对MAC层协议的几个问题的理解

无线通信中，为什么要有MAC协议？

无线网络主要通过光、无线电波进行传输。大家都是通过一个共享的无线物理链路把所有的用户联结起来。由排队理论得知，对个用户，也就是多址通信的接入方式有好多种，但是最重要的一点都是要避免多个用户的碰撞，否则会产生干扰。理想的多址通信是让所有的队列排成一个总队列，由信道服务。那么，这种排队的方式，就需要有一个协议，这个协议就是无线通信中的MAC协议。

MAC协议的种类？

  多个用户，多址接入的核心问题就是：对于一个信道，多个用户产生竞争的时候，如何采用一些协调机制，也就是采用何种MAC协议。例如两种极端的MAC协议，一种是完全自由的方式，用户自由发送，但是要解决一个问题是碰撞后如何办，一种是完全排序，每个用户都被规定了详细的规则来发送，接收包。但是，实际上不可能这样的，因为MAC协议，主要决定了通信的吞吐量、延迟等性能，所以，这块是非常重要的，是多种方式的结合。MAC协议主要分为以下三类

1、固定分配信道。信道基本上可以分为频分、时分、码分、空分，每个用户都被固定的分配了一个信道，这种方式实时性很高，但是有浪费。主要是面向语音。例如FDMA（电话）、TDMA（GSM）、CDMA.

2、随机分配信道。。主要是面向数据。例如 ALOHA，CSMA就是随机分配的典型例子。

3、按需分配信道。根据用户的要求，按照需求分配信道，例如802.16就是按照需求分配信道。主要是面型多媒体。

MAC协议的主要指标和参数？

   协议的主要指标有

1、延迟。就是一个数据进入队列后，发送出去的时间，包括发送错误后，重新发送的时间

2、吞吐量。就是传输效率，单位时间内，最大传输的数据。

3、公平性。多个用户，多个数据，不能只传一个人的，要公平的把用户的数据都传输出去，不能只传送特殊的数据。

4、稳定性。协议存在开销，稳定的、比较小开销能让系统传送更多的数据。

5、支持多媒体，也就是支持Qos.

无线MAC协议要重点考虑的问题？

   无线的MAC协议有一些点要重点考虑，例如资源有限、信道会随着时间、环境变化、半双工的操作、信道有突发错误、和客户端的位置有很大关系（隐藏终端的问题、暴露终端的问题）、捕获效应（就是信号强度大的获得带宽高，引起不公平）、鲁棒性（鲁棒性就是指对抗信号衰落时，网络和信道仍能维持稳定的工作）、对于PHY层透明、公平性、节能性、对移动的支持性等。

无线MAC层CSMA/CA的简单介绍？

  在无线通信系统中，由于发送信号的泄漏，在发送的时候很难进行检测，因为无线信道信号的强度变化范围非常大，所以就无法采用CD的方式，也就是冲突检测的方式。所以，只能是在发送前，先检测一下，也就是载波侦听。载波侦听主要有两种方式，一种是物理(直接)载波监听(PCS)，还有一种是虚拟(间接)监听（VCS）,因为物理监听的方式下，无线信道不稳定，信号变化强度大，所以，通产采用虚拟的方式，就是利用帧中持续时间的保留信息，该信息包括将要使用信道的时间和其他控制信息。

  CSMA/CA主要是进行带内控制信息。不考虑捕获效应，假设没有衰落，分组错误只是因为碰撞。

   首先我们假设两次握手协议，发送方检测信道，等待DIFS时间，这个时间就是两个帧的间隔，如果没有人发送数据，说明信道空闲，就发送数据，接受方在收到数据后，等待一个SIFS（最短帧间隔），回复ACK。但是，这种方式有一个问题，容易发生碰撞，就是两个站都在检测，都等待了DIFS的时间，都没有传输，然后发送，结果就碰撞了，这种方式下，就增加一个时间slot时间，就是等待了一个DIFS的时间后，再退避[0，N]个的slot时间，这样就大大降低了碰撞几率，但是，还有一个严重问题，那就是不能解决隐藏终端的问题，所以，就需要改进，然后提出了三次握手的协议。

   三次握手协议，就是在发送数据之前，首先发送一个RTS，包含要发送数据的时间长度，接受方收到以后，回复一个CTS，CTS同样包含了发送数据包的长度，这样隐藏终端收不到RTS，但是可以收到CTS，这样，所有其他的客户端就会等待足够的时间，让通信的双方完成通信，在发送端收到CTS之后，开始发送数据。这就是通常说的三次握手，RTSàCTSàDATA，注意，这是没有ACK的，如果加上ACK，就是大家通常说的四次握手了。这个时候，还有一个问题就是暴露终端的问题。 暴露终端只能听到RTS，收不到CTS，暴露终端也听不到任何发送CTS端的任何数据，暴露终端就会和其他的终端联系，就可能会发生碰撞，这个时候，引入了五次握手的机制。

