王 雪

（大慶油田信息技術(shù)公司有線電視分公司，黑龍江大慶 163000）

在目前的信息技術(shù)發(fā)展環(huán)境之下，無線通信已經(jīng)成為人們生產(chǎn)生活過程中不能忽視重要支持力量。從技術(shù)發(fā)展的角度看，人們對于無線通信的需求甚至于超過了相關(guān)技術(shù)體系的供給，這種狀態(tài)一方面推動著無線網(wǎng)絡的發(fā)展，另一個方面也從客觀上要求對當前既有的無線通信資源展開更為合理的利用，切實提升整個無線通信環(huán)境中相關(guān)資源利用率。

1 CSMA協(xié)議相關(guān)概念與發(fā)展

從無線通信的工作基礎(chǔ)角度看，無線通信的傳輸媒介屬于廣播信道類型，在這樣的傳輸框架中，每一個展開無線信號發(fā)送的節(jié)點展開工作的時候，相鄰的覆蓋區(qū)域內(nèi)的節(jié)點都能夠接收到該信號。在這樣的環(huán)境之下，如果在同一個覆蓋區(qū)域內(nèi)，如果存在多個節(jié)點同時發(fā)送無線信號，彼此之間就會產(chǎn)生疊加，從而在信號的接受節(jié)點上形成相互之間的干擾，影響節(jié)點無法展開正常的信號接收，降低整個信息傳輸過程的工作質(zhì)量。這種狀況進一步危害到對于通信資源的利用狀況問題，信道使用方面的沖突以及無效的信號接收直接造成了資源的浪費，因此就目前的情況看，如何能夠切實實現(xiàn)對于整個通信過程的優(yōu)化，以及對于無線通信利用率的優(yōu)化，成為了突出的需求之一。

在通信協(xié)議棧中，MAC層的職責在于實現(xiàn)對于節(jié)點接入無線信道的時機的控制，從根本上說就是實現(xiàn)了對于多節(jié)點之間無線信道資源使用權(quán)的分配，是分組在信道上發(fā)送和接收過程的直接控制角色。MAC層相關(guān)協(xié)議以及算法的合理設(shè)置，對于無線信道帶寬的有效利用有著直接價值，并且進一步關(guān)系到整個通信網(wǎng)絡的穩(wěn)定和有效性。在這樣的背景之下，MAC層的協(xié)議需要在多個問題上實現(xiàn)有效的均衡，其中包括提升信道利用率、優(yōu)化節(jié)點發(fā)送數(shù)據(jù)的等待時間、避免節(jié)點之間的信道占用沖突等。

ALOHA是第一個面向無線傳輸服務的MAC層面協(xié)議，其運行機制比較原始，采用了一種隨機的態(tài)度展開接入控制。即在ALOHA協(xié)議的指導之下，當通信環(huán)境中存在一個節(jié)點需要發(fā)送數(shù)據(jù)的時候，立即就會展開數(shù)據(jù)的發(fā)送動作，如果這個時候通信環(huán)境中存在信道占用的沖突，則隨機等待一個時間之后再次展開數(shù)據(jù)發(fā)送動作。此種協(xié)議的工作方式在節(jié)點數(shù)量相對較少的通信環(huán)境中較為適用，隨著信息技術(shù)的發(fā)展以及實際工作環(huán)境中節(jié)點數(shù)量的不斷增加，ALOHA協(xié)議工作方式的適用性越來越低。實際上，ALOHA即便是在面對固定長度分組傳輸?shù)臅r候，其最大吞吐量也僅為信道容量的18.4%，嚴重阻礙了信道利用率的提升。

在這樣的情況之下，CSMA協(xié)議應運而生。其同ALOHA一樣均屬于競爭性的MAC層協(xié)議，但是CSMA協(xié)議在展開數(shù)據(jù)發(fā)送工作之前首先對通信環(huán)境展開監(jiān)聽，并且依據(jù)監(jiān)聽結(jié)果來確定是否展開數(shù)據(jù)發(fā)送，以及在信道繁忙的時候采取何種策略實現(xiàn)等待。對于CSMA協(xié)議而言，既然已經(jīng)實現(xiàn)了相對于ALOHA協(xié)議的改進，則應當進一步考慮展開對于無線自組織網(wǎng)絡的發(fā)送分組頻率、分組大小等參數(shù)對CSMA協(xié)議性能的影響，以期能夠切實實現(xiàn)對于通信資源以及用戶體驗的多角度優(yōu)化。

