介质访问协议用于协调使用共享通信信道从多个发送器传输信息。MAC协议旨在通过利用传输信道的关键特性来最大限度地提高信道利用率。MAC协议可以设计为以固定或动态方式分配传输资源。固定信道分配技术，如频分复用或时分复用，在许多通信系统中普遍使用，在这些系统中，有足够的信道容量可用于传输信息。对于低数据速率和可变信道条件，通常使用动态信道分配技术来最大化传输信道利用率，其中物理传输信道条件可能是高度可变的。基于动态信道分配技术，可以开发两类MAC协议，即随机访问协议和定时访问协议。最常用的随机存取协议是载波感应多重存取（carrier sense multiple access，CSMA），广泛应用于许多网络，包括传感器网络设计。最常用的定时访问协议是轮询协议。CSMA和轮询协议都具有灵活的结构，可以用于不同的应用环境。正如本章所讨论的，由于链路质量的变化取决于位置和应用，水下通信信道是一种相对困难的传输介质。此外，使用声音信号作为载体将产生显著的延迟，这是开发MAC协议时的一个主要挑战。载波监听多址冲突监测协议（CSMA／CA）是一种分布式控制协议，不需要任何中央协调器。该协议的原理是，想启动传输的发送器通过检查载波信号的存在来检查传输信道。如果没有载波信号，表明信道空闲，发送器可以启动传输。对于高传播延迟网络，这种解决方案由于延迟而不能提供非常高的吞吐量。
图14.15 基于CSMA／CA协议的包传输实例
距离=d（m），传播延迟=tp
考虑图14.15，其中两个节点使用CSMA／CA协议，间距为100 m。在这种情况下，如果T=0，节点A感应到信道，那么它会发现信道是空闲的，可以继续传输。如果节点A立即开始传输数据包，那么它可以假定数据包将成功传输。但是，如果节点B在传输延迟时间tp之前开始感知信道，那么它也会发现信道是空闲的，可以开始传输。在这种情况下，两个数据包都会发生碰撞，传输信道容量将浪费一段时间L+tp，其中L是数据包传输时间。另一方面，如果从A的包传输开始，B节点在时间tp之后检查通道，那么它会发现通道正忙，不会传输任何包。现在这个简单的例子展示了随机访问协议的性能如何依赖于传播延迟。如果传播延迟很小，那么在A的数据包到达B之前，传输数据包的概率就小得多。随着传播延迟的增加，碰撞概率也会增加。(www.xing528.com)
CSMA／CA协议通常用于射频网络，其中100 m链路延迟将产生0.333μs的传播延迟，而相同距离的水声链路将产生0.29 s的传播延迟，其比射频延迟长约875 000倍。读者可以很容易地理解为什么声学链路的吞吐量比香农-哈特利定理预测的要低得多。如果假设传输一个100 bit的数据包，那么该数据包在10 kbps射频链路上传输大约需要0.08 s。同样的数据包在10 kbps的声音链路上需要0.371 3 s，提供2.154 kbps的净吞吐量。该计算基于传输信道理想的假设，即BER=0。如果信道误码率为非零，那么吞吐量将进一步降低。
前几节已经表明，传输链路的误码率取决于链路参数、应用环境的几何结构、调制技术和各种噪声源的存在。非零误码率条件在链路上引入有限的包错误率（PER），由公式（14.7）描述，其中K表示包长度。PER将取决于误码率和传输包的长度。对于使用100 bit数据包大小的10-3误码率，链路将生成每值0.55，这意味着几乎每秒钟的数据包都会损坏，需要某种类型的错误保护方案来降低有效的数据包错误率。
在通信系统中，通常有两种分组纠错技术，一种是前向纠错（FEC）方案，该方案使用若干冗余位加上信息位来提供一定程度的信道错误保护。第二种技术涉及使用称为ARQ的DLC功能的包重传技术。当接收器无法使用FEC位校正数据包时，ARQ协议将引入重传。由于相同的信息被多次传输，重新传输过程可以有效地进一步降低链路的吞吐量。从这个简短的讨论中，可以看到，传感器网络中使用的标准CSMA／CA协议在水下网络环境中几乎无法工作，除非标准协议得到进一步增强。这是一个重要的研究课题，目前许多研究人员和作者都在跟进。
PER=1-（1-BER）K （14.7）
免责声明：以上内容源自网络，版权归原作者所有，如有侵犯您的原创版权请告知，我们将尽快删除相关内容。
