摘要：本文對不同型別網路中現有的MAC層接入方式進行分類歸納，對技術優勢與缺陷進行闡述分析，特別是QoS效能表現，並結合軟體定義網路思想對無線網路的接入技術發展方向進行探究。
關鍵詞：無線通訊網路；MAC層接入；QoS（服務質量）保證
0引言
無線通訊技術給人們的生產生活帶來了巨大的革新，人類生活越來越離不開無線通訊技術的支援。我們日常使用的智慧手機、ipad、膝上型電腦等，其靈活性、隨遇接入和易於擴充套件的優勢是其他通訊方式無可比擬的，但是由於無線通訊具有可利用頻譜頻寬有限，傳輸受到距離約束等固有特點，所以在一個無線網路當中，一般採用多個網路終端共享一個無線通道來發送和接收資料資訊，MAC層（介質訪問控制）的主要功能就是控制節點對傳輸介質的訪問，通過定義一系列的協議規則來排程分配寶貴有限的頻譜資源。
1無線通訊網路結構與TCP/IP網路結構劃分對比，可以將無線通訊網路的結構抽象劃分為5層
鏈路層連線著物理層和網路層，與TCP/IP網路結構劃分對比，可以將無線通訊網路的結構抽象劃分為5層，如圖1所示。鏈路層連線著物理層和網路層，傳統的鏈路層一般劃分為兩個子層：邏輯鏈路控制層（LLC）和介質訪問控制層（MAC）。MAC層的主要功能就是為網路當中的使用者提供共享介質的`訪問方法，在多使用者的網路中，保證每一個鏈路層幀都能夠正確的定址和傳輸，在不同應用網路中需要有專門設計的MAC層協議。
2MAC層接入協議分類
常見的MAC層接入協議大概分為兩類：競爭型與非競爭型，而競爭型的接入方式又分為隨機接入和動態預約的方式，比如CSMA、MACA等；在協議種類上分別有ALOHA、IEEE802.11、令牌環、輪詢協議、FDDI等。
2.1基於靜態分配的MAC層協議
在多個競爭使用者之間劃分整個頻譜資源的傳統做法是把頻段拆分為互不重疊的頻寬，比如FDM（頻分多路複用），每個使用者都有各自專用的頻段，由於中間預留出保護頻帶，每個使用者之間不會存在干擾，例如調頻廣播（FM），每個電臺使用固定的中心頻點，佔用固定的頻譜寬度，在絕大部分的時間段裡廣播自己的訊號，相當於自己的專屬通道。這種通道劃分方式是一種簡單而高效的分配機制，每個參與使用者都有著穩定的通道負載，有著較好的服務質量保證，但是所佔用的頻頻寬，系統的有效性差。挪威曾經宣佈要在2017年陸續關閉FM無線電廣播，瑞士也計劃在2020年部署類似的行動。基於時分複用（TDM）的協議的優點是在全網負載很大的情況下依然能夠良好執行，因為系統提前對通道進行了時隙的劃分，在理論上，不存在資料衝突和通道搶佔。但是，這也帶來了不足之處，即在全網負載較小時，通道利用率明顯下降。尤其對於突發業務和大資料量業務，固定的時隙劃分給固定的業務傳輸型別或者是某個網路節點，使得傳輸業務往往得不到QoS保證。另外，TDM機制需要全網路進行同步，網路規劃需要專門的時間同步時隙和複雜度也較高，使得網路的靈活性變得很差，不適合網路參與節點快速變化的自組網路。
2.2基於競爭的MAC層協議
該類協議採用隨機的接入策略，網路節點的功能對等，各節點以競爭的方式獲取通道的接入。節點在有資料需要傳輸時，以競爭的方式獲得通道，比如ALOHA協議是最簡單的隨機競爭協議。但是由於存在大量的衝突，ALOHA協議的通道利用率較低，一般在18.4%~36.8%。IEEE802.11協議是基於衝突避免的載波偵聽多址接入協議（CSMA/CA），被廣泛地應用於商業網路中，由於其本身是基於CSMA/CA機制的MAC協議，但是它所採用的RTS/CTS/DATA/ACK的多次握手機制，會帶來多個傳輸空閒時間，使資料資訊積累更多的等待時間，造成延遲，降低了傳輸服務質量。競爭類協議的機制一般比較簡單，優點是在網路負載較低時通道利用率高、分組接入時延小，因此很適合突發業務。但是，隨著網路負載的增大，分組資料在通道上碰撞次數增多，競爭協議的效能明顯下降，並且無法為高優先順序資料提供一個確定的通道最大接入時延。
2.3基於集中式輪詢MAC協議
此類協議主要採用輪詢協議和網路化的結構形式，在一個具有中心節點的網狀拓撲網路中，其網路參與者之間就像是一個有序會議，這個參與者具有平等的網路功能。網路在一箇中心控制器的監視下執行，由中心節點來控制接入，通過依次詢問節點的方式來維持通訊規則。整個網路按照輪詢協議來執行，當網路控制中心輪詢到網路參與節點時，網路節點發送它們所需要報告的所有資料，在傳送完成後，則需要返回到接收模式。接入方式採用有中心的時分點名呼叫和輪詢，每個節點在一個輪詢週期內無競爭的傳送一次資料。輪詢式的MAC層接入協議特點是網路資源按需分配，中心節點集中控制，效能穩定。對時間同步的精度要求不高，但是此類協議的網路吞吐量低，如若考慮傳送資料優先順序，則會提高輪詢協議的複雜度。此類協議難以提供較好的QoS保證。
3軟體定義網路的思想與應用
軟體定義網路（Software-DefinedNetworking，SDN）採用了控制與轉發分離的架構，能夠在控制平面上邏輯集中可程式控制器並掌握全域性網路的各種狀態資訊，抽象後通過開放介面提供給應用層，它擁有靈活調整與業務部署能力，能夠實現基於應用的開放式網路體系架構。從廣義上來看，SDN表示向上層應用最大限度開放資源介面，幫助系統來實現應用的程式設計控制與基礎的網路架構，隨著可程式邏輯器件的發展，通過利用可程式物理層與MAC層來共同構建無線接入網路資料平面，該資料平面可以同時相容多個技術制式的網路，近些年來，出現了很多跨層無線設計，像SAM，Jello，MegaMIMO，WhiteRate，SoftPHY等，除了將物理層看作是一個黑盒，這些系統綜合地優化了網路協議和物理層訊號處理，比如把WIFI、3/4G-LTE、GSM等。當這些資料技術平面被接入到SDN後，就可以通過向上介面來實現對業務應用的支撐，以業務應用實現為目的，對使用者進行集中式業務邏輯控制和移動性管理，通過智慧化資料轉發裝置來解耦網路路徑，從而能夠為網路提供更多的接入和切換方式，以此來提高整個網路的服務質量保證。
4結束語
本文根據不同的MAC層接入技術及其特點，並參照應用效果對其所能提供的QoS保證進行了分析，總結了每一技術體制的優勢和存在的缺陷；隨著技術的發展，網路智慧化的程序不斷向前推進，軟體定義網路技術將會提供更多的網路接入選擇。
參考文獻
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