《无线网络技术》PPT课件.ppt

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1、,无线网络技术,计算机与通信工程学院李娜娜,第4章 ZigBee MAC层原理,4.1 MAC层 4.2 超帧结构 4.3 数据传输模式 4.4 帧结构 4.5 数据传输的鲁棒性 4.6 CSMA-CA 4.7 CCA,4.1 MAC层,MAC层负责处理所有的物理无线信道访问，并产生网络信号、同步信号；支持PAN连接和分离，提供两个对等MAC实体之间可靠的链路。,中：Wireless Medium AccessControl(MAC)and Physical Layer(PHY)Specifications for Low-Rate WirelessPersonal Area Networks

2、(LR-WPANs)。MAC层处理所有同物理无线信道的接入，并且完成以下任务：,如果设备是一个协调器则generating network beacons与信标同步支持PAN(个域网)链路的关联association和断开disassociation 为设备的安全性提供支持,信道接入方式采用免冲突载波检测多址接入(CSMA-CA)机制处理和维护保护时隙(GTS)机制 在两个对等的MAC实体之间提供一个可靠的通信链路,MAC层参考模型,MAC层管理实体实现层的管理功能并且负责维护MAC PIB;MAC层通过SAP提供两种服务：MAC层数据服务、MAC层管理服务the MAC data servi

3、ce and the MAC management service interfacing to the MAC sublayer management entity(MLME)service access point(SAP)(known as MLME-SAP).The MAC data service enables the transmission and reception of MAC protocol data units(MPDUs)across the PHY data service.,4.6 CSMA-CA mechanism,基于竞争的多址接入：每一个节点设备的传输均具

4、有随机性(Random Access)，同时各个节点均有权访问介质，为了访问介质，各站点采用“竞争”(Contention)机制。如果有超过一个节点设备在同一时间发送数据则会产生“冲突”（Collision）,需要解决的几个关键问题,1.节点设备什么时间能访问介质2.如果介质处于忙的状态，节点应该怎么做3.各个节点设备如何确定数据传输是否已经成功4.如果一旦发生了冲突，应该怎么解决,争用协议,最早采用争用协议的计算机网络是美国夏威夷大学的 ALOHA 网，该网通过无线信道将各分校的远程终端接到本部的主机上。,基本思想 任何用户有数据发送就可以发送；每个用户通过监听信道应答获知数据传输是否成功；

5、当发现数据传输失败后，各自等待一段随机时间，再重新发送。,1.纯 ALOHA(Pure ALOHA),纯ALOHA方式中，数据可在任意时刻发送。,纯ALOHA冲突重发,基本思想：将时间分成时间片(即时隙T0，slot)，每个时间片可以用来发送一个帧；用户有数据要发送时，必须等到下一个时间片开始才能发送。将信道时间分为等长的时间长度,每个长度正好等于一个帧的传输时间（又称“时隙”或“分槽“Slot）。,2.时隙 ALOHA 系统(Slotted ALOHA，或 S-ALOHA),时隙 ALOHA 工作原理,每一个幀在到达后，一般都要在缓冲区中等待一段时间(该时间小于T0),然后在下一时间片开始时

6、才能发送出去。,所有站点的时钟必须保持同步。,Pure ALOHA vs.Slotted ALOHA,吞吐量S：单位时间 内成功发送的平均帧数 网络负载G：单位时间t 内总共发出的平均帧数,基本思想：纯ALOHA和时隙ALOHA的传输效率都不高，主要原因是各站独立地决定发送的时刻,使得冲突的概率很高,信道利用率下降。CSMA要求各站在发送之前先监听信道上是否有其他站点正在传送（载波监听）。如果有，就稍候；如果无，就发送。如果多个站点同时发送，就会产生冲突，导致信息混淆，传输失败。站点在传输后将等待一定时间（往返时间加上确认帧争用时间）以接收确认帧。收不到确认(因冲突)就重传。最大吞吐率远远超过

