物聯網導論(第2版)（簡體書）

6.2.3 IEEE 802.11介質訪問控制協議
由于每個WiFi接人點可能會關聯多個無線網絡用戶，并且在一定區域內可能存在多個接入點，因此兩個或更多用戶可能在同一時間使用相同的信道傳輸數據。此時由于無線連接會相互干擾，更容易導致數據包的丟失，因此需要多用戶信道訪問協議來控制用戶對信道的訪問。IEEE 802.11協議中使用帶沖突避免的載波監聽多路訪問（Carrier Sense Multiple Access／Collision Avoidance，CSMA／CA）協議。CSMA是指用戶在發送數據之前先監聽信道，如果信道被占用則不發送數據。CSMA／CA是指即使偵聽到信道為空，也為了避免沖突而等待一小段隨機時間后再發送數據幀。雖然以太網介質訪問控制協議也使用了CSMA技術，但其細節與802.11協議的介質訪問控制協議還有很大差異。首先由于無線信號干擾問題所造成數據傳輸出錯概率較大，因此802.11協議中要求建立數據鏈路層確認／重傳機制。然而以太網中有線連接的傳輸出錯概率較小，其并沒有強制要求數據鏈路層建立確認／重傳機制。再者是以太網使用帶沖突檢測的載波監聽多路訪問（Carrier Sense Multiple Access／Collision Detected，CSMA／CD）協議，其原理是：當用戶監聽到信道為空時立即發送數據，并且在發送數據的同時監聽信道，如果此時它檢測到和其他用戶的數據傳輸信號發生了沖突，則立刻停止傳輸并隨機等待一小段時間后重新傳輸。802.11協議使用CSMA／CA而不使用CSMA／CD主要有以下兩個原因。
1）沖突偵測需要全雙工（發送數據的同時也可以接收數據）的信道。而對于無線傳輸信號來說往往發送信號的能量遠高于接收到的信號的能量，建立能偵測沖突的硬件代價是很高的。
2）即使無線信道是全雙工的，但是由于無線信號衰減特性和隱藏終端問題，硬件還是不能偵聽到全部可能的沖突。
在802.11協議中，一旦無線網絡用戶開始傳輸數據幀，直到整個幀傳輸完成，傳輸過程才會停止。在多用戶訪問環境中，由于無法使用CSMA／CD機制，無計劃地傳輸整個幀帶來的沖突會導致整體傳輸性能的下降。尤其當數據幀的長度相對較長時，沖突的概率會極大地增加。為了降低傳輸沖突的概率，802.11協議采用的CSMA／CA機制采取了一系列盡量避免沖突的措施。
802.11介質訪問控制協議提供了一種可選的機制來消除“隱藏終端”問題。如圖6.2所示，有兩個無線網絡用戶A、B和一個基站。用戶A、B都在接入點的信號覆蓋范圍內，但兩個用戶都位于彼此的信號覆蓋范圍之外，因此它們是典型的“隱藏終端”關系。當用戶A傳輸數據時，由于用戶B無法偵聽到A的傳輸信號，根據CSMA／CA機制，當B偵測到當前信道空閑時，等待DIFS（Distributed Inter—Frame Space）后也開始傳輸數據。如果此時A仍未結束其傳輸過程，就會造成在接人點處的信號沖突。