+17~+28 +4/-6
4 -42~-2和+2~+42 -42~-2和+2~+42 ±4
-58~-43和+43~+58 +4/-6
8 -84~-2和+2~+84 -84~-2和+2~+84 ±4
-122~-85和+85~+122 +4/-6
6.8.10.3 发射中心频率和符号时钟频率容限
符号时钟频率和发射中心频率容限最大应为±20×10-6 MHz。
6.8.10.4 调制精确度
6.8.10.4.1 调制精确度测试概述
发送调制精确度规范在6.8.10.4.2和6.8.10.4.3中描述。测试方法在6.8.10.4.4中描述。
6.8.10.4.2 发射机中心频率泄漏
对于所有带宽,TXLO 泄漏应当满足下面的要求。
当RFLO 在发送的PPDUBW 的中心时,使用分辨率带宽为31.25kHz在发送BW 中心处测量得
到的功率不应超过发送的PPDU 每个子载波的平均功率,或者等价地,P -10lg(NST/1),其中P 是天
线的发射功率(单位为dB),NST的定义见表7。
当RFLO 不在发送的PPDUBW 的中心时,使用分辨率带宽为31.25kHz在RFLO 的位置测量
得到的功率应当落在2MHz信道划分边界的分辨率带宽内,而且不应超过相对于总发射功率的最大
27dB以及-45dB,或者等效写为Max(P -27,-15),其中P 是dB为单位的发射功率。
6.8.10.4.3 发射机星座误差
通过在子载波、OFDMPPDU 上取平均计算出的相对星座RMS误差,不应超过表10中的依赖于
数据速率的值。发送STA 的输出端口应当通过一根电缆连接到测试仪器的输入端口。要求适用于
2MHz、4MHz、8MHz的传输。
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GB/T43957—2024
表10 各星座尺寸与码率下允许的相对星座误差
调制码率相对星座误差/dB
BPSK 2×重复下的1/2 -4
BPSK 1/2 -5
QPSK 1/2 -10
QPSK 3/4 -13
16-QAM 1/2 -16
16-QAM 3/4 -19
64-QAM 2/3 -22
64-QAM 3/4 -25
64-QAM 5/6 -27
6.8.10.4.4 发射机调制精确度(EVM)测试
发射调制精确度测试应当通过具有将发送信号以大于或等于发送信号带宽的采样率转变成一串复
采样点能力的设备来执行。
该仪器应当在I/Q 支路幅度和相位平衡、DC偏移、相位噪声以及模数转换的量化噪声方面具有足
够的精度。这样一种方案的可能实现是用微波综合器(microwavesynthesizer)将信号转换到低中
频,用数字示波器采样信号并将它数字式地分解为正交的分量。采样后的信号按照下面的步骤或等效
的步骤,以一种类似于实际接收机的方式来处理:
a) PPDU 的起始应被检测到;
b) 从STF到LTF的转变应被检测到并且应建立精细定时;
c) 应估计粗和精细频率偏移;
d) PPDU 内的符号应按照估计的频率偏移进行解旋转补偿;
e) 对于每个LTF符号,将符号转换成子载波的接收值,从导频子载波估计相位,并按照估计的相
位对子载波值解旋转;
f) 对于每个子载波估计复信道响应系数;
g) 对于每个数据OFDM 符号:将符号转换成子载波接收值,从导频子载波估计相位,按照估计的
相位对子载波值解旋转,将每个子载波的结果组成一个矢量,并且通过一个从估计的信道中生
成的迫零均衡矩阵乘以这个矢量;
h) 对于每个携带数据的子载波,找到最近的星座点并计算欧几里得距离;
i) 通过公式(1),计算每个PPDU 的所有误差的RMS,并计算跨PPDU 的RMS平均值。
ErrorRMS =ΣN
f
if =1
Σ
NSYM
is=1 ΣNST
isc=1[I(if,is,isc)-I0(if,is,isc)]2 + [Q(if,is,isc)-{ Q0(if,is,isc)]2]}
NSYM ×NST ×P0
Nf
…………………………(1)
式中:
ErrorRMS ———跨PPDU 误差RMS的平均值;