7、纯ALOHA和时隙ALOHA,3.载波监听多路访问协议CSMA protocol,即所谓“先听后说”。希望传输的站首先对信道进行监听以确定是否有别的站在传输。若信道空闲，该站可以传输，否则，该站将按一定算法退避一段时间后再试。这可以分为：,3.CSMA protocol(Carrier Sense Multiple Access Protocol,CSMA),1-坚持CSMA 非坚持CSMA P-坚持CSMA,当一个站要发送数据时，执行如下步骤：(1)监听信道，若信道空闲就发送；(2)若信道忙则继续坚持监听，直至检测到信道空闲后就立即(以概率1)发送；(3)若有冲突，则随机等待一段时间，重复步

8、骤(1)。优点：只要信道空闲，数据就立即得到发送；缺点：若有两个或两个以上的站点等发送，冲突就不可避免。,1-坚持 CSMA,1-坚持 CSMA,当一个站要发送数据时，执行如下步骤：(1)监听信道，若信道空闲就发送；(2)若信道忙则放弃(不坚持)监听，随机等待一段 时间，重复步骤（1）；优点：采用随机的重发延迟时间可减少冲突可能性；缺点：即使有几个站有数据要传送，信道仍然可能处 于空闲状态，信道利用率较低。,非坚持 CSMA,非坚持 CSMA,当一个站要发送数据时，执行如下步骤：(1)监听信道，若信道空闲就以概率p发送数据，以概率1-p延迟至下一个时间片；(2)若信道忙则继续坚持监听，直至下一

9、个时间片；(3)至下一个时间片后重复步骤(1)。问题：如何选择p的有效值？,p-坚持 CSMA,问题：如何选择p的有效值？设任一时刻平均有N个站有数据等待发送，则一旦当前的数据发送完毕，在下一个时间片里平均有Np个站发送数据。若 p 过大，使 Np 1，表明有多个站试图发送，冲突不可避免，所以应使 Np 1；若 p 过小，信道利用率会大大降低。,p-坚持 CSMA,p-坚持 CSMA,Non-persistent，1-，P-Persistent,最大的特点是“先听后说”。CSMA的监听策略有三种算法：非坚持 一旦监听到信道忙就不再坚持听下去，延迟一段随机时间后再重新监听。（信道利用率不高）1-

10、坚持 监听到信道忙时仍然坚持听下去，直到空闲为止。一旦信道空闲就发送。如有冲突，等待一随机时间后再监听。（冲突较大）P-坚持 监听到信道忙时仍然坚持听下去，直到空闲为止。当听到信道空闲时，以概率p发送数据。(p=1时，即为1坚持）p-坚持的主要问题是如何确定一个合适的p 值。轻载时，1坚持CSMA吞吐量特性最好；重载时，非坚持CSMA吞吐量特性最好，但时间延迟增大。,小结：CSMA协议,4.带有冲突检测的CSMA（CSMA/CD）,ALOHA,CSMA,CSMA/CD,增加“发送前先监听，忙时则不发”,改进,改进,1-坚持CSMA增加“一旦检测到冲突，立即停止发送”,ALOHA、S-ALOHA

11、,1-坚持CSMA、非坚持CSMA、p-坚持CSMA,Ethernet,当一个站点想要发送数据的时候，它检测网络查看是否有其他站点正在传输，即监听信道是否空闲。如果信道忙，则等待，直到信道空闲。如果信道闲，站点就传输数据。,CSMA/CD的工作原理如下：,在发送数据的同时，站点继续监听网络确信没有其他站点在同时传输数据。因为有可能两个或多个站点都同时检测到网络空闲然后几乎在同一时刻开始传输数据。如果两个或多个站点同时发送数据，就会产生冲突。当一个传输结点识别出一个冲突，它就发送一个拥塞信号，这个信号使得冲突的时间足够长，让其他的结点都有能发现。其他结点收到拥塞信号后，都停止传输，等待一个随机产

12、生的时间间隙（回退时间，Backoff Time）后重发。,CSMA/CD的工作原理如下：,以太网基本工作原理：,开始,检测介质（监听）,介质忙？,发送帧,碰撞？,随机退避时间,YES,NO,NO,YES,继续发送直至完成,载波监听多路访问/冲突检测CSMA/CD,载波监听目的：降低冲突次数如果信道空闲，立即发送如果信道忙，等待直到信道空闲冲突检测目的：降低冲突的影响，使信道在冲突发生可以尽快恢复使用一检测到冲突就放弃传输，等待一个随机时间，然后重新监听。,CSMA/CD工作的三个周期,传输周期(Transmission period)竞争周期(Contention period)空闲周期(I

