常见MAC接入协议

1、3.1 信道接入技术及协议n信道共享方式信道共享方式 在普通的通信系统中，信道共享方式有3种：点对点、点对多点和多点共享点对点、点对多点和多点共享。q点对点点对点是最简单的信道共享方式。其特点是只有两个节点共享无线信道。在单信道时，两个节点可以通过半双工方式实现共享，在双信道时，可实现全双工通信。3.1 信道接入技术及协议n信道共享方式（续）信道共享方式（续）q点对多点点对多点一般用于有固定基础设施控制的无线信道，例如蜂窝移动系统的无线信道。这时，终端在中心站的控制下共享一个或多个无线信道。q多点共享多点共享是指多个终端共享一个广播信道。以太网以太网就是最典型的多点共享方式。在多点共享方式中，

2、一个终端发送信号，所有的终端都可以听到，即相当于一个全互连的网络。这种共享方式下的信道也称为一跳共享广播信道一跳共享广播信道。( (Xerox/PARC)Xerox/PARC)3.1 信道接入技术及协议n多跳共享性多跳共享性在Ad Hoc网络中，当一个节点发送报文，只有在它覆盖范围内的节点（称为邻居节点）才能够接收到，而覆盖范围以外的节点感知不到任何通信的存在。而这恰恰也是Ad Hoc网络的优势所在，即发送节点覆盖范围以外的节点不受发送节点的影响，他们也可以同时发送报文，这可以大大提高频率的空间复空间复用度用度。在使用一个通信频率的情况下，Ad Hoc网络中可以有多对节点同时进行通信，我们称A

3、d Hoc网络的这种共享信道为多多跳共享广播信道跳共享广播信道。3.1 信道接入技术及协议n静态多点接入技术静态多点接入技术qFDMAFDMA:为每个用户分配一个固定的频段qTDMATDMA:为每个用户分配一个固定的时隙3.1 信道接入技术及协议n动态多点接入技术动态多点接入技术动态多点接入技术，可分为受控接入受控接入和随机接入随机接入两类。对于受控接入，每个用户不能随意接入信道，必须服从一定的控制规则，典型的有多点线路轮询多点线路轮询和令牌传递令牌传递。 对于随机接入技术，所有的用户都可以根据自己的意愿随机的向信道上发送信息。如果两个或两个以上的用户在共享的信道上同时发送信息的时候，就会产生

4、冲突冲突(collision)(collision)，将会导致信息发送失败。随机接入实际上就是争用接入争用接入，争用胜利者可以暂时占用信道来发送信息。典型的随机接入技术有ALOHAALOHA、CSMACSMA、CSMA/CDCSMA/CD。3.1 信道接入技术及协议n纯纯ALOHAALOHA（Pure ALOHAPure ALOHA） ALOHA随机接入方式有两种，一种是纯纯ALOHAALOHA方式方式，一种是时隙时隙ALOHAALOHA方式方式。工作原理：站点只要产生帧，就立即发送到信道上；规定时间内若收到应答，表示发送成功，否则重发。重发策略：等待一段随机的时间，然后重发；如再次冲突，则再

5、等待一段随机的时间，直到重发成功为止。纯ALOHA信道利用率信道利用率只有18.4%。3.1 信道接入技术及协议n时隙时隙ALOHAALOHA（Slotted ALOHASlotted ALOHA） 时隙ALOHA是对纯ALOHA协议的一个改进。它的思想是用时钟来统一用户的数据发送。它把信道在时间上分段，每个它把信道在时间上分段，每个传输点只能在一个分段的开始处进行传送。传输点只能在一个分段的开始处进行传送。每次传送的数据必须少于或者等于一个信道的一个时间分段。这样大大的减少了传输信道的冲突。时隙ALOHA信道利用率提高到36.8%。3.1 信道接入技术及协议n两种两种ALOHAALOHA对比

6、对比纯ALOHA：设发送一帧的数据所需时间为T（帧时），且帧长固定。为了确保成功传输，必须在该帧发送时刻前后各一段时间T内（一共有2T的时间间隔）没有其他帧发送。因此冲突窗冲突窗口口的长度为2T。时隙ALOHA：因为数据帧只能在指定的时隙内进行发送，所以冲突窗口减小为T。与纯ALOHA相比，时隙ALOHA能够减小发生冲突的概率。3.1 信道接入技术及协议nCSMACSMA（Carrier Sense Multiple AccessCarrier Sense Multiple Access）方式）方式CSMACSMA（载波侦听多址）（载波侦听多址）是在ALOHA的基础上提出来的，是一种用户监测信