Nf ———测量的帧数;
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I0(if,is,isc),Q0(if,is,isc)———在帧if,OFDM 符号is,子载波isc上复平面内的理想符号点;
I(if,is,isc),Q(if,is,isc) ———帧if,OFDM 符号is,子载波isc上复平面内的观测符号点;
P0 ———星座的平均功率;
NSYM ———每个OFDM 符号的子载波总数;
NST ———每个OFDM 符号的可用子载波总数。
测试应当在至少20个PPDU 上进行。测试用的PPDU 应至少达到16个数据OFDM 符号长度。
随机数据应用于符号中。
6.9 PLME
可能被PHY实体和更高层的层内LME 访问的MIB属性应符合GB/T15629.15—2010的相关
要求。
6.10 MCS参数
2MHz、4MHz和8MHz速率有关的参数在表11~表13给出。在所有情况下支持4μsGI都是
可选的。对于所有的信道带宽,一个STA 应支持MCS0到MCS7。支持8 MHz是必选的,支持
2MHz和4MHz是可选的。
表11 2 MHz的MCS
MCSIdx Mod R N_bpscs N_sd N_sp N_cbps N_dbps N_es Data_rate/kbit/s
8μsGI 4μsGI
0 BPSK 1/2 1 52 4 52 26 1 650.0 722.2
1 QPSK 1/2 2 52 4 104 52 1 1300.0 1444.4
2 QPSK 3/4 2 52 4 104 78 1 1950.0 2166.7
3 16-QAM 1/2 4 52 4 208 104 1 2600.0 2888.9
4 16-QAM 3/4 4 52 4 208 156 1 3900.0 4333.3
5 64-QAM 2/3 6 52 4 312 208 1 5200.0 5777.8
6 64-QAM 3/4 6 52 4 312 234 1 5850.0 6500.0
7 64-QAM 5/6 6 52 4 312 260 1 6500.0 7222.2
表12 4 MHz的MCS
MCSIdx Mod R N_bpscs N_sd N_sp N_cbps N_dbps N_es Data_rate/kbit/s
8μsGI 4μsGI
0 BPSK 1/2 1 108 6 108 54 1 1350.0 1500.0
1 QPSK 1/2 2 108 6 216 108 1 2700.0 3000.0
2 QPSK 3/4 2 108 6 216 162 1 4050.0 4500.0
3 16-QAM 1/2 4 108 6 432 216 1 5400.0 6000.0
4 16-QAM 3/4 4 108 6 432 324 1 8100.0 9000.0
5 64-QAM 2/3 6 108 6 648 432 1 10800.0 12000.0
6 64-QAM 3/4 6 108 6 648 486 1 12150.0 13500.0
7 64-QAM 5/6 6 108 6 648 540 1 13500.0 15000.0
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表13 8 MHz的MCS
MCSIdx Mod R N_bpscs N_sd N_sp N_cbps N_dbps N_es Data_rate/kbit/s
8μsGI 4μsGI
0 BPSK 1/2 1 234 8 234 117 1 2925.0 3250.0
1 QPSK 1/2 2 234 8 468 234 1 5850.0 6500.0
2 QPSK 3/4 2 234 8 468 351 1 8775.0 9750.0
3 16-QAM 1/2 4 234 8 936 468 1 11700.0 13000.0
4 16-QAM 3/4 4 234 8 936 702 1 17550.0 19500.0