13、dle period),CSMA/CD 中竞争时间片长度？,竞争时间片长度取为网络中最大传输时延的2倍。也即站点开始发送后最多经2时间就能确认传输是否成功。,等待的随机时间，用截断的二进制指数退避算法。算法规则如下：(1)当第一次发生冲突时，设置冲突计数 k=1；(2)退避等待一个随机时间，取值为 n 个时间片;n为 0,1,2,.,2k-1 中的一个随机数；(3)当再发送帧时若又发生冲突，则k=k+1,但若 k 加到10后便不再增加,仍维持 k=10,即 k=min 重发次数，10,转(2)；(4)设置一个最大重发次数 16，超过该次数，则不再重传，并报告出错。,检测到冲突后，退避等待的随机

14、时间？,n的范围是0至1023（K=10时）。n的实际取值是由每个以太网站点的随机程序决定的。随着连续冲突次数的增加，可能产生的退避时间范围将呈指数增加。规定最大重发次数不超过16次。,1EEE 802.3 MAC协议10Mbps实现方案的参数值如下：参数 数值Slot Time（时间片）512比特时间attempt limit（尝试极限）16Back off limit（退避极限）10Jam size（人为干扰长）32比特max Frame size（最大帧长）1518字节min Frame size（最小帧长）512字节,CSMA/CD执行过程,工作原理：监听到信道空闲,就立即发送数据，且

15、边发送边监听(2时间内),若监听到冲突，冲突方立即停止发送，并发送Jam干扰信号串强化冲突，通知全网站点，使信道很快空闲，从而提高效率。1-坚持CSMA,再加上CD(冲突检测)。,CSMA/CD 小结,冲突检测方法：“监听”可以通过监测电缆上是否有电流（每个比特大致为 1820 毫安）来实现。每个比特是以10 MHz(快速以太网为100 MHz）的时钟频率进行曼彻斯特编码后发送的。每个正在发送数据的站点都继续监听自己的发送过程。如果发现冲突（如同轴电缆上的电流值超过24毫安），就立即停止发送，而改发一个32比特的阻塞码。发送阻塞码的目的是确保各接收方将因CRC差错而丢弃该帧。,CSMA/CD

16、小结,退避算法：为截断的二进制指数退避算法，来决定重发时延：从 0,1,2,.,2k-1 中随机取一个数r，重发时延=r(2)，其中 k=min 重发次数，10,CSMA/CD 小结,如果只有一个站点要发送，该站点可占用整个传输信道，所以可获得将近100%的信道利用率。即在一个10 Mbps 的网络上可获得将近10 Mbps 的吞吐量。如果有两个或更多个站点要同时发送，线路利用率和吞吐率就会下降部分带宽被冲突和退避延迟消耗了。实际上，一条共享10 Mbps 以太网络通常只能提供24 Mbps的吞吐量给所连接的各个站点。,以太网的性能,随着网络利用率的增加，特别是如果有许多站点争用时,可能出现过

17、载情况。此时，网络的吞吐量将急剧下降，信道容量的大部分被CSMA/CD算法耗费掉，只有极小部分用于传送有用的数据。为什么一个共享的以太网要求站点数不得超过1024个，原因就在此。许多工程师以利用率达到40%作为LAN过载的临界值。利用率较高的LAN将出现高冲突率，传输时间也极可能变化很大（由于退避）。使用网桥或交换机将LAN分成两个或更多个冲突域将是极其有益的。,以太网的性能,5.802.11 局域网的 MAC 层协议CSMA/CA,无线局域网却不能简单地搬用 CSMA/CD 协议。这里主要有两个原因：CSMA/CD 协议要求一个站点在发送本站数据的同时，还必须不间断地检测信道，但在无线局域网

18、的设备中要实现这种功能就花费过大。即使我们能够实现碰撞检测的功能，并且当我们在发送数据时检测到信道是空闲的，在接收端仍然有可能发生碰撞。,无线局域网的特殊问题,当 A 和 C 检测不到无线信号时，都以为 B 是空闲的，因而都向 B 发送数据，结果发生碰撞。,这种未能检测出媒体上已存在的信号的问题叫做隐蔽站问题(hidden station problem),A 的作用范围,C 的作用范围,A,B,C,D,隐终端就是在发送节点覆盖范围以外而在接收节点的覆盖范围内的节点。节点A、B、C都工作在同一个信道上，当节点A向节点B发送分组时，载波侦听机制无法阻止节点C发送数据，造成信号在节点B处发生冲突。