7、道使用情况，避开冲突发送分组的方式。即首先要检测载波，检测其它用户是否在使用信道，一旦信道空闲就立即发送分组，从而使网络可获得大大高于ALOHA协议的最大信道利用率，CSMA的信道利用率最高可达80%。(ALOHA: Impolite behavior)(ALOHA: Impolite behavior)CSMA方式有三种基本的方式:q非坚持（非坚持（non-persistentnon-persistent）CSMACSMA方式方式q1-persistent CSMA1-persistent CSMA方式方式qP-persistent CSMAP-persistent CSMA方式方式3.1

8、信道接入技术及协议n1- 1-坚持坚持CSMACSMA（1-persistent CSMA1-persistent CSMA）节点首先检测信道的使用情况。如果介质空闲，就立如果介质空闲，就立即发送数据；如果介质忙则继续侦听直到介质变为空闲，即发送数据；如果介质忙则继续侦听直到介质变为空闲，然后发送数据。然后发送数据。当传播延迟较长或多个设备同时发送帧的可能性较大时，此策略会导致较多的碰撞，导致性能降低q优点优点：减少了信道空闲时间；q缺点缺点：增加了发生冲突的概率；3.1 信道接入技术及协议n非坚持非坚持CSMACSMA（non persistent CSMAnon persistent CS

9、MA）如果如果介质空闲，立即发送数据；如果介质忙，则等待一个介质空闲，立即发送数据；如果介质忙，则等待一个随机时间后再进行侦听。随机时间后再进行侦听。定性分析一下，就可以知道非坚持CSMA协议的介质利用率会比1-坚持CSMA好一些，但数据传输时间可能会长一些。q优点优点：减少了冲突的概率；q缺点缺点：增加了信道空闲时间， 数据发送延迟增大；3.1 信道接入技术及协议nP-P-坚持坚持CSMACSMA如果介质空闲，便以概率如果介质空闲，便以概率p p发送数据，发送数据，以概率1-p把数据发送推迟到下一个时间片；如果下一个时间片介质仍然空闲，便再次以概率p发送数据，以概率1-p将其推迟到下一个时间

10、片。此过程一直重复，直到将数据发送出去或是其他站点开始发送数据。如如果一开始侦听介质就发现介质忙，果一开始侦听介质就发现介质忙，那么它就等到下一个时间片继续那么它就等到下一个时间片继续侦听介质侦听介质，然后重复上述过程。适用于分时隙信道。3.1 信道接入技术及协议nCSMA/CDCSMA/CD（Collision DetectionCollision Detection，冲突检测），冲突检测）当两个帧发生冲突时，两个被损坏的帧继续传送毫无意义两个被损坏的帧继续传送毫无意义，而且信道无法被其他站点使用，对于有限的信道来讲，这是很大的浪费。如果站点边发送边监听，并且在监听到冲突后立即在监听到冲突后

11、立即停止发送停止发送，可以提高信道的利用率，由此产生了CSMA/CDCSMA/CD。1.当一个站点想要发送数据的时候，它检测网络查看是否有其他站点正在传输，即监听信道是否空闲。2.如果信道忙，则等待，直到信道空闲；如果信道闲，站点就传输数据。3.在发送数据的同时，站点继续监听网络确信没有其他站点在同时传输数据。因为有可能两个或多个站点都同时检测到网络空闲然后几乎在同一时刻开始传输数据。如果两个或多个站点同时发送数据，就会产生冲突。3.1 信道接入技术及协议nCSMA/CDCSMA/CD（续）（续）4.4.若检测到冲突，则立即终止传送，并且发送一个拥塞信号，这若检测到冲突，则立即终止传送，并且发

12、送一个拥塞信号，这个信号使得冲突的时间足够长，让其他的节点都能发现。个信号使得冲突的时间足够长，让其他的节点都能发现。5.其他节点收到拥塞信号后，都停止传输，等待一个随机产生的时间间隙（回退时间，Backoff Time）后重发。 CSMA/CD控制方式的优点是： 原理比较简单，技术上也容易实现。 但它的代价需要花费时间来检测冲突并且通知其他节点，所以使得发送时间增长，发送的效率下降。3.1 信道接入技术及协议nCSMA/CACSMA/CA（Collision AvoidanceCollision Avoidance，冲突避免），冲突避免）在CSMA/CD中，由于要检测冲突，设备必须能够一边接受数据信号一边传送数据信号，而这在无线系统中是无法办到的。由此产生了CSMA/CACSMA/CA技术。1.送出数据前，监听信道状态，等没有用户使用信道，维持一段时间后，再等待一段随机的时间后依然没有人使用，才再等待一段随机的时间后依然没有人使用，才送出数据。送出数据。由于每个