第3章-2+MAC接入协议

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1、3.2 Ad HocAd Hoc网络的MAC接入协议主要内容1. 信道接入技术及协议2. Ad hoc接入面临的主要问题3. 隐藏终端和暴露终端4. Ad hoc几种接入协议1. 信道接入技术及协议 Ad Hoc是多跳共享网络。共享的含义就是在一个公用的广播信道上实现所有用户的互连和通信。这样，如何控制对共享信道的接入，就是数据链路层的一个特殊子层介质接入控制MAC子层的主要任务。1. 信道接入技术及协议（续）MAC层需要解决的主要问题： Ad hoc网络具有特殊的网络组织形式，具有动态性，其信道接入协议面临许多新的问题，这些问题包括： 1)MAC相关的无线接收问题 2)不同的信道共享方式 3

2、)暴露终端问题 4)隐藏终端问题 5)节点移动的影响Ad Hoc的MAC协议必须尽量消除这些因素的影响。1. 信道接入技术及协议（续）信道共享方式: 在普通的通信系统中，信道共享方式有3种：点对点、点对多点和多点共享。 点对点是最简单的信道共享方式。其特点是只有两个节点共享无线信道。在单信道时，两个节点可以通过半双工方式实现共享，在双信道时，可实现全双工通信。 点对多点 一般用于有固定基础设施控制的无线信道，例如蜂窝移动系统的无线信道，终端在中心站的控制下共享一个或多个无线信道。 多点共享 是指多个终端共享一个广播信道。以太网就是最典型的多点共享方式(仅指HUB的应用，对交换机来说就不是了)。

3、在多点共享方式中，一个终端发送信号，所有的终端都可以听到。因此这种共享方式下的信道也称为一跳共享广播信道. .1. 信道接入技术及协议（续） Ad Hoc网络的多跳共享性 Ad Hoc网络的无线信道也是一个共享的广播信道，但它不是一跳共享。在Ad Hoc网络中，当一个节点发送报文，只有在它覆盖范围内的节点（称为邻居）才能够接收到，而覆盖范围以外的节点感知不到任何通信的存在。而这恰恰也是AD HOC网络的优势所在，即发送节点覆盖范围以外的节点不受发送节点的影响，他们也可以同时发送报文，这可以大大提高频率的空间复用度。在使用一个通信频率的情况下， AD HOC网络中可以有多对节点同时进行通信-称为

4、多跳共享广播信道。1. 信道接入技术及协议（续）多跳共享性对MAC协议的影响 多跳共享广播信道带来的直接影响就是报文冲突与节点所处的地理位置相关。在一跳共享广播信道中，报文冲突是全局事件，所有节点要么都收到正确的报文，要么都会感知到报文冲突。但在Ad Hoc网络中，报文冲突只是局部事件，发送节点和接收节点感知到的信道状况的不一致性，会带来隐藏终端、暴露终端等一系列的问题。 由于Ad Hoc网络网络特殊的信道共享方式（多跳共享），需要设计专用的信道接入协议。1. 信道接入技术及协议（续）静态多点接入技术： 1）TDMA:为每个用户分配一个固定的时隙; 2）FDMA:为每个用户分配一个固定的频段;

5、 这些静态的方法，在用户数较少而固定，且每个用户通信量较大的情况下，是简单有效的接入方案。 但是，当用户数目较多且通信量具有突发特征时，就不适用。必须采用动态多点接入技术。1. 信道接入技术及协议（续）动态多点接入技术： 可分为受控接入和随机接入两类。对于受控接入，每个用户不能随意接入信道，必须服从一定的控制规则，典型的有多点线路轮询和令牌传递。对于随机接入，每个用户都可以根据自己的意愿随机的发送信息，多个用户同时发送会产生帧的冲突，导致发送失败。 受控接入又可以分为集中式和分布式。轮询属于集中式控制，控制节点按一定顺序逐一询问各用户节点是否有信息发送。如果有，则被询问的用户节点就立即将信息发