  五次握手机制就是发送端在收到CTS后，要通知暴露终端，这个RTS和CTS的信道建立起来了，也就是在发送数据的时候，提前发送一个数据DS(Data Sending)，通过这个来通知暴露终端。当时这种方式下，又带来一个问题，就是公平性的问题。

   这些握手机制，都是为了避免冲突，我们可以考虑另外一种思路，就是碰撞后，如何进行重传的算法，就是通过分裂算法(Splitting)来解决冲突分解，这种算法名字叫做CRA。CRA（Collision Resolution Algorithm）常用的方法有：树形算法、先到先服务算法。

   这里再补充一点，就是CSMA是没有中心的方式，我们再介绍一下有中心方式的MAC协议。1)ISMA协议，中心站周期性的广播空闲信令。 2) DSMA  3）RAP协议。

   在解决了数据传输的问题后，如果业务中有了视频、VOIP等，那么如果修改这些协议，满足这些要求呢。这就是802.11e协议，该协议主要对分布式协同（DCF）作了修订。

802.11e的修订标准称为增强型分布式协同（EDCF）。增强型分布式协同（EDCF）把流量按设备的不同分成8类，也就是8个优先级。当线路空闲时，无线设备在发送数据前必须等待一个约定的时间，这个时间称为“给定帧间时隙”（AIFS），给定帧间时隙(AIFS)的时间间隔来取代DIFS，AIFS不像DCF中定义的DIFS那样不变，它的值是不唯一的，不同的业务类型有着不同的AIFS值，这个值由支持QoS的无线接入点(QAP)来分配。AIFS其长短由其流量的优先级决定：优先级越高，这个时间就越短。不难看出，优先级高的流量的传输延迟比优先级低的流量小得多。为了避免冲突，在8个优先级之外还有一个额外的控制参数，称为竞争窗口，实际上也是一个时间段，其长短由一个不断递减的随机数决定。哪个设备的竞争窗口第一个减到零，哪个设备就可以发送数据，其它设备只好等待下一个线路空闲时段，但决定竞争窗口大小的随机数接着从上次的剩余值减起。通过这种方式，实现了QoS的功能。

 802.11的帧类型有哪些？

    镇类型主要有三类，

一类是控制帧：例如RTS、CTS、ACK。

二类是管理帧：例如试探请求、响应、信标、认证、解除认证等

三类是数据帧：

802.11X的MAC协议详细介绍？

   前边的CSMA/CD已经对WLAN的协议介绍的理论介绍了，现在我们详细的看一下里面的过程。

  DCF：分布式协调功能，其基础就是CSMA/CA，包括载波检测、随机退避等，在所有的STA上实现。

  PCF：PCF的基础是DCF，PCF把时间分为竞争和非竞争的时间，通过轮巡的方式把发送数据的权利交给各个终端，这种方式现在用的很少了。

DIFS==分散帧间隔

tF==帧的传输时间

tDIFS=分布式帧间间隔

tBO==平均退避时间, 平均退避次数×时隙长

tACK==应答时间。持续时间为SIFS+ACK

MAC协议定义了5类时序间隔，其中两类是由物理层决定的基本类型：短帧空间(SIFS)和时隙(slot time)。SIFS是最短的时序间隔，其次为时隙。时隙可视为MAC协议操作的时间单元。通常SIFS和时隙分别为10和20μs，其余3类时序间隔则基于以上两种基本的时序间隔：

优先级帧间空间(PIFS)，PIFS等于SIFS加1个时隙，PCF模式下的IFS。

分散帧间空间(DIFS)，在传输数据之前，必须侦听DIFS长的时间。分布式帧间间隔，每个节点检测到信道空闲之后，需要等待28μs，才能开始退避计数；DIFS等于SIFS加2个时隙

扩展帧间空间(EIFS)。EIFS比上述4类时序间隔都长得多，通常在当收到的数据帧出现错误时才使用。

如果信道在DIFS时序间隔内空闲，那么移动站开始将信道时间分为多个时隙单元；同时生成以时隙为单位的随机退避间隔(random backoff interval)；继续检测信道。接着，在信道仍保持空闲的每个时隙中，退避间隔值减1。当间隔值为0时，移动站将开始传送分组数据。

随机退避时间的窗口大小：7，15，31，63，127，255。

RTS的帧也会碰撞，碰撞后采用回退机制。

对于帧的结构描述？

最后

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