2 CSMA協(xié)議的工作特征

CSMA協(xié)議經(jīng)過多年的發(fā)展，已經(jīng)形成了一個相對完善的協(xié)議簇。依據(jù)CSMA協(xié)議簇中不同協(xié)議的工作特征，形成了對應的信道利用特征和相應的方式，并且可以依據(jù)不同的分類標準對CSMA協(xié)議加以分類和辨識。常規(guī)來看，依據(jù)信道劃分方式不同，可以分為時隙CSMA協(xié)議與非時隙CSMA協(xié)議兩種，而對于非時隙CSMA協(xié)議而言，則可以進一步可以依據(jù)其面對信道忙碌時所采取的處理方式以及態(tài)度，而分為堅持CSMA協(xié)議和非堅持CSMA協(xié)議。并且考慮到堅持CSMA協(xié)議在實際工作中的表現(xiàn)相對而言更加利于通信資源的利用，因此對其展開更深一步的研究，依據(jù)其在工作過程中，當發(fā)現(xiàn)信道空閑時所展開不同的處理方式，分為1堅持CSMA和p堅持CSMA兩種，并且當前以p堅持CSMA成為廣泛使用的CSMA協(xié)議。

從工作職能實現(xiàn)的角度看，堅持以及非堅持的CSMA協(xié)議在工作過程中的主要區(qū)別依據(jù)，在于堅持CSMA協(xié)議在監(jiān)聽信道繁忙占用的時候仍然會繼續(xù)監(jiān)聽信道，一直到確定信道空閑才會展開對應的下一步動作；而非堅持CSMA協(xié)議則在發(fā)現(xiàn)信道繁忙的時候，則等待隨機時間段之后重新監(jiān)聽信道，等待過程中不在監(jiān)聽。因此相比之下，堅持CSMA協(xié)議會表現(xiàn)得更有效率。而在堅持CSMA協(xié)議體系之下的兩種協(xié)議細分，1堅持CSMA協(xié)議在于一旦發(fā)現(xiàn)信道空閑就立即展開數(shù)據(jù)發(fā)送的工作；而p堅持CSMA協(xié)議則是在監(jiān)聽到信道空閑的時候，以概率p展開數(shù)據(jù)發(fā)送工作。p堅持的CSMA協(xié)議也可以不采用以發(fā)送概率控制節(jié)點的發(fā)送，而是采用隨機退避的方法，當監(jiān)聽到信道空閑的時候，在允許的取值區(qū)間內(nèi)選擇隨機事件長度進行退避，聽楊能過實現(xiàn)避免沖突的效果。

p堅持CSMA協(xié)議作為該協(xié)議簇中的重要成員，已經(jīng)在應用領(lǐng)域獲得了廣泛認可，就目前的情況看，如何選擇最優(yōu)的概率p值，成為直接關(guān)系整個通信體系工作狀態(tài)和效率，以及用戶接入體驗的重要關(guān)鍵所在。Echelon公司的LonTalk協(xié)議采用了可預測的p堅持CSMA算法，實現(xiàn)依據(jù)網(wǎng)絡負載來動態(tài)調(diào)整p的取值，并且進一步確定隨機延遲時間，實現(xiàn)對于網(wǎng)絡環(huán)境的動態(tài)優(yōu)化?；谠搮f(xié)議一貫以來的良好表現(xiàn)，在p的動態(tài)調(diào)整方面，諸多業(yè)內(nèi)人士都給出了自己獨特的建議，并且為p的調(diào)整和網(wǎng)絡狀態(tài)的優(yōu)化做出了不同程度的貢獻，切實推動了該領(lǐng)域的發(fā)展，以及CSMA協(xié)議的進化。

就目前而言，比較典型的p取值算法，為在發(fā)生第i次沖突重傳是發(fā)送概率pi，并且pi隨i的取值而發(fā)生變化，通過此種方式實現(xiàn)對于p的動態(tài)優(yōu)化。通常而言是構(gòu)造一個關(guān)于i的遞減函數(shù)，采用分時隙的介質(zhì)訪問控制方法加以實現(xiàn)。

3 結(jié)論

對于CSMA協(xié)議而言，其存在對于推動整個網(wǎng)絡環(huán)境的優(yōu)化都有積極價值，尤其是當前的p堅持CSMA協(xié)議更是成為發(fā)展的趨勢和整個行業(yè)的關(guān)注重點。實際工作中，只有深入了解CSMA協(xié)議運行機制，合理選擇相關(guān)算法與參數(shù)，才能切實打造適合需求環(huán)境的傳輸網(wǎng)絡。

[1]Bruno R,Conti M,Gregori E.Optimal Capacity of p-Persistent CSMA Protocols[J].IEEE Communications Letters,2003,7(3):139-141.

[2]Cali F,Conti M,Gregori E.Dynamic Tuning of the IEEE 802.11Protocol to Achieve a Theoretical Throughput Limit[J].IEEE/ACM Trans. on Networking,2000,8(6):785-799.