随机接入方式是一种竞争方式的多址接入技术 , 适合于强突发性业务 , ALOHA是一种简单的随机接入方式 , 当业务量较重时 , 轻易发生业务流碰撞 。而载波侦听多址访问CSMA技术使整个信道带宽为所有用户共享 , 只有当信道空闲时 , 才答应用户发送信息 , 这种方式降低了碰撞发生的概率 。而CSMA/CA将时间域的划分与帧格式紧密联系起来 , 保证某一时刻只有一个终端发送 , 实现了网络系统的集中控制 。但必须看到 , 时延、隐藏终端和暴露终端是WLAN固有的问题 , 目前主要的解决方法是采用RTS/CTS(Request To Send/ Clear To Send)短信息握手机制 。像多址接入冲突预防协议MACA(Multiple Access Collision Avoidance)、MACAW(MACA的改进型)、FAMA(Floor Acquisition Multiple Access)等主流的MAC子层协议都使用了RTS/CTS短分组 。
按需分配方式为用户保留了带宽 , 用户考虑到自己对带宽的需求向网络提供明确信息 。网络根据用户业务的数据长度分配带宽 , 当用户处于空闲期时 , 分配给该用户的带宽将分配给其它的用户 。通过按需分配带宽 , 网络带宽资源的浪费减少到最小 , 也没有由于资源竞争而浪费的带宽以及由此产生的时延 , 从而可以达到很高的信息吞吐率 。一种简单的按需分配方式是由中心控制器轮流询问各个用户 , 当用户需要发送信息时 , 由中心控制器分配带宽 , 这就要求中心控制器的稳定性相当高 。
必须指出 , 多址方式还与网络的通信方式密切相关 。预分配方式或争用方式对点对点(只有一个目的终端)的通信方式较适用 , 但单纯的争用方式对广播型(有多个目的终端)的通信方式并不适用 , 因为一次争用信道 , 难以保证多个目的终端都能顺利接收 , 但若采用争用和预约相结合的办法就可行了 。
总而言之 , 一种好的MAC子层协议应在以下方面达到折中:
1.公平、有效地分享带宽资源;
2.获得尽可能高的吞吐量;
3.时延尽可能的小 。
四.下面具体分析一下当前几种主流WLAN系统的多址接入机制 。
1.802.11
802.11是IEEE(Institute of Electronic and Electrical Engineers)于97年推出的WLAN的协议标准 , 该标准考虑了两种网络拓扑结构:基本结构网络BSS和独立网络IBSS 。BSS是IEEE 802.11结构的基本功能模块 , 它覆盖的地理区域类似于蜂窝通信网中的蜂窝 。在BSS内 , 任一终端可与任一其它终端直接建立通信过程 。每个BSS中有一个终端作为接入点AP接入分布系统DS , 并通过DS与其他BSS相连 , 形成扩展业务群ESS , 也可以通过DS和PORTAL与其他有线LAN相连 。而IBSS是由BSS内的一组终端组成 , 是完全无中心的网络结构 。802.11的MAC层的基本结构如图1所示:
其中 , DCF是无线网络对共享媒体的一种访问控制功能 , 其核心是CSMA/CA , 包括载波检测(CS)机制、帧间间隔(IFS)和随机退避(random back-off)规程 。对802.11而言 , 网络中所有的终端要发送数据时 , 都要按照CSMA/CA的媒体访问方法接入共享媒体 , 也就是说需要发送数据的终端首先要监听媒体 , 以便知道是否有其它终端正在发送 。假如媒体不忙 , 则可以进行发送处理 , 但不是马上发送数据帧 , 而是由CSMA/CA分布算法 , 强制性地控制各种数据帧相应的时间间隔(IFS) , 只有在该类型帧所规定的IFS内媒体一直是空闲的方可发送 。如检测到媒体正在传送数据 , 则该终端将推迟竞争媒体 , 一直延迟到现行的传输结束为止 。在延迟之后,该终端要经过一个随机退避时间重新竞争对媒体的使用权 。
图1
退避时间的设置:退避时间按下面的方法选择后 , 作为递减退避计数器的初始值 。
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