前文我們對(duì)傳統(tǒng)的有線網(wǎng)絡(luò)的MAC協(xié)議進(jìn)行了分析，接下來我們?cè)趯?duì)無線網(wǎng)絡(luò)的MAC也進(jìn)行一個(gè)詳細(xì)的介紹。那么無線網(wǎng)絡(luò)中的MAC工作方式是如何的呢？無線局域網(wǎng)(WLAN)中MAC所對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)為IEEE 802.11,IEEE 802.11 MAC綜合了兩種工作方式: 分布控制(DCF)和中心控制(PCF)兩種工作方式:

1.分布控制方式(DCF),類似CDMA/CD,利用載波監(jiān)聽機(jī)制,適用于分布式網(wǎng)絡(luò),傳輸具有突發(fā)性和隨機(jī)性的普通分組數(shù)據(jù), 支持無競(jìng)爭(zhēng)型實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)及競(jìng)爭(zhēng)型非實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)｡

2.中心控制方式(PCF),建立在DCF工作方式之上并且僅支持競(jìng)爭(zhēng)型非實(shí)時(shí)業(yè)務(wù),適用于具備中央控制器的網(wǎng)絡(luò)｡

分布控制方式(DCF)

DCF機(jī)制是MAC協(xié)議層中最基本的媒體接入控制機(jī)制｡DCF機(jī)制基于CSMA/CA(CSMA/Collision Avoidance載波監(jiān)聽多址接入/碰撞避免) , 并以RTS/CTS消息交換機(jī)制作為輔助的介質(zhì)訪問方式｡

CSMA/CA協(xié)議

CSMA作為隨機(jī)競(jìng)爭(zhēng)類MAC協(xié)議,算法簡(jiǎn)單而且性能豐富,所以在實(shí)際局域網(wǎng)的使用中得到了廣泛的應(yīng)用｡但是在無線局域網(wǎng)中,由于無線傳輸媒體固有的特性及移動(dòng)性的影響,無線局域網(wǎng)的MAC在差錯(cuò)控制､解決隱藏終端等方面存在應(yīng)有別于有線局域網(wǎng)｡因此WLAN與有線局域網(wǎng)所采用的CSMA具備一定的差異｡WLAN采用CSMA/CA(CSMA/Collision Avoidance)協(xié)議,其與CSMA/CD最大的不同點(diǎn)在于其采取避免沖突工作方式｡

與CSMA/CD不同,WLAN媒體訪問控制(MAC)層采用的CSMA/CA(CSMA/Collision Avoidance)協(xié)議,由于在RF傳輸網(wǎng)絡(luò)中沖突檢測(cè)比較困難,所以該協(xié)議用避免沖突檢測(cè)代替802.3協(xié)議使用的沖突檢測(cè),采用沖突避免機(jī)制盡量減小沖突碰撞發(fā)生的概率,以提高網(wǎng)絡(luò)吞吐性能與遲延性能｡協(xié)議使用信道空閑評(píng)估(CCA)算法來決定信道是否空閑,通過測(cè)試天線能量和決定接收信號(hào)強(qiáng)度RSSI來完成｡并且使用RTS､CTS和ACK幀減少?zèng)_突｡數(shù)據(jù)加密與普通局域網(wǎng)的等同加密(WEP)算法一樣,使用64位密鑰和RC4加密算法｡

CSMA/CA工作過程:        
 
當(dāng)發(fā)射端希望發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí),首先檢測(cè)介質(zhì)是否空閑,若是介質(zhì)為空閑時(shí),送出RTS(Request To Send請(qǐng)求發(fā)送),RTS信號(hào)包括發(fā)射端的地址､接收端的地址､下一筆數(shù)據(jù)將持續(xù)發(fā)送的時(shí)間等信息,接收端收到RTS信號(hào)后,將響應(yīng)短信號(hào)CTS(Clear To Send),CTS信號(hào)上也RTS內(nèi)記錄的持續(xù)發(fā)送的時(shí)間,當(dāng)發(fā)射端收到CTS包后,隨即開始發(fā)送數(shù)據(jù)包,接收端收到數(shù)據(jù)包后,將以包內(nèi)的CRC(Cyclic Redundancy Check,循環(huán)冗余校驗(yàn))的數(shù)值來檢驗(yàn)包數(shù)據(jù)是否正確,若是檢驗(yàn)結(jié)果正確時(shí),接收端將響應(yīng)ACK包,告知發(fā)射端數(shù)據(jù)已經(jīng)被成功地接收｡當(dāng)發(fā)射端沒有收到接收端的ACK包時(shí),將認(rèn)為包在傳輸過程中丟失,而一直重新發(fā)送包｡

