MAC协议概述

MAC协议概述MAC协议（MediumAccessControl）：通过一组规则和过程来实现有效、有序和公平地使用共享资源的一种介质访问控制协议。产生背景：在无线传感器网络中，可能有多个节点设备同时接入信道，导致分组之间相互冲突，使接收方难以分辨出接受到的数据，从而浪费了信道资源，导致网络吞吐量的下降。为了解决这些问题，就需要设计MAC协议。MAC协议概述设计MAC协议需要考虑的问题：（1）节省能量。（2）可扩展性。（3）网络效率。MAC协议概述传统网络MAC协议与传感器网络MAC协议不同之处：1、传统网络结点能连续地获得能量供应（如办公室的电网供电），或者间断但及时地能量补充（如笔记本电脑和手机等）。网络拓扑结构稳定，变化范围和频率较小。设计时重点考虑使用带宽的公平性，提高带宽利用率和增加网络实时性。2、由于传感器节点本身不能自动补充能量或能量补充不足，节约能量就成为了设计传感器网络MAC协议的首要考虑因素。MAC协议概述网络结点无线通信模块的状态：1、发送状态（消耗能量最多）2、接收状态（消耗能量稍小于发送）3、侦听状态（消耗能量稍小于发送）4、睡眠状态（消耗能量最少）因此，为了减少能量的消耗，传感器网络MAC协议采用的策略是“侦听/睡眠”交替——当数据收发时，结点开启通信模块进行发送或侦听；如果没有数据需要收发，节点控制通信模块进入睡眠状态，从而减少空闲侦听造成的能量消耗。MAC协议概述目前无线传感器网络MAC协议的分类条件（1）采用分布式控制还是集中控制；（2）使用单一共享信道还是多个信道；（3）采用固定分配信道方式还是随机访问信道方式。MAC协议概述根据上述第三种分类方法，可将传感器网络MAC协议分为：（1）时分复用无竞争接入方式。无线信道时分复用（TDMA）方式给每个传感器结点分配固定的无线信道使用时段，避免节点间的相互干扰。（2）随机竞争接入方式。在需要发送数据时，节点随机使用无线信道，尽量减少节点间的干扰。典型的方法是采用载波侦听多路访问（CSMA）的MAC协议。（3）竞争与固定分配相结合的接入方式。通过混合采用频分复用或者码分复用等方式，实现节点间无冲突的无线信道分配。MAC协议概述本课主要介绍第二种类型协议的一种典型——载波侦听多路访问（CSMA）接入方式。例如，在无线局域网IEEE802.11MAC协议的分布式协调工作模式中，我们采用了带冲突避免的载波侦听多路访问（CSMA/CA）协议。所谓CSMA/CA机制是指在信号传输之前，发射机先侦听介质中是否有同信道载波，若不存在，意味着信道空闲，将直接进入数据传输状态；若存在载波，则在随机退避一段时间后重新检测信道。下面介绍IEEE802.11MAC协议的内容。