无线网络环境下CSMA协议性能特征分析

王 雪

（大庆油田信息技术公司有线电视分公司，黑龙江大庆 163000）

在目前的信息技术发展环境之下，无线通信已经成为人们生产生活过程中不能忽视重要支持力量。从技术发展的角度看，人们对于无线通信的需求甚至于超过了相关技术体系的供给，这种状态一方面推动着无线网络的发展，另一个方面也从客观上要求对当前既有的无线通信资源展开更为合理的利用，切实提升整个无线通信环境中相关资源利用率。

1 CSMA协议相关概念与发展

从无线通信的工作基础角度看，无线通信的传输媒介属于广播信道类型，在这样的传输框架中，每一个展开无线信号发送的节点展开工作的时候，相邻的覆盖区域内的节点都能够接收到该信号。在这样的环境之下，如果在同一个覆盖区域内，如果存在多个节点同时发送无线信号，彼此之间就会产生叠加，从而在信号的接受节点上形成相互之间的干扰，影响节点无法展开正常的信号接收，降低整个信息传输过程的工作质量。这种状况进一步危害到对于通信资源的利用状况问题，信道使用方面的冲突以及无效的信号接收直接造成了资源的浪费，因此就目前的情况看，如何能够切实实现对于整个通信过程的优化，以及对于无线通信利用率的优化，成为了突出的需求之一。

在通信协议栈中，MAC层的职责在于实现对于节点接入无线信道的时机的控制，从根本上说就是实现了对于多节点之间无线信道资源使用权的分配，是分组在信道上发送和接收过程的直接控制角色。MAC层相关协议以及算法的合理设置，对于无线信道带宽的有效利用有着直接价值，并且进一步关系到整个通信网络的稳定和有效性。在这样的背景之下，MAC层的协议需要在多个问题上实现有效的均衡，其中包括提升信道利用率、优化节点发送数据的等待时间、避免节点之间的信道占用冲突等。

ALOHA是第一个面向无线传输服务的MAC层面协议，其运行机制比较原始，采用了一种随机的态度展开接入控制。即在ALOHA协议的指导之下，当通信环境中存在一个节点需要发送数据的时候，立即就会展开数据的发送动作，如果这个时候通信环境中存在信道占用的冲突，则随机等待一个时间之后再次展开数据发送动作。此种协议的工作方式在节点数量相对较少的通信环境中较为适用，随着信息技术的发展以及实际工作环境中节点数量的不断增加，ALOHA协议工作方式的适用性越来越低。实际上，ALOHA即便是在面对固定长度分组传输的时候，其最大吞吐量也仅为信道容量的18.4%，严重阻碍了信道利用率的提升。

在这样的情况之下，CSMA协议应运而生。其同ALOHA一样均属于竞争性的MAC层协议，但是CSMA协议在展开数据发送工作之前首先对通信环境展开监听，并且依据监听结果来确定是否展开数据发送，以及在信道繁忙的时候采取何种策略实现等待。对于CSMA协议而言，既然已经实现了相对于ALOHA协议的改进，则应当进一步考虑展开对于无线自组织网络的发送分组频率、分组大小等参数对CSMA协议性能的影响，以期能够切实实现对于通信资源以及用户体验的多角度优化。

2 CSMA协议的工作特征

CSMA协议经过多年的发展，已经形成了一个相对完善的协议簇。依据CSMA协议簇中不同协议的工作特征，形成了对应的信道利用特征和相应的方式，并且可以依据不同的分类标准对CSMA协议加以分类和辨识。常规来看，依据信道划分方式不同，可以分为时隙CSMA协议与非时隙CSMA协议两种，而对于非时隙CSMA协议而言，则可以进一步可以依据其面对信道忙碌时所采取的处理方式以及态度，而分为坚持CSMA协议和非坚持CSMA协议。并且考虑到坚持CSMA协议在实际工作中的表现相对而言更加利于通信资源的利用，因此对其展开更深一步的研究，依据其在工作过程中，当发现信道空闲时所展开不同的处理方式，分为1坚持CSMA和p坚持CSMA两种，并且当前以p坚持CSMA成为广泛使用的CSMA协议。

从工作职能实现的角度看，坚持以及非坚持的CSMA协议在工作过程中的主要区别依据，在于坚持CSMA协议在监听信道繁忙占用的时候仍然会继续监听信道，一直到确定信道空闲才会展开对应的下一步动作；而非坚持CSMA协议则在发现信道繁忙的时候，则等待随机时间段之后重新监听信道，等待过程中不在监听。因此相比之下，坚持CSMA协议会表现得更有效率。而在坚持CSMA协议体系之下的两种协议细分，1坚持CSMA协议在于一旦发现信道空闲就立即展开数据发送的工作；而p坚持CSMA协议则是在监听到信道空闲的时候，以概率p展开数据发送工作。p坚持的CSMA协议也可以不采用以发送概率控制节点的发送，而是采用随机退避的方法，当监听到信道空闲的时候，在允许的取值区间内选择随机事件长度进行退避，听杨能过实现避免冲突的效果。

p坚持CSMA协议作为该协议簇中的重要成员，已经在应用领域获得了广泛认可，就目前的情况看，如何选择最优的概率p值，成为直接关系整个通信体系工作状态和效率，以及用户接入体验的重要关键所在。Echelon公司的LonTalk协议采用了可预测的p坚持CSMA算法，实现依据网络负载来动态调整p的取值，并且进一步确定随机延迟时间，实现对于网络环境的动态优化。基于该协议一贯以来的良好表现，在p的动态调整方面，诸多业内人士都给出了自己独特的建议，并且为p的调整和网络状态的优化做出了不同程度的贡献，切实推动了该领域的发展，以及CSMA协议的进化。

就目前而言，比较典型的p取值算法，为在发生第i次冲突重传是发送概率pi，并且pi随i的取值而发生变化，通过此种方式实现对于p的动态优化。通常而言是构造一个关于i的递减函数，采用分时隙的介质访问控制方法加以实现。

3 结论

对于CSMA协议而言，其存在对于推动整个网络环境的优化都有积极价值，尤其是当前的p坚持CSMA协议更是成为发展的趋势和整个行业的关注重点。实际工作中，只有深入了解CSMA协议运行机制，合理选择相关算法与参数，才能切实打造适合需求环境的传输网络。

[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.