CSMA/CA协议的原理及相关技术

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CSMA/CA协议：载波侦听多路访问及冲突避免协议

（一）ＣＳＭＡ／ＣＡ协议的产生背景（原因）

　无线局域网不能使用ＣＳＭＡ／ＣＤ协议，只能使用改进的ＣＳＭＡ协议；

（二）CSMA/CD的缺陷

（１）CSMA/CD不能进行冲突的避免，只能进行冲突检测

（２）CSMA/CD是边传输变检测的，容易造成冲突；

（3）隐蔽终端问题

当A和C都检测不到信号，认为信道空闲时，同时向终端B发送数据帧，就会导致冲突；

（4）暴露终端问题

当B向A发送数据的时候，终端C也想给D发送数据：但是，终端C检测到信道处于忙状态，则不会向D发送数据，但是，B向A发送数据是不会影响C向D发送数据的。

（三）CSMA/CA的工作原理

当一个终端节点要向另一个终端节点发送数据时，先进行通道的预约。

当终端A想要给终端B发送数据的时候，在侦听到信道空闲的前提下：

1）终端A先向终端B发送一个控制帧RTS（Request To Send）；

2）终端B可以在可以接收数据的情况下：就会发送一个响应控制帧CTS（Clear To Send）；

3）终端A接收到终端B发送的帧就开始发送要发的数据帧；

4)终端B接收到终端A发送的数据帧后，经过一段时间，就会向终端A发送一个确认帧。

CSMA/CA协议只能避免数据帧的冲突，不能避免控制帧的冲突。

（四）CSMA/CA协议的关键技术

1.帧间间隔

SIFS(最短帧间间隔)：使用SIFS的帧优先级最高，用于需要立即响应的服务。eg:ACK帧，CTS帧和控制帧等。

PIFS：PCF方式下节点使用的帧间间隔，用以获得在无竞争访问周期启动时访问信道的优先权。

DIFS：DCF方式下节点使用的帧间间隔，用于发送数据帧和管理帧。

2.虚拟载波监听机制

当其他节点通过源终端向目的终端发送的ACK帧以及目的终端对于源终端回应的CTS帧得知在某一时间段，这两个终端将要进行会话，则其他终端节点会停止侦听，进入休眠状态（节省能量），直到会话结束，则又开始侦听。这种机制就称做虚拟载波侦听。

3，争用窗口

在有众多的终端节点都想发送数据并且信道空闲时：先经过一个DIFS的时长，然后，每一个节点都产生一个随机的争用窗口（计时器），进行倒计时，当先结束计时结束的节点进行数据的发送，其他节点冻结争用窗口，停止计时，并且记住剩余的时间，当该节点的数据发送完成，在经过一个DIFS的时间，其他节点的争用窗口重新启动并且开始计时，依次下去，直到所有的节点发送完毕。若节点在争用窗口计时结束后发送数据与其他节点发生冲突，则发生冲突的节点都随机产生一个争用窗口，继续进行倒计时。

（五）总结

CSMA/CA协议只能用于有明确目标地址的帧，不能用于组播报文和光播报文传输。

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