无线协议栈指的是一系列层级化的协议集合,用于处理无线通信系统中的各种通信过程。它由一些基础的物理层(PHY)和数据链路层(Data Link Layer)协议组成,如Wi-Fi、蓝牙、Zigbee等。协议栈主要负责物理层的无线信号传输、数据包封装和处理、网络管理和数据流控制等,是无线通信系统功能完整性的体现。
无线协议栈的功能框架大致可以分为四层:物理层、数据链路层、网络层和应用层。不同的协议族在物理层和数据链路层的基础架构和协议体系都有所不同。
无线协议栈由以下组成部分构成:
物理层(PHY): 负责空气接口波形的发射、接收、解调和同步。它的任务包括将数字数据转换为特定的模拟波形,以便在无线媒介上传输和接收。Wi-Fi、蓝牙等无线通讯技术协议栈都有自己的物理层。
数据链路层(Data Link Layer): 处理无线信号在物理层的传输和接收,同时实现数据的分段和组装。由于无线通信环境的不可靠性,数据链路层需要采用一些调制和措施来减少错误率。
网络层:在多跳网络多点通讯时,负责地址转换和封装数据包。举例来说,Internet Protocol (IP)是用于互联网的网络层协议。在Wi-Fi技术中,网络层最常用的协议是Internet Protocol Version 4 (IPv4)。
应用层: 负责实现用户应用程序与无线网络的数据交换。应用程序可以是浏览器、邮件、即时通讯等。
无线通信系统中的协议栈主要支持两种通信方式:
简单模式: 采用广播或组播方式进行信息传输。广播地址被所有节点识别,以减少要通过特定路由器或网络连接通信的节点数。在简单模式下,基站和终端之间通过广播或组播进行通信;而在P2P(peer-to-peer)通信模式下,设备之间直接通信。
基于路由的模式: 以IP(Internet Protocol)为基础的通信模式。数据包根据特定的寻址信息发送到下一个网络节点,最终达到目标地址。这种模式需要协议栈在不同层次之间协同工作。在基于路由的模式下,发起通信的设备将数据包发送到网关,网关根据目标地址进行转发。协议栈为寻址和转发提供了底层支持。
可靠性高:无线协议栈具有高可靠性,尤其是在多跳网络场景中,由于数据采用分段和组装的方式传输,即使出现误码、丢包等问题,也不会影响整个数据传输过程。
灵活性高:协议栈可以根据应用的不同需求灵活地添加或删除协议,从而实现不同的功能。
可扩展性好:协议栈在处理新技术时具有很好的扩展性,可以在现有架构中添加新的物理层或数据链路层协议,以实现更快、更强大的通信效果。
可移植性强:协议栈在不同平台之间具有极高的可移植性,可以实现在移动电话、笔记本电脑、PDA和其他设备之间无缝切换。