5 64-QAM 2/3 6 234 8 1404 936 1 23400.0 26000.0
6 64-QAM 3/4 6 234 8 1404 1053 1 26325.0 29250.0
7 64-QAM 5/6 6 234 8 1404 1170 1 29250.0 32500.0
7 MAC层规范
7.1 总体情况
本章定义了VWSN 的MAC层规范。MAC子层提供高层访问物理无线信道的服务,并完成以下
任务:
a) AP负责产生并发送网络信标帧;
b) 普通设备STA 根据AP的信标帧与AP同步;
c) 支持PAN 的关联和解除关联操作;
d) 支持无线信道通信安全;
e) 利用CSMA-CA 机制访问信道;
f) 支持时隙保障(SP)机制;
g) 支持不同设备的MAC层间可靠传输。
7.2 MAC层服务
MAC层提供了特定服务聚合子层(SSCS)和PHY的接口。MAC层包括了管理实体MLME,提供
服务接口,并维护和MAC层相关的管理物体的数据库,即MAC层信息数据库。图12是MAC层参考
模型。
图12 MAC层参考模型
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MAC层分别通过两种服务接口提供两种不同的服务:
a) 通过MCPS-SAP提供MAC层数据服务,该服务保证MAC协议数据单元在PHY 数据服务
中的正确收发;
b) 通过MLME-SAP提供MAC层管理服务,该服务维护一个存储MAC子层协议状态相关信息
的数据库。
这两种服务分别通过PD-SAP和PLME-SAP来支持SSCS和PHY 的接口,除了以上的外部接
口,MLME和MCPS间还存在一个接口,这个接口使得MLME能够获得MAC数据服务。
7.3 MAC帧格式
7.3.1 MAC帧格式
每个帧均由下述基本组成部分构成:
a) MAC头,它包含帧控制、持续时间、地址及序列控制信息;
b) 可变长度的帧体,它包含基于帧类型的特定信息;
c) 帧检验序列(FCS),它包含IEEE32bitCRC。
7.3.2 约定
MAC层的MSDU 或帧被描述为按特定顺序排列的字段序列。本章的每个图对MAC帧中的字段
和子字段均按照其在MAC帧出现并由左至右传送到PLCP的顺序描述。
图中,字段的所有位从0到k 编号,字段的长度为k+1位。字段的八位位组边界可以通过对字段
的位数模8得到。在数字字段中长度大于单个八位位组的八位位组按照权值递增的次序描述,从最低
编号比特到最高编号位。字段中长度大于单个八位位组的八位位组按照从包含最低编号位的八位位组
到包含最高编号位八位位组的顺序发送至PLCP。
任何包含CRC的字段对上述协定是例外的,它从最高阶系数开始发送。
MAC地址按照已排序的位序列分配。单个/组位总是首先传送,并且该位为第一个八位位组的
位0。
若无另外声明,十进制值按自然二进制编码。
保留的字段和子字段在发送时设置为0,而在接收时被忽略。
7.3.3 一般帧格式
MAC帧格式包含在所有帧中以固定次序出现的一组字段。图13描述了一般MAC帧格式。地址
2、地址3、序列控制、地址4及帧体字段只在某些类型帧中出现。
图13 MAC帧格式
7.3.4 控制帧
控制帧中帧控制字段的子字段值如图14所示。
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GB/T43957—2024
图14 控制帧中帧控制字段的子字段值
7.3.4.1 请求发送(RTS)帧格式
图15定义了RTS帧的帧格式。
图15 RTS帧
RTS帧的RA 是WM 上作为已挂起的定向数据帧或管理帧的预期的立即接收方的STA 的地址。
TA 为发送RTS帧的STA 的地址。
持续时间值等于发送已挂起的数据帧或管理帧、一个CTS帧以及一个ACK帧所需的时间(以微秒
为单位),加上三个SIFS间隔时间。如果计算出的持续时间值(以微秒为单位)是小数,则向上取整。
7.3.4.2 清除待发(CTS)帧格式
图16定义了CTS帧的帧格式。