19、节点C是隐藏在节点A的覆盖范围之外的却又能对节点A的发送形成潜在冲突的节点。隐终端问题会大大降低信道的利用率。,无线局域网的特殊问题,B 向 A 发送数据，而 C 又想和 D 通信。C 检测到媒体上有信号，于是就不敢向 D 发送数据。,其实 B 向 A 发送数据并不影响 C 向 D 发送数据这就是暴露站问题(exposed station problem),A,D,C,B,？,B 的作用范围,C 的作用范围,暴露终端就是在发送节点覆盖范围以内而在接收节点的覆盖范围外的节点。节点A、B、C都工作在同一个信道上，当节点A向节点B发送分组时，节点C侦听到节点B在发送数据，所以推迟发送分组，而这种推迟

20、是毫无必要的，因为节点C向节点D发送分组和节点B向节点A发送分组并不冲突。节点C是节点B的暴露终端。暴露终端问题也会大大降低信道的利用率。,无线局域网不能使用 CSMA/CD，而只能使用改进的 CSMA 协议。改进的办法是把 CSMA 增加一个碰撞避免(Collision Avoidance)功能。802.11 就使用 CSMA/CA 协议。而在使用 CSMA/CA 的同时，还增加使用停止等待协议。,802.11 的 MAC 层,MAC 层,无争用服务（选用）,争用服务（必须实现）,分布协调功能 DCF(Distributed Coordination Function)(CSMA/CA),点

21、协调功能 PCF(Point Coordination Function),物理层,MAC 层通过协调功能来确定在基本服务集 BSS 中的移动站在什么时间能发送数据或接收数据。,MAC 层,无争用服务,争用服务,分布协调功能 DCF(Distributed Coordination Function)(CSMA/CA),点协调功能 PCF(Point Coordination Function),物理层,DCF 子层在每一个结点使用 CSMA 机制的分布式接入算法，让各个站通过争用信道来获取发送权。因此 DCF 向上提供争用服务。,MAC 层,无争用服务,争用服务,分布协调功能 DCF(Dis

22、tributed Coordination Function)(CSMA/CA),点协调功能 PCF(Point Coordination Function),物理层,PCF 子层使用集中控制的接入算法把发送数据权轮流交给各个站从而避免了碰撞的产生,1.所有的站在完成发送后，必须再等待一段很短的时间（继续监听）才能发送下一帧。这段时间的通称是帧间间隔 IFS(InterFrame Space)。2.帧间间隔长度取决于该站欲发送的帧的类型。高优先级帧需要等待的时间较短，因此可优先获得发送权。3.若低优先级帧还没来得及发送而其他站的高优先级帧已发送到媒体，则媒体变为忙态因而低优先级帧就只能再推迟发

23、送了。这样就减少了发生碰撞的机会。,帧间间隔 IFS,三种帧间间隔,时间,SIFS,PIFS,DIFS,媒体空闲,发送第 1 帧,SIFS,PIFS,时间,NAV（媒体忙）,DIFS,争用窗口,发送下一 帧,推迟接入,等待重试时间,有帧要发送,源站,时间,目的站,ACK,SIFS,其他站,有帧要发送,SIFS，即短(Short)帧间间隔，是最短的帧间间隔，用来分隔开属于一次对话的各帧。一个站应当能够在这段时间内从发送方式切换到接收方式。,使用 SIFS 的帧类型有：ACK 帧、CTS 帧、由过长的 MAC 帧分片后的数据帧等。,三种帧间间隔,时间,SIFS,PIFS,DIFS,媒体空闲,发送第

24、 1 帧,SIFS,PIFS,时间,NAV（媒体忙）,DIFS,争用窗口,发送下一 帧,推迟接入,等待重试时间,有帧要发送,源站,时间,目的站,ACK,SIFS,其他站,有帧要发送,PIFS，即点协调功能帧间间隔，它比 SIFS 长，是为了在开始使用 PCF 方式时（在 PCF 方式下使用，没有争用）优先获得接入到媒体中。PIFS 的长度是 SIFS 加一个时隙(slot)长度。,三种帧间间隔,时间,SIFS,PIFS,DIFS,媒体空闲,发送第 1 帧,SIFS,PIFS,时间,NAV（媒体忙）,DIFS,争用窗口,发送下一 帧,推迟接入,等待重试时间,有帧要发送,源站,时间,目的站,ACK