CSMA/CA與CSMA/CD的區(qū)別

1.載波檢測(cè)方式:因傳輸介質(zhì)不同,CSMA/CD與CSMA/CA的檢測(cè)方式也不同｡CSMA/CD通過電纜中電壓的變化來檢測(cè),當(dāng)數(shù)據(jù)發(fā)生碰撞時(shí),電纜中的電壓就會(huì)隨著發(fā)生變化;而CSMA/CA采用能量檢測(cè)(ED)､載波檢測(cè)(CS)和能量載波混合檢測(cè)三種檢測(cè)信道空閑的方式｡

2.信道利用率比較:CSMA/CS協(xié)議信道利用率低于CSMA/CD協(xié)議信道利用率｡但是由于無線傳輸?shù)奶匦?在無線局域網(wǎng)不能采用有線局域網(wǎng)的CSMA/CD協(xié)議｡信道利用率受傳輸距離和空曠程度的影響,當(dāng)距離遠(yuǎn)或者有障礙物影響時(shí)會(huì)存在隱藏終端問題,降低信道利用率｡ #p#

具體最高的信道利用率與傳輸速率有關(guān)｡在IEEE802.11b無線局域網(wǎng)中,在1Mbit/s速率時(shí)最高信道利用率可到90%,而在11Mbit/s時(shí)最高信道利用率只有65%左右｡

虛擬介質(zhì)檢測(cè)機(jī)制(VCS)

在802.11標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)內(nèi),MAC協(xié)議所有接收到RTS與CTS信號(hào)的無線設(shè)備,都將采用虛擬介質(zhì)檢測(cè)(Virtual Carrier Sense)機(jī)制,設(shè)置NAV(Network Allocation Vector,網(wǎng)絡(luò)分配矢量),并使用在RTS和CTS中包含的duration字段信息來設(shè)置MAC協(xié)議參數(shù)NAV,duration字段指明了源和目的主機(jī)為傳輸數(shù)據(jù)將要占用信道的時(shí)間長(zhǎng)度｡當(dāng)物理層內(nèi)的NAV指針打開時(shí),設(shè)備將認(rèn)為此時(shí)的物理介質(zhì)正為其他設(shè)備所占用而停止發(fā)送與接收數(shù)據(jù)｡NAV的值隨著時(shí)間推移不斷減小,在NAV值減到零之前,主機(jī)不會(huì)發(fā)起傳輸嘗試｡

虛擬介質(zhì)檢測(cè)(VCS)機(jī)制設(shè)置使其它主機(jī)預(yù)先知道信道中正在進(jìn)行的傳輸情況,從而有效提高了數(shù)據(jù)幀成功傳輸?shù)母怕?#65377;但是VCS機(jī)制增加了RTS和CTS的開銷,降低了有效數(shù)據(jù)傳輸速率｡NAV的設(shè)計(jì)有助于解決無線局域網(wǎng)內(nèi)隱藏節(jié)點(diǎn)的問題｡

中心控制方式(PCF)

PCF(Point Coordination Function)機(jī)制基于輪詢機(jī)制,可以用于支持無競(jìng)爭(zhēng)型實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)｡

PCF工作過程:

希望發(fā)送數(shù)據(jù)的主機(jī)首先向AP(Acess Point)發(fā)送Association Request(連接請(qǐng)求)幀,并在幀的功能性能字段的CF-Pollable(可輪詢CF)子字段中表明希望加入輪詢表｡在收到AP的ACK信息以后,主機(jī)被列入輪詢列表｡輪詢列表中的主機(jī)按連接標(biāo)識(shí)(Association ID:AID )升序排列｡AID是由AP主機(jī)分配的16bit標(biāo)識(shí)符｡

AP發(fā)出Beacon幀表明CFP期間的開始｡然后AP依次向輪詢列表中的主機(jī)發(fā)出Poll幀給AP,或發(fā)送Data幀給其它非AP主機(jī);如果在PIFS時(shí)間間隔內(nèi)沒有響應(yīng),則表明主機(jī)無數(shù)據(jù)要發(fā),AP繼續(xù)發(fā)出下一個(gè)Poll幀｡

輪詢中特殊情況:

MAC協(xié)議在一個(gè)CFP期間,如果輪詢列表中的主機(jī)沒有輪詢完,那么在下次CFP期間將從未輪詢主機(jī)開始輪詢;如果輪詢列表中的主機(jī)已經(jīng)輪詢完,還剩有一段時(shí)間,AP將隨機(jī)選擇主機(jī)發(fā)出輪詢幀｡輪詢結(jié)束過程:AP發(fā)出End幀,表明CFP期間的結(jié)束,CP期間的開始｡