图16 CTS帧
CTS帧作为对RTS帧的响应,其RA 字段的值由前面RTS帧的TA 字段复制而来。
持续时间值由前面RTS帧的持续时间字段的值减去发送CTS帧所需的时间(以微秒为单位)和
CTS帧前的SIFS间隔时间得到。如果计算出的持续时间值(以微秒为单位)是小数,则向上取整。
7.3.4.3 确认(ACK)帧格式
图17定义了ACK帧的帧格式。
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图17 ACK 帧
ACK帧的RA 由前面的定向数据帧、管理帧或PS-Poll控制帧的地址2字段复制得到。
如果前面的定向数据帧或管理帧的帧控制字段中多分段标记比特设置为0,则持续时间设置为0;
如果前面的定向数据帧或管理帧的帧控制字段中多分段标记比特设置为1,则持续时间值等于其前面
的数据帧或管理帧中持续时间字段的值减去发送ACK 帧所需的时间(以微秒为单位)和ACK 帧前的
SIFS间隔时间。如果计算出的持续时间值(以微秒为单位)是小数,则向上取整。
7.3.5 数据帧
数据帧的帧格式与子类型无关,其定义如图18所示。
图18 数据帧
7.3.6 管理帧
7.3.6.1 概述
管理帧的帧格式与帧的子类型无关,其定义如图19所示。
图19 管理帧格式
STA 利用地址1字段中的内容进行地址匹配确定接收结果。如果地址1字段包含一个组地址,并
且帧类型不是信标帧,则BSSID生效用于确保广播来自同一BSS信息。
管理帧地址字段不随帧的子类型而改变。
管理帧的BSSID按以下原则确定:
a) 如果站为AP或已关联至AP,则BSSID是包含在AP中的STA 当前使用的地址;
b) 如果站为IBSS的成员,则BSSID就是IBSS的BSSID;
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c) 在子类型为探询请求的管理帧中,BSSID或者是一个特定的BSSID,或者是在规程中定义的广
播BSSID。
DA 为帧的目的地址。
SA 为发送帧的站地址。
在CFP期间发送的所有管理类型帧中,持续时间字段的值设置为32768,在竞争期间发送的所有
管理类型帧中,持续时间字段的值按照以下规则设置:
———如果DA 字段包含一个组地址,则持续时间值设置为0;
———如果帧的帧控制字段的多分段标记比特设置为0,且DA 字段包含一个单地址,则持续时间字
段的值置为发送一个ACK帧所需的时间(以微秒为单位)与一个SIFS间隔时间的和;
———如果帧的帧控制字段的多分段标记比特设置为1,且DA 字段包含一个单地址,则持续时间字
段的值设置为发送该管理帧的下一个分段和两个ACK 帧所需的时间(以微秒为单位)与三个
SIFS间隔时间的和。
管理帧持续时间字段值的计算基于的规则确定了在帧交换序列中控制帧发送的数据速率。如果计
算出的持续时间字段的值(以微秒为单位)是小数,则向上取整。所有的站对有效管理帧不超过32767
的持续时间字段的值进行处理,按协调功能规则适当地更新它们的NAV 设置。
帧体由每个管理帧子类型定义的固定字段和信息元素组成。除非另有声明,否则所有的固定字段
和信息元素是必备的,且它们只能以特定的顺序出现。如果站遇到不能解析的元素类型,则忽略该元
素。在本文件中,没有明确定义的元素类型代码是保留的,在任何一帧中均不会出现。
7.3.6.2 信标帧格式
子类型为信标的管理帧的帧体包含的信息如表14所示。
表14 信标帧体
顺序信息备注
1 时间戳—
2 信标间隔—
3 能力信息—
4 SSID —
5 支持速率—
6 DS参数集合DS参数集合信息元素出现在由采用直接序列PHY的STA产生的信标帧中
7 CF参数集合CF参数集合信息元素仅出现在由支持PCF的AP产生的信标帧中
8 TIM 参数集合TIM 信息元素仅出现在由AP产生的信标帧中
7.3.6.3 解除关联帧格式
子类型为解除关联的管理帧的帧体包含的信息如表15所示。
表15 解除关联帧体
顺序信息
1 原因码
