1.3.3　MAC协议

1. 基本概念

MAC（Medium Access Control）即介质访问控制。在无线网络中，MAC协议用于制定网络节点接入无线信道的规则，能够使数据报文的传输冲突减少并缩短等待接入信道的时间，以提升网络性能。

2. 主要体现方面

1）能量效率

能量效率表示网络节点传输单位数据所需要消耗的能量。有的无线网络节点部署在难以提供持续电源的环境中，此时能量效率对于降低能耗、提升网络寿命起着至关重要的作用。

2）可拓展性

可拓展性表示网络在面对环境变化时的适应能力。无线网络因其成本低廉、部署灵活的优势，常常应用于陌生或恶劣的环境中，因此需要网络对无线信道性能、数据流量、拓扑结构的变化具有足够的适应力。

3）网络效率

网络效率综合表示网络的各类性能，与有线网络相似，无线网络效率包括时延、吞吐率、公平性、可靠性等。

4）算法复杂度

算法复杂度包括时间复杂度和空间复杂度。由于无线网络节点通常结构简单，电量供应也比较受限，在无线网络节点上运行的算法也需要尽量减少其占用的存储空间和运算力。

3. 面临的问题

无线网络MAC协议运行包括感知、通信、计算三个主要模块。

（1）感知：无线节点在传输数据前可通过侦听信道确定信道是否空闲，但也存在隐藏端和暴露端问题。无线节点还可通过休眠来节省能量，休眠过程中也需要定期或不定期地侦听信道，确定是否有报文需要收发。

（2）通信：无线节点需要合理规划数据收发时机及信道选择，尽量减少无线信号的冲突，提升能量效率和网络性能。

（3）计算：无线节点的计算能力和供电通常比较受限，过于复杂的计算会严重影响网络的性能与寿命。

4. MAC协议分类

（1）根据信道分配策略的不同，MAC协议可分为竞争型MAC协议、非竞争型MAC协议和混合型MAC协议。

（2）根据流量产生模式不同，MAC协议可分为时间触发型MAC协议、事件触发型MAC协议和混合触发型MAC协议。

（3）根据MAC协议使用的信道数目不同，MAC协议可分为单信道MAC协议和多信道MAC协议。

（4）根据协议的部署方式不同，MAC协议可分为集中式MAC协议和分布式MAC协议。

以第二种分类为例，简要介绍三种协议。

时间触发型MAC协议：各发送节点依一定的频率传输数据报文，其特点是数据流量稳定，易于预测。时分复用等MAC协议可以保证稳定的低时延，得到广泛使用，功率域信道复用技术的发展也有助于提升该类型MAC协议的性能。

事件触发型MAC协议：各发送节点在随机时间传输数据报文，其特点是数据流量随机，难以预测，不利于预先安排各节点接入信道的时间，而随机接入信道的MAC协议可以灵活安排有需求的节点传输报文[14]。

混合触发型MAC协议：介于上述两者之间，数据流量分批产生，各批次流量随机生成，同批次流量内数据定期传输，因此其数据可以在一定程度上预测。混合触发型MAC协议需要合理利用混合型流量场景中流量的规律性[15]。