无线网络中的MAC协议(1)

前文我们对传统的有线网络的MAC协议进行了分析，接下来我们在对无线网络的MAC也进行一个详细的介绍。那么无线网络中的MAC工作方式是如何的呢？无线局域网(WLAN)中MAC所对应的标准为IEEE 802.11,IEEE 802.11 MAC综合了两种工作方式: 分布控制(DCF)和中心控制(PCF)两种工作方式:

1.分布控制方式(DCF),类似CDMA/CD,利用载波监听机制,适用于分布式网络,传输具有突发性和随机性的普通分组数据, 支持无竞争型实时业务及竞争型非实时业务｡

2.中心控制方式(PCF),建立在DCF工作方式之上并且仅支持竞争型非实时业务,适用于具备中央控制器的网络｡

分布控制方式(DCF)

DCF机制是MAC协议层中最基本的媒体接入控制机制｡DCF机制基于CSMA/CA(CSMA/Collision Avoidance载波监听多址接入/碰撞避免) , 并以RTS/CTS消息交换机制作为辅助的介质访问方式｡

CSMA/CA协议

CSMA作为随机竞争类MAC协议,算法简单而且性能丰富,所以在实际局域网的使用中得到了广泛的应用｡但是在无线局域网中,由于无线传输媒体固有的特性及移动性的影响,无线局域网的MAC在差错控制､解决隐藏终端等方面存在应有别于有线局域网｡因此WLAN与有线局域网所采用的CSMA具备一定的差异｡WLAN采用CSMA/CA(CSMA/Collision Avoidance)协议,其与CSMA/CD最大的不同点在于其采取避免冲突工作方式｡

与CSMA/CD不同,WLAN媒体访问控制(MAC)层采用的CSMA/CA(CSMA/Collision Avoidance)协议,由于在RF传输网络中冲突检测比较困难,所以该协议用避免冲突检测代替802.3协议使用的冲突检测,采用冲突避免机制尽量减小冲突碰撞发生的概率,以提高网络吞吐性能与迟延性能｡协议使用信道空闲评估(CCA)算法来决定信道是否空闲,通过测试天线能量和决定接收信号强度RSSI来完成｡并且使用RTS､CTS和ACK帧减少冲突｡数据加密与普通局域网的等同加密(WEP)算法一样,使用64位密钥和RC4加密算法｡

CSMA/CA工作过程:        
  
当发射端希望发送数据时,首先检测介质是否空闲,若是介质为空闲时,送出RTS(Request To Send请求发送),RTS信号包括发射端的地址､接收端的地址､下一笔数据将持续发送的时间等信息,接收端收到RTS信号后,将响应短信号CTS(Clear To Send),CTS信号上也RTS内记录的持续发送的时间,当发射端收到CTS包后,随即开始发送数据包,接收端收到数据包后,将以包内的CRC(Cyclic Redundancy Check,循环冗余校验)的数值来检验包数据是否正确,若是检验结果正确时,接收端将响应ACK包,告知发射端数据已经被成功地接收｡当发射端没有收到接收端的ACK包时,将认为包在传输过程中丢失,而一直重新发送包｡

CSMA/CA与CSMA/CD的区别

1.载波检测方式:因传输介质不同,CSMA/CD与CSMA/CA的检测方式也不同｡CSMA/CD通过电缆中电压的变化来检测,当数据发生碰撞时,电缆中的电压就会随着发生变化;而CSMA/CA采用能量检测(ED)､载波检测(CS)和能量载波混合检测三种检测信道空闲的方式｡

2.信道利用率比较:CSMA/CS协议信道利用率低于CSMA/CD协议信道利用率｡但是由于无线传输的特性,在无线局域网不能采用有线局域网的CSMA/CD协议｡信道利用率受传输距离和空旷程度的影响,当距离远或者有障碍物影响时会存在隐藏终端问题,降低信道利用率｡