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7.3.6.4 关联请求帧格式
子类型为关联请求的管理帧的帧体包含的信息如表16所示。
表16 关联请求帧体
顺序信息
1 能力信息
2 侦听间隔
3 SSID
4 支持的速率
7.3.6.5 关联响应帧格式
子类型为关联响应的管理帧的帧体包含的信息如表17所示。
表17 关联响应帧体
顺序信息
1 能力信息
2 状态码
3 关联ID(AID)
4 支持的速率
7.3.6.6 重新关联请求帧格式
子类型为重新关联请求的管理帧的帧体包含的信息表18所示。
表18 重新关联请求帧体
顺序信息
1 能力信息
2 侦听间隔
3 当前AP地址
4 SSID
5 支持的速率
7.3.6.7 重新关联响应帧格式
子类型为重新关联响应的管理帧的帧体包含的信息如表19所示。
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表19 重新关联响应帧体
顺序信息
1 能力信息
2 状态码
3 AID
4 支持的速率
7.3.6.8 SP请求帧格式
子类型为SP请求帧的帧体包含的信息如表20所示。
表20 SP请求帧的帧体
顺序信息备注
1 TID —
2 分配类型见表23
3 分配持续时间DSP持续的时间
4 DSP请求DSP请求字段设置为非0值:该STA向AP请求占用可用的DSP,
且该值表示待发送的数据帧的优先级
SP分配类型如表21所示。
表21 SP分配类型
位元4 位元5 位元6 意义
0 0 0 分配SP 类型
1 0 0 分配CBAP 类型
0 0 1 分配DSP 类型
其他组合保留
7.4 MAC 功能
7.4.1 信道接入期结构
信道接入期包含三种类型:信标传输期(BTP)、轮询通告期(ATP)和数据传输期(DTP)。数据
BTP:在此访问期内发送一个或多个信标帧。并非所有的信标帧都能被所有非APSTA 检测到。并非
所有的信标间隔包含BTI。BSS成员中非APSTA 不能在BTI内发送。
ATP:AP和非APSTA 之间基于请求响应管理的访问期。ATP的存在是可选的,并且通过信标
帧发出信号。
DTP:在此访问期内STA 之间进行帧交换。每个信标间隔都有一个DTP。DTP是由基于竞争访
问期(CBAP)和调度服务期(SP)交替组成的。
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图20 信标间隔结构示例
MAC层应保证信标间隔计时的完整性,例如要补偿时钟的偏移。
7.4.2 ATP传输规则
7.4.2.1 概述
当前信标间隔中ATP的存在是通过把当前信标中的ATP存在字段设置为1来发出信号的。在
通告帧或信标帧中传输的下一个ATP元素指示了在随后的信标间隔中ATP的起始时间和持续时间。
如图21所示为ATP期间的帧交换示例。
图21 ATP期间的帧交换示例
在ATP期间,AP和任意子STA 之间进行请求和响应帧交换。在ATP期间的所有帧交换都由
AP发起。当信标间隔中包含ATP时,ATP不能在前一个BTI或A-BFT 结束不到保护时间和3个
SIFS两者中最大值时间内进行传输。如果ATP是信标间隔的第一个阶段(在基础BSS中,ATP将不
会是信标间隔的第一个阶段,那么ATP不能在目标信标传输时间之前开始。一旦ATP开始,AP可以
立即开始请求帧的传输或如果CCA 过程判定媒介为忙,它可以延迟请求帧的传输。
在每一个ATP期间,如果非APSTA 上一个成功关联尝试的关联请求帧能力元素信标间隔中的
心跳字段为1并且此STA 处于唤醒状态,那么AP将调度一个到非APSTA 的传输。如果非APSTA
没有响应AP所发送的请求帧,那么AP将在对非APSTA 的下一个传输尝试中使用控制调制类。AP
将对所有到非APSTA 的子序列传输使用控制调制类型直到它接收到来自非APSTA 的有效帧。
除非是对发送到非APSTA 的TA 字段值为AP MAC地址的单个地址帧的响应,否则该非AP
STA 不能在ATP内进行传输。
在ATP期间,STA 不能传输非请求或非响应的帧。在ATP期间传输的请求和响应帧应是以下类
