文档介绍：第四章无线局域网的媒体 访问控制协议
媒体访问控制(MAC)是局域网的关键技术之一,局域网的网络性能(如吞吐性能与迟延性能)完全取决于所采用的MAC协议。本章介绍媒体访问控制的基本知识,重点讨论适宜于无线通信的随机竞争类媒体访问控制协议的原理及其分析方法,(基于分布式的无线媒体访问协议)。
第一节概述
本节叙述媒体访问控制协议的基础知识,给出媒体访问控制的分类以及描述、分析这些控制方法的性能参数与模型。
一、多路复用与多址接入
多路复用技术:在一个固定频段或时间段上实现多个子信道的技术称为复用技术(Multiplexing)。主要有FDM(频分复用)、 TDM(时分复用)
多址接入技术:多个站共享同一物理链路进行通信的技术称为多址接入(Multiple Access)技术。涉及多址信道的分割、接入方式、分配策略、控制机制等。
多址接入的核心问题:对于一个共享信道,当信道的使用产生竞争时,如何采用有效的协调机制或服务准则分配信道的使用权,这就是媒体访问控制( MAC ,Medium access control)技术。
MAC协议:定义以一定的顺序和有效的方式分配站点访问媒体的规则, MAC协议是MAC技术的基本内容。
MAC协议的分析常用多址接入协议的排队论模型。例如:M/D/1
二、MAC协议可分为以下三类:
(1)固定分配类,如FDMA、TDMA、CDMA等;
(2)随机竞争类,如Aloha,CSMA等;
(3)按需分配类(或称预约类、无竞争类),如:Token Ring, PRMA, DAMA等。
目前主要有三种多址接入方式实现固定分配类MAC协议:即频分多址接入(FDMA)、时分多址接入(TDMA)及码分多址接入(CDMA)。这三种多址接入方式的原则是把共享的一条信道(或线路)分割成若干个相互独立的子信道,每个子信道又分配给一个(或多个)用户站点专用。
FDMA是在频域上把给定的频段分割成若干个子频段,每个频段表示一个子信道,不同信道在频率轴上是不重叠的;
TDMA适合于点对点通信方式是在时域上划分子信道,每个子信道使用不同的时隙,虽然不同子信道在时间轴上互不重叠,但在频率轴上可能重叠;
CDMA既不在频域上也不在时域上划分子信道,而是在伪随机码上区分各子信道。选择一组适当的伪随机码,使其相关特性具有良好的正交性,就可用一个伪码来代表一个子信道,这些子信道在频域上和时域上都是重叠的。
固定分配类MAC协议适用于实时性要求高的业务或连续的流业务(语音、视频)以及通信量稳定的网络。
随机竞争类MAC协议使用的传输媒体一般是广播式信道,连接在这条广播信道上的节点都可以向信道发送广播信息。
如某节点有信息需要发送,它将以某种方式竞争信道使用权,一旦得到使用权便将信息发送出去;所有的节点都能接收到任一节点发送的信息,如果检测出是发给自己的则接收下来,否则丢弃。
站点竞争接入信道,当多个站点尝试发送时,会发生碰撞(Collision),采用碰撞分解算法(CRA)解决。
随机竞争类MAC协议如: Aloha, CSMA/CD, CSMA/CA等。适合间歇式工作的用户发送非时延敏感性的突发业务(IP业务,文件传送业务)。
网络按某种循环的顺序询问每个节点是否有数据发送,如果有数据,则立即发送,否则网络转向询问下一个节点。
依询问方式不同,这种方法又可分为集中式控制和分布式控制两种类型。
在集中式控制方法中,网中存在一个中心站,由该站完成对网中各节点的询问控制过程。
在分布式控制方法中,网中各节点都有责任按某种确定的规则对询问控制过程进行管理。
常见的按需分配类MAC协议如:Token Ring(令牌环), PRMA(分组预约多址接入), DAMA等。
这种协议特别适用于环形拓扑的网络结构。由于它可保证最大传输时延的要求,故适用于通信业务量随时间变化且难以预测的情况和对时延要求高的网络业务环境。
以上三类多址接入技术分别适应不同的通信业务:
固定分配类和按需分配类适合于如话音、视象等对实时性要求高的通信业务,而随机竞争类更适合于如文件传送等突发性数据业务。
固定分配类和随机竞争类适合于点对点通信方式,按需分配类适合于点对多点通信方式。
三、多址接入信道模型
满足以下条件的信道称为具有N个用户站的广播信道:
(1)N个用户站直接挂在该信道上;
(2)任一用户站发出的信号可被所有其它站直接收到;
(3)信道是半双工的,当且仅当同时只有一个站向信道发送信号时,其它站才能正确收到该信号。
下图给出了广播信道模型: