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無線通信網(wǎng)絡MAC層的接入技術及QoS保證論文
摘要：本文對不同類型網(wǎng)絡中現(xiàn)有的MAC層接入方式進行分類歸納，對技術優(yōu)勢與缺陷進行闡述分析，特別是QoS性能表現(xiàn)，并結合軟件定義網(wǎng)絡思想對無線網(wǎng)絡的接入技術發(fā)展方向進行探究。
關鍵詞：無線通信網(wǎng)絡；MAC層接入；QoS（服務質(zhì)量）保證
0引言
無線通信技術給人們的生產(chǎn)生活帶來了巨大的革新，人類生活越來越離不開無線通信技術的支持。我們?nèi)粘Ｊ褂玫闹悄苁謾C、ipad、筆記本電腦等，其靈活性、隨遇接入和易于擴展的優(yōu)勢是其他通信方式無可比擬的，但是由于無線通信具有可利用頻譜帶寬有限，傳輸受到距離約束等固有特點，所以在一個無線網(wǎng)絡當中，一般采用多個網(wǎng)絡終端共享一個無線信道來發(fā)送和接收數(shù)據(jù)信息，MAC層（介質(zhì)訪問控制）的主要功能就是控制節(jié)點對傳輸介質(zhì)的訪問，通過定義一系列的協(xié)議規(guī)則來調(diào)度分配寶貴有限的頻譜資源。
1無線通信網(wǎng)絡結構與TCP/IP網(wǎng)絡結構劃分對比，可以將無線通信網(wǎng)絡的結構抽象劃分為5層
鏈路層連接著物理層和網(wǎng)絡層，與TCP/IP網(wǎng)絡結構劃分對比，可以將無線通信網(wǎng)絡的結構抽象劃分為5層，如圖1所示。鏈路層連接著物理層和網(wǎng)絡層，傳統(tǒng)的鏈路層一般劃分為兩個子層：邏輯鏈路控制層（LLC）和介質(zhì)訪問控制層（MAC）。MAC層的主要功能就是為網(wǎng)絡當中的用戶提供共享介質(zhì)的訪問方法，在多用戶的網(wǎng)絡中，保證每一個鏈路層幀都能夠正確的尋址和傳輸，在不同應用網(wǎng)絡中需要有專門設計的MAC層協(xié)議。
2MAC層接入?yún)f(xié)議分類
常見的MAC層接入?yún)f(xié)議大概分為兩類：競爭型與非競爭型，而競爭型的接入方式又分為隨機接入和動態(tài)預約的方式，比如CSMA、MACA等；在協(xié)議種類上分別有ALOHA、IEEE802.11、令牌環(huán)、輪詢協(xié)議、FDDI等。
2.1基于靜態(tài)分配的MAC層協(xié)議
在多個競爭用戶之間劃分整個頻譜資源的傳統(tǒng)做法是把頻段拆分為互不重疊的帶寬，比如FDM（頻分多路復用），每個用戶都有各自專用的頻段，由于中間預留出保護頻帶，每個用戶之間不會存在干擾，例如調(diào)頻廣播（FM），每個電臺使用固定的中心頻點，占用固定的頻譜寬度，在絕大部分的時間段里廣播自己的信號，相當于自己的專屬信道。這種信道劃分方式是一種簡單而高效的分配機制，每個參與用戶都有著穩(wěn)定的信道負載，有著較好的服務質(zhì)量保證，但是所占用的頻帶寬，系統(tǒng)的有效性差。挪威曾經(jīng)宣布要在2017年陸續(xù)關閉FM無線電廣播，瑞士也計劃在2020年部署類似的行動�；跁r分復用（TDM）的協(xié)議的優(yōu)點是在全網(wǎng)負載很大的情況下依然能夠良好運行，因為系統(tǒng)提前對信道進行了時隙的劃分，在理論上，不存在數(shù)據(jù)沖突和信道搶占。但是，這也帶來了不足之處，即在全網(wǎng)負載較小時，信道利用率明顯下降。尤其對于突發(fā)業(yè)務和大數(shù)據(jù)量業(yè)務，固定的時隙劃分給固定的業(yè)務傳輸類型或者是某個網(wǎng)絡節(jié)點，使得傳輸業(yè)務往往得不到QoS保證。另外，TDM機制需要全網(wǎng)絡進行同步，網(wǎng)絡規(guī)劃需要專門的時間同步時隙和復雜度也較高，使得網(wǎng)絡的靈活性變得很差，不適合網(wǎng)絡參與節(jié)點快速變化的自組網(wǎng)絡。
2.2基于競爭的MAC層協(xié)議
該類協(xié)議采用隨機的接入策略，網(wǎng)絡節(jié)點的功能對等，各節(jié)點以競爭的方式獲取信道的接入。節(jié)點在有數(shù)據(jù)需要傳輸時，以競爭的方式獲得信道，比如ALOHA協(xié)議是最簡單的隨機競爭協(xié)議。但是由于存在大量的沖突，ALOHA協(xié)議的信道利用率較低，一般在18.4%~36.8%。IEEE802.11協(xié)議是基于沖突避免的載波偵聽多址接入?yún)f(xié)議（CSMA/CA），被廣泛地應用于商業(yè)網(wǎng)絡中，由于其本身是基于CSMA/CA機制的MAC協(xié)議，但是它所采用的RTS/CTS/DATA/ACK的多次握手機制，會帶來多個傳輸空閑時間，使數(shù)據(jù)信息積累更多的等待時間，造成延遲，降低了傳輸服務質(zhì)量。競爭類協(xié)議的機制一般比較簡單，優(yōu)點是在網(wǎng)絡負載較低時信道利用率高、分組接入時延小，因此很適合突發(fā)業(yè)務。但是，隨著網(wǎng)絡負載的增大，分組數(shù)據(jù)在信道上碰撞次數(shù)增多，競爭協(xié)議的性能明顯下降，并且無法為高優(yōu)先級數(shù)據(jù)提供一個確定的信道最大接入時延。
2.3基于集中式輪詢MAC協(xié)議
此類協(xié)議主要采用輪詢協(xié)議和網(wǎng)絡化的結構形式，在一個具有中心節(jié)點的網(wǎng)狀拓撲網(wǎng)絡中，其網(wǎng)絡參與者之間就像是一個有序會議，這個參與者具有平等的網(wǎng)絡功能。網(wǎng)絡在一個中心控制器的監(jiān)視下運行，由中心節(jié)點來控制接入，通過依次詢問節(jié)點的方式來維持通信規(guī)則。整個網(wǎng)絡按照輪詢協(xié)議來運行，當網(wǎng)絡控制中心輪詢到網(wǎng)絡參與節(jié)點時，網(wǎng)絡節(jié)點發(fā)送它們所需要報告的所有數(shù)據(jù)，在發(fā)送完成后，則需要返回到接收模式。接入方式采用有中心的時分點名呼叫和輪詢，每個節(jié)點在一個輪詢周期內(nèi)無競爭的發(fā)送一次數(shù)據(jù)。輪詢式的MAC層接入?yún)f(xié)議特點是網(wǎng)絡資源按需分配，中心節(jié)點集中控制，性能穩(wěn)定。對時間同步的精度要求不高，但是此類協(xié)議的網(wǎng)絡吞吐量低，如若考慮發(fā)送數(shù)據(jù)優(yōu)先級，則會提高輪詢協(xié)議的復雜度。此類協(xié)議難以提供較好的QoS保證。
3軟件定義網(wǎng)絡的思想與應用
軟件定義網(wǎng)絡（Software-DefinedNetworking，SDN）采用了控制與轉發(fā)分離的架構，能夠在控制平面上邏輯集中可編程控制器并掌握全局網(wǎng)絡的各種狀態(tài)信息，抽象后通過開放接口提供給應用層，它擁有靈活調(diào)整與業(yè)務部署能力，能夠實現(xiàn)基于應用的開放式網(wǎng)絡體系架構。從廣義上來看，SDN表示向上層應用最大限度開放資源接口，幫助系統(tǒng)來實現(xiàn)應用的編程控制與基礎的網(wǎng)絡架構，隨著可編程邏輯器件的發(fā)展，通過利用可編程物理層與MAC層來共同構建無線接入網(wǎng)絡數(shù)據(jù)平面，該數(shù)據(jù)平面可以同時兼容多個技術制式的網(wǎng)絡，近些年來，出現(xiàn)了很多跨層無線設計，像SAM，Jello，MegaMIMO，WhiteRate，SoftPHY等，除了將物理層看作是一個黑盒，這些系統(tǒng)綜合地優(yōu)化了網(wǎng)絡協(xié)議和物理層信號處理，比如把WIFI、3/4G-LTE、GSM等。當這些數(shù)據(jù)技術平面被接入到SDN后，就可以通過向上接口來實現(xiàn)對業(yè)務應用的支撐，以業(yè)務應用實現(xiàn)為目的，對用戶進行集中式業(yè)務邏輯控制和移動性管理，通過智能化數(shù)據(jù)轉發(fā)設備來解耦網(wǎng)絡路徑，從而能夠為網(wǎng)絡提供更多的接入和切換方式，以此來提高整個網(wǎng)絡的服務質(zhì)量保證。
4結束語
本文根據(jù)不同的MAC層接入技術及其特點，并參照應用效果對其所能提供的QoS保證進行了分析，總結了每一技術體制的優(yōu)勢和存在的缺陷；隨著技術的發(fā)展，網(wǎng)絡智能化的進程不斷向前推進，軟件定義網(wǎng)絡技術將會提供更多的網(wǎng)絡接入選擇。
參考文獻
[1]黃敏.軟件定義網(wǎng)絡技術及未來發(fā)展趨勢[J].電子技術與軟件工程,2016.07.
[2]魯偉.802.11標準中MAC層接入技術解析[J].計算機安全,2012.08.
[3]AndrewS.Tanenbaum.計算機網(wǎng)絡[M].北京:清華大學出版社,2012.03.
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