型之一:
a) 管理帧;
b) ACK帧;
c) 作为请求帧的授权、轮询、RTS或者CTS帧;
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d) 作为响应帧的SPR或CTS帧;
e) 为达到RSNA 安全关联而作的认证交换部分的数据类型帧。
注:所设计的通告帧主要用于ATP期间并且能执行信标帧的功能。
ATP期间的轮询帧按照7.4.2所述的规则进行传输。ATP期间传输的轮询帧的响应偏移字段应
被设置为0。
ATP期间传输的单个地址的请求帧不能使用子类型为actionnoACK的管理帧来发送。
非APSTA 在接收到单个地址的请求帧(如在ATP期间由AP发送到STA 的通告帧)之后应发
送响应帧,这个响应帧可以是ACK帧或关联请求帧。在成功接收请求帧一个SIFS后开始响应帧的传
输。AP把接收到的响应帧解读为对请求帧的确认。在ATP期间由非APSTA 传输的响应帧将单独
地发送到AP。
注:当STA接收到来自AP的RA字段为组地址的请求帧时,STA不用发送响应帧给AP。
在ATP期间传输的请求帧的持续时间字段将设置为可以覆盖在请求帧传输结束时AT 所剩下的
持续时间。在ATP期间传输的响应帧的持续时间字段将被设置为前一接收到的请求帧的持续时间字
段的值减去一个SIFS后再减去响应帧传输的持续时间。
当AP期望另一个STA 的传输并在一个SIFS后没有接收到预期的传输时,AP可以向单个地址
STA 的重复传输或在前一传输结束后的一个PCF 帧间间隔时间过后立即发送一个帧到任一其
他STA。
注:如果需要确认,AP在ATP期间发送一个ACK帧来确认响应帧的接收(见图22)。
在单一的ATP内可能发生AP和STA 之间的多请求和响应帧的交换。
在ATP期间,AP应在传输之前把到非APSTA 非省电模式的传输预设为省电模式。
7.4.2.2 DTP传输规则
在DTP期间,如果满足以下条件之一,STA 可以发送帧(按照媒体访问规则):
a) 在CP期间被确认为或包含源或目的的STA[基于竞争的访问期(CP)配置、动态服务期配置
以及服务期的动态截断];
b) 在SP期间被确认为源或目的的STA[服务期(SP)的配置和SP的动态分配]。
如果以上条件都不满足,将不能发送。发起数据传送的STA 检测在CP或SP期间发起的包括确
认在内的传输,在CP或SP结束之前完成。
当整个DTP都配置成CP时(也就是如果参数字段中的CPOnly字段是1),含有参数字段的信标
中的ATP存在字段应设置为0。
非APSTA 应能够处理轮询和授权帧以及扩展调度元素。AP应能够处理由非APSTA 发送的
SPR帧,并且能够用授权帧响应SPR帧。
7.4.2.3 基于调度的时隙SP
AP为每一个时间分配调度一个起始时间和固定的持续时间,其中起始时间通过TSF开始计时。
一个时间分配可以是一个SP,此时媒体的所有权授予单一的STA,或者CP,此时STA 可以竞争访问
媒体。AP将从TSF参考每一个时间分配的起始时间。
AP只可将SP 和CP 安排在信标间隔的DTI中,当信标间隔中存在BTP、A-BFT 或者ATI
时,DTI位于这些时期之后。
信标间隔中DTI的调度通过扩展调度元素分发。AP将至少在一个通告帧或DMG 信标帧中发送
扩展调度元素。扩展调度元素包含DTI中所有分配的调度信息。在一个信标间隔期间,同样的分配字
段在发送的扩展调度元素中的出现不能多于一次。在一个信标间隔期间,如果发送扩展调度元素的次
数多于一次,其内容不能改变。
注:当一个AP调度一个新的准静态SP时,此规则不适用。
一个SP或CP在扩展调度元素里的分配可以包含一个或多个单独分配。每一个SP或CP的单独
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GB/T43957—2024
分配的起始时间由下式给出:
[A_start+(i-1)×A_period]
其中,A_start 为SP或CP的分配起始字段的值。A _period 为SP或CP的分配块时期字段的