25、,SIFS,其他站,有帧要发送,DIFS，即分布协调功能帧间间隔（最长的 IFS），在 DCF 方式中用来发送数据帧和管理帧。DIFS 的长度比 PIFS 再增加一个时隙长度。,欲发送数据的站先检测信道。在 802.11 标准中规定了在物理层的空中接口进行物理层的载波监听。通过收到的相对信号强度是否超过一定的门限数值就可判定是否有其他的移动站在信道上发送数据。当源站发送它的第一个 MAC 帧时，若检测到信道空闲，则在等待一段时间 DIFS 后就可发送。,CSMA/CA 协议的原理,这是考虑到可能有其他的站有高优先级的帧要发送。如有，就要让高优先级帧先发送。,为什么信道空闲还要再等待,源站发送了

26、自己的数据帧。目的站若正确收到此帧，则经过时间间隔 SIFS 后，向源站发送确认帧 ACK。若源站在规定时间内没有收到确认帧 ACK（由重传计时器控制这段时间），就必须重传此帧，直到收到确认为止，或者经过若干次的重传失败后放弃发送。,假定没有高优先级帧要发送,虚拟载波监听(Virtual Carrier Sense)的机制是让源站将它要占用信道的时间（包括目的站发回确认帧所需的时间）通知给所有其他站，以便使其他所有站在这一段时间都停止发送数据。这样就大大减少了碰撞的机会。“虚拟载波监听”是表示其他站并没有监听信道，而是由于其他站收到了“源站的通知”才不发送数据。,虚拟载波监听,这种效果好像是其

27、他站都监听了信道。所谓“源站的通知”就是源站在其 MAC 帧首部中的第二个字段“持续时间”中填入了在本帧结束后还要占用信道多少时间（以微秒为单位），包括目的站发送确认帧所需的时间。,虚拟载波监听的效果,当一个站检测到正在信道中传送的 MAC 帧首部的“持续时间”字段时，就调整自己的网络分配向量 NAV(Network Allocation Vector)。NAV 指出了必须经过多少时间才能完成数据帧的这次传输，才能使信道转入到空闲状态。,网络分配向量,信道从忙态变为空闲时，任何一个站要发送数据帧时，不仅都必须等待一个 DIFS 的间隔，而且还要在争用窗口CW内随机选择一个时隙或者计算随机退避时

28、间以便再次重新试图接入到信道。在信道从忙态转为空闲时，各站就要执行退避算法。这样做就减少了发生碰撞的概率。争用窗口CW 应该多大？802.11 使用二进制指数退避算法。,争用窗口(Content Window),1.若站点检测到信道空闲时间=DIFS或者检测发生了碰撞时，从0,CW)随机取一个值，退避计数器的值为Backoff Time=Random()*SlotTime；此后，每当站点检测到信道空闲时间=DIFS时，启动退避计数器；2.若站点检测到信道忙或者空闲时间=DIFS，则冻结并记录下退避计数器的当前值，直到重新出现DIFS空闲期再回复退避计数器的运行；,争用窗口(Contention

29、 Window),3.当退避计数器减至0时，立即发送数据；4.CW的值取决于CWmin、CWmax以及发生碰撞的次数：帧的第一次传输时，CW=CWmin；每次不成功传输都会使CW*2，直到增加至CWmax；当进行一次成功传输后立即将CW重设置为CWmin.,争用窗口(Content Window),争用窗口(Content Window),站点每经历一个时隙的时间就检测一次信道。这可能发生两种情况。若检测到信道空闲，退避计时器就继续倒计时。若检测到信道忙，就冻结退避计时器的剩余时间，重新等待信道变为空闲并再经过时间DIFS 后，从剩余时间开始继续倒计时。如果退避计时器的时间减小到零时，就开始发