6、送给控制节点；如没有，则控制节点依次询问下一节点。令牌环属于分布式控制，在环路中通过特殊的令牌环帧沿着环路逐站传递，只有获得令牌的节点才有权发送信息。当信息发送完毕，就将令牌传递给下一站。 AD HOC网络作为自组网，决定只能采用随机接入。1. 信道接入技术及协议（续）多点随机接入协议（针对一跳共享的网络） 1、ALOHA方式 ALOHA随机接入方式有两种，一种是纯ALOHA方式，一种是分时隙ALOHA方式。两者的区别在于是否将事件分割为离散的时隙空间，即纯ALOHA方式无需全局时间同步,而分时隙ALOHA方式则必须时间同步。两者都适用于任何无协调关系的多用户竞争单信道使用权的系统。1. 信道

7、接入技术及协议（续） 纯ALOHA：纯ALOHA是一种用户一旦产生需要传输的数据就完全随机的发送到无线信道上去的方式.它既可以工作在无线信道方式，也可以工作在总线式网络中。纯ALOHA系统最大吞吐量为0.184 分时隙ALOHA：以一个分组的传输时间为单位，把信道划分为时隙，用户按照这种时隙同步发送分组的。系统最大吞吐量为0.368，是纯ALOHA的2倍。1. 信道接入技术及协议（续） 冲突的结果是使冲突的双方（有时也可能是多方）所发送的数据都出现差错，因而都必须进行重发。但是发生冲突的各站不能马上进行重发，因为这样做就会继续冲突下去。 ALOHAALOHA系统采用的重发策略是让各站等待一段随

8、机的时间，然后再进行重发。1. 信道接入技术及协议（续）载波监听多路访问CSMA（Carrier Sense Multiple Access Protocols） 载波监听（Carrier Sense） 站点在为发送帧而访问传输信道之前，首先监听信道有无载波，若有载波，说明已有用户在使用信道，则不发送帧以避免冲突。 多路访问（Multiple Access） 多个用户共用一条线路1. 信道接入技术及协议（续）CSMA方式 在ALOHA中,由于各个用户是相互独立的发送分组，因此发生分组冲突的概率很大。针对这种情况而研究的CSMA（载波侦听多址）方式是一种用户监测信道使用情况，避开冲突发送分组的方

9、式。即采用这种方式发送分组时，首先要检测载波，检测其它用户是否在使用信道，一旦信道空闲就立即发送分组，从而使网络可获得大大高于分时隙ALOHA协议的最大信道利用率。 CSMA方式有三种基本的方式: 1）非坚持（non-persistent）CSMA方式 2）1-persistent CSMA方式 3）P-persistent CSMA方式，用于分时隙信道1. 信道接入技术及协议（续）1）1-坚持CSMA(1-persistent CSMA) 如果介质空闲，就立即发送数据；如果介质忙则继续侦听直到介质变为空闲，然后发送数据；如果有冲突则等待随机时间后再侦听。之所以称其为1-坚持CSMACSMA，

10、是因为站点一旦发现介质空闲，将以概率1发送数据 原理 若站点有数据发送，先监听信道；若站点发现信道空闲，则发送；若信道忙，则继续监听直至发现信道空闲，然后完成发送； 若产生冲突，等待一随机时间，然后重新开始发送过程。 优点：减少了信道空闲时间； 缺点：增加了发生冲突的概率； 广播延迟对协议性能的影响：广播延迟越大，发生冲突的可能性越大，协议性能越差；1. 信道接入技术及协议（续）2)非坚持CSMA (non persistent CSMA) 如果介质空闲，立即发送数据；如果介质忙，则等待一个随机时间后再尝试。定性分析一下，就可以知道非坚持CSMA协议的介质利用率会比1-坚持CSMA好一些，但数

11、据传输时间可能会长一些 原理 若站点有数据发送，先监听信道；若站点发现信道空闲，则发送；若信道忙，等待一随机时间，然后重新开始发送过程；若产生冲突，等待一随机时间，然后重新开始发送过程。 优点：减少了冲突的概率； 缺点：增加了信道空闲时间，数据发送延迟增大； 信道效率比1-坚持CSMA高，传输延迟比1-坚持CSMA大。1. 信道接入技术及协议（续）3） p-坚持CSMA (p-persistent CSMA) 如果介质空闲，便以概率p发送数据，以概率1-p把数据发送推迟到下一个时间片；如果下一个时间片介质仍然空闲，便再次以概率p发送数据，以概率1-p将其推迟到下下一个时间片。此过程一直重复，直