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WifiNetDevice架构

这张图展示了一个Wi-Fi设备从上层应用接收数据包到通过天线发送出去，以及反向从天线接收信号到向上层递交数据包的完整过程。它遵循标准的 OSI模型，清晰地分离了 MAC层 和 PHY层 的功能。

架构可以分为三个主要部分：

  1. 与上层的接口（最上方）
  2. MAC层组件（中间部分）
  3. PHY层组件（下方部分）

组件详细说明

1. 与上层的接口

  • Send(packet, dest, proto) / ForwardUp:
    • 这是Wi-Fi设备与网络栈上层（如网络层）的接口。
    • Send: 当上层（如IP层）有一个数据包要发送时，它会调用这个函数将数据包传递给Wi-Fi设备。
    • ForwardUp: 当Wi-Fi设备成功接收到一个目标是本机的数据包时，它会通过这个函数将数据包向上传递给网络层。

2. MAC层组件

MAC层负责信道访问控制、组帧、校验等。

  • WifiMac (及其子类 TagMAC, ApWifiMac, StaWifiMac等):
    • 这是MAC层的核心，有不同的实现类来模拟不同的网络角色（如站点STA、接入点AP、自组网节点Adhoc）。
    • 功能：负责处理关联、认证、信标帧发送、探测等MAC层管理功能。数据包的 MAC头 就是在这里添加的。
  • Txop (Transmission Opportunity):
    • 功能：处理数据包队列，并存储 DCF/EDCA 信道访问参数。在支持 QoS 的设备中，每个接入类别（AC：Voice, Video, Best-Effort, Background）都有一个独立的 Txop 实例。
    • Enqueue: 从 WifiMac 接收数据包并将其放入相应的队列中等待发送。
  • ChannelAccessManager:
    • 功能：决定何时可以授予信道访问权。它实现了 CSMA/CA 协议的核心逻辑，监听信道状态（空闲、繁忙），管理退避计时器，当条件满足时，它授权 Txop 进行传输。
  • FrameExchangeManager:
    • 功能：一个类层次结构，负责处理特定协议标准（如802.11n, 802.11ac）的帧交换序列。例如，它管理一次完整的数据传输，包括 RTS/CTS、数据帧、ACK/BlockAck 的整个握手过程。
  • BlockAckManager:
    • 功能：管理 BlockAck 协议。当使用块确认（一种提高效率的机制，允许一次确认多个数据帧）时，这个管理器负责维护BlockAck协议、缓存已发送但尚未被确认的数据包，并根据接收到的BlockAck帧进行确认。
  • MacRxMiddle:
    • 功能：处理数据包分片的重组。当发送端将一个大的数据包分成多个小的MAC帧发送时，接收端的 MacRxMiddle 负责将这些分片收集起来，并重组为原始的数据包。

3. PHY层组件

PHY层负责信号的调制、编码和发送/接收。

  • WifiPhy:
    • 这是物理层的核心抽象。
    • 功能：负责将MAC层的帧转换为真正的无线电信号，以及将接收到的无线电信号转换回MAC帧。
    • StartTx: 当被MAC层触发时，它开始一个发送过程。
    • StartReceivePreamble: 当从信道检测到信号时，它开始一个接收过程（首先尝试解码前导码）。
  • PhyEntity:
    • 功能：处理特定协议修订版（Amendment-specific）的PHY层细节。例如，不同的类负责实现 802.11a/g, 802.11n, 802.11ac 等不同标准特有的调制、编码和信号处理方式。这使得 WifiPhy 能够支持多种标准。
  • Listener:
    • 这是一个内部接口或回调机制，用于通知MAC层关于PHY层状态的变化，例如信道从繁忙变为空闲，这对于 ChannelAccessManager 至关重要。

4. 信道与传播模型

  • Channel (Spectrum or Yans):
    • 这是模拟的无线媒介本身。
    • 功能：负责将信号传递到所有连接到这个信道的其他 WifiPhy 对象。在传递过程中，它会咨询传播损耗模型（如自由空间损耗、阴影衰落）和传播延迟模型，以模拟真实的无线环境效果。

数据流总结

发送路径： Send() -> WifiMac (添加MAC头) -> Txop (入队) -> ChannelAccessManager (竞争信道) -> FrameExchangeManager (组织帧交换) -> WifiPhy (转换为信号) -> StartTx -> Channel (发射到空间)

接收路径： Channel (从空间接收信号) -> WifiPhy (StartReceivePreamble, 转换为数字帧) -> FrameExchangeManager (处理帧交换) -> MacRxMiddle (重组分片) -> WifiMac (处理MAC逻辑) -> ForwardUp() (递交给上层)