30、送整个数据帧。,退避计时器(backoff timer),图例 冻结剩余的退避时间,帧,帧,帧,帧,帧,DIFS,DIFS,DIFS,DIFS,争用窗口,争用窗口,争用窗口,争用窗口,退避,退避,退避,退避,A,B,C,D,E,t,t,t,t,t,冻结,冻结,冻结,冻结,冻结,802.11 的退避机制,长包重传次数：4次短包重传次数：7次,802.11MAC包重传次数,对信道进行预约,802.11 允许要发送数据的站对信道进行预约。,A,C,B,D,E,源站 A 在发送数据帧之前先发送一个短的控制帧，叫做请求发送 RTS(Request To Send)，它包括源地址、目的地址和这次通信（包括

31、相应的确认帧）所需的持续时间。,对信道进行预约,802.11 允许要发送数据的站对信道进行预约。,A,C,B,D,E,若媒体空闲，则目的站 B 就发送一个响应控制帧，叫做允许发送 CTS(Clear To Send)，它包括这次通信所需的持续时间（从 RTS 帧中将此持续时间复制到 CTS 帧中）。,A 收到 CTS 帧后就可发送其数据帧。,RTS 和 CTS 帧以及数据帧和ACK 帧的传输时间关系,时间,DIFS,RTS,SIFS,时间,NAV（RTS）,DIFS,争用窗口,推迟接入,源站,时间,目的站,ACK,其他站,CTS,SIFS,SIFS,数据,NAV（CTS）,NAV（数据）,80

32、2.11PCF与DCF的交替,作业通过举例分析RTS/CTS怎么解决了无线网络传输中的隐终端和暴露重担问题？RTS/CTS机制对网络性能的影响？正面？负面？,RTS/CTS机制作用？,文章：无线网络MAC机制中RTS/CTS机制的研究李娜娜许多学者对CSMA/CA的性能进行了研究，但是却没有从信道利用效率的角度来考虑RTS/CTS机制对网络性能的影响。本文从信道利用效率的角度对无线局域网的RTS/CTS机制进行性能仿真研究，并揭示出该机制对于无线网络的整体性能起正面与负面影响作用的本质原因。,RTS/CTS机制作用？,发送节点设备MAC层的数据负载在成功地接入到无线信道的过程中，需要将该负载内

33、容封装上MAC包头和PHY包头，并且要避免冲突以顺利接入无线信道。而真正在无线信道上传输的帧不仅仅有成功接入信道的数据帧，还有各种管理和控制帧。分别用、来表示上述三个方面的效率。其中，为成帧效率，为冲突避免效率，为信道共享效率。,RTS/CTS机制作用？,分别用、来表示上述三个方面的效率。其中，为成帧效率，为冲突避免效率，为信道共享效率。,RTS/CTS机制作用？,无线信道的利用率可用下式来表示：,RTS/CTS机制作用？,RTS/CTS机制作用？,1.由于对于一定大小的数据负荷来说，成帧效率完全取决于协议的MAC包头和PHY包头的大小，RTS/CTS机制对并不会产生任何影响。2.然而，采用R

34、TS/CTS机制，通过带宽预留机制，便可以减少碰撞发生的概率，即使发生碰撞，也只是相对较短的控制包会发生碰撞，避免了较长数据包发生碰撞，提高了冲突避免效率。,RTS/CTS机制作用？,3.与不使用RTS/CTS机制相比，每发送一个数据帧都需要附加发送两个控制帧，并多等待T_add间隔的时间，如下式所示。其中，对于IEEE 802.11b来说，C可取1Mbps，RTS/CTS帧大小分别为20字节和14字节。即采用了RTS/CTS机制尽管可以提高冲突避免效率，但是却是以降低信道共享效率为代价的。,RTS/CTS机制作用正面,无线信道的利用率是衡量网络性能优劣的一个重要指标，RTS/CTS机制便是通

35、过信道共享效率的降低，减少了碰撞概率，从而提高了冲突避免效率，最终提高了带宽利用率，减少了数据包的时延。这是RTS/CTS对网络性能的正面影响作用。,RTS/CTS机制作用负面,同时，如果数据包长度较小时也采用了RTS/CTS机制，将导致产生与数据负荷相比不可忽视的控制负荷，导致吞吐量的下降。并且，随着T_add时间的积累作用，数据包的时延很可能没有得到改善，甚至会进一步恶化。此时，RTS/CTS机制对于网络性能便表现出负面作用。,发送的数据包大小P为512字节,图1 网络吞吐量性能（P=512字节）,图 2媒体接入时延性能（P=512字节）,图1和图2是当发送的数据包大小P为512字节时，随