值。i 是一个大于0并且小于或等于SP或CP的分配块持续时间字段的整数值。
第i 个单独SP或CP的结束时间,是通过把第i 个单独分配的起始时间与相应的SP或CP的分配
块持续时间字段的值相加计算得到的。
如果AP所分配的扩展调度元素的分配字段中AP活跃子字段的设置为1,那么AP在所分配的持
续时间内除了发送外将处于接收状态。对于AP发送的扩展调度元素中的每次分配,AP都把AP活跃
字段设置为1。
7.4.2.4 基于竞争的信道接入期CP
在CP中使用的基于竞争的传输规则在DCF和HCF中定义。
STA不能把一个在CP期间开始的传输帧交换序列延续到CP结束之后。启动序列的STA 应核
实包括任意控制帧的响应在内的帧交换序列在CP结束前完成交换。
在一个TXOP开始时,如果在TXOP响应者的DMG能力元素中的Heartbeat字段为1,那么以下
规则将被采用。
如果因为从TXOP响应者接收的最后一帧短于Heartbeat消逝的时间值,此时间值用在TXOP响
应者的DMG能力元素中的Heartbeat消逝指示字段计算,TXOP持有者可用TXOP开始的调制类传
输一帧而不是DMG控制调制类。
由STA 在TXOP的开始发送的帧可为一个RTS或一个DMGCTS-To-Self。
7.4.3 帧间间隔
MAC层需要一定的时间来处理PHY 收到的数据,所以在连续发送两个帧时,至少要隔开一个
IFS时段;当邻近帧需要确认时,确认帧和下一要发送的帧也至少要隔开一个IFS。IFS的大小取决于
发送的邻近帧的长度。当帧(如MPDU)的长度达到aMaxSIFSFrameSize八位位组时,跟随的帧间间
隔为一个SIFS,且长度至少是aMinSIFSPeriod;而帧长度大于aMaxSIFSFrameSize时,帧间间隔为一
个LIFS,最小长度是aMinLIFSPeriod。具体见图22所示。
注:aTurnaroundTime≤tack≤(aTurnaroundTime+aUnitBackoffPeriod)。
图22 IFS处理流程
7.5 分布式协调功能
基本的媒体访问协议是DCF,在媒体忙条件后,通过使用CSMA-CA 和随机退避时间在兼容的
PHY 之间实现自动媒体共享。另外,所有定向通信量采用主动确认(ACK 帧),若没有接收到ACK
帧,则发送方会安排重传。
CSMA-CA 机制应符合GB/T15629.15—2010的相关要求。
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7.6 TS的调度与发送
通过STA 管理实体SME提供的应用请求,以及针对MAC层信息,TSPECs由SME构造。除了
本条的描述,没有如何构造TSPEC的要求。
在一个TESPEC中最小PHY速率的值满足以下内容:
———对上行业务流而言,属于AP的可操作速率集;
———对下行业务流而言,属于非AP的STA 可操作速率集;
———对双向业务流而言,属于AP和非AP的STA 可操作速率集。
7.7 SP的分配和管理
7.7.1 概述
一个SP能使某个设备或若干个设备共享在超帧中的特定时间收发数据。SP只能由AP 来分
配,并且仅用于PANAP和设备节点之间的通信。为保证超帧有足够容量及比较高的利用率,PANAP
一次最多只能分配7个SP并允许设备间共享SP。
PANAP根据SP的申请情况和超帧当前的容量来分配SP。SP的分配遵循先到先服务的原则和
共享的原则,前者用于超帧容量足够时,而后者用于超帧容量不足时。所有SP将连续地排列在超帧中
CAP的后面,设备间共享的SP将由这些设备在连续的超帧中同一SP期间轮流使用。当不再需要一个
SP,就取消该SP,同时,可以根据PANAP或申请SP的设备的要求,随时取消分配SP。已分配了SP
的设备仍可在CAP期间进行收发操作。
在SP内传输数据帧只能使用短地址。
PANAP对SP进行管理。为方便管理,AP会保存已分配的SP的必要信息。对于每个SP、AP都
会保存它的起始时隙、长度、方向和关联设备的地址。
7.7.2 SP的伪静态分配