36、着网络负载不断变化得到的网络吞吐量性能和媒体接入时延性能曲线。,数据帧长可达到2300字节,发送的数据包大小P为512字节,图1 网络吞吐量性能（P=512字节）,图 2媒体接入时延性能（P=512字节）,从图1中可以看出，在不采用RTS/CTS机制的条件下，当网络负载较小时，网络的吞吐量基本上同网络负载相同，在网络负载为60%时吞吐量达到最大值0.596Mbps。随着网络负载的继续加大，网络的吞吐量性能并没有得到提高。在采用了RTS/CTS机制的条件下，当网络负载较小时，网络的吞吐量性能与不采用RTS/CTS机制时情况基本相同，在网络负载为60%时，吞吐量达到第一个较大值0.598Mbps。

37、值得注意的是，随着网络负载的继续加大，网络的吞吐量性能得到了一个很大的改善，在网络负载为110%时，吞吐量达到了最大值0.679Mbps。,发送的数据包大小P为512字节,图1 网络吞吐量性能（P=512字节）,图 2媒体接入时延性能（P=512字节）,可见，当P为512字节时，采用RTS/CTS机制，能够起到改善网络吞吐量性能的作用，主要原因是该机制可以对无线媒质接入进行预留，避免了数据包的碰撞以及重传，从而提高了冲突避免的效率，减少了信道接入延时，如图2所示。但是获得吞吐量性能改善付出的代价是要发送附加的控制帧RTS帧和CTS帧。,发送的数据包大小P为128字节,图3 网络吞吐量性能（P=

38、128字节）,图 4媒体接入时延性能（P=128字节）,图6和图7是当发送的数据包大小P为128字节时，随着网络负载不断变化得到的网络吞吐量性能和媒体接入时延性能曲线。,发送的数据包大小P为128字节,图3 网络吞吐量性能（P=512字节）,图 4媒体接入时延性能（P=512字节）,可见，当网络负载较小时，随着网络负载的增大，网络的吞吐量不断增加，但其增速明显低于图1中同等负载下网络的吞吐量的增速。并且，当网络负载大于53%时，采用RTS/CTS机制进行数据包的传输将会导致网络吞吐量性能与不采用该机制时有了较大程度的恶化，如图3所示。,发送的数据包大小P为128字节,图3 网络吞吐量性能（P=

39、128字节）,图 4媒体接入时延性能（P=128字节）,同时，此时的信道接入时延比不采用该机制时还要略微大一些，如图4所示。,发送的数据包大小P为128字节,图3 网络吞吐量性能（P=128字节）,图 4媒体接入时延性能（P=128字节）,产生这种现象的原因，不仅仅是因为每次发送一个128字节的数据负荷则需要封装上（16+8+34）字节的包头，数据成帧效率较低，而且是由于采用了RTS/CTS机制，在对一个仅仅只包含128字节的数据负荷竞争信道时，却要附加发送至少一个或者n个RTS/CTS控制帧（大小分别为44字节和38字节）以及2个或者2n个SIFS间隔的等待时间，而正是由于这种控制包负荷以及

40、T_add间隔的累积作用便造成了网络吞吐量性能和信道接入时延性能的恶化。,RTS阈值,每个站点自己决定；当帧长大于RTS阈值时采用RTS/CTS机制；,RTS/CTS机制作用小结,在承载的数据包负荷较大的情况下，采用RTS/CTS机制可以通过降低信道共享效率来获得信道冲突避免效率的增益，进而得到较好的网络吞吐量和媒体接入时延性能，表现出该机制对网络性能正面的影响作用。然而，在数据包较小的情况下，采用RTS/CTS机制，尽管可以提高数据包冲突避免的效率，但却会造成信道共享效率的急速下降，最终反而会导致信道利用率的恶化，RTS/CTS机制对网络性能的负面影响作用就凸现出来了。,作业,分析：ZigBee网络MAC层为何没有采用RTS/CTS机制来避免隐终端和暴露终端问题？,