CSMA/CA算法流程

我们知道总线型局域网在MAC层的标准协议是CSMA/CD，即载波侦听多点接入/冲突检测（Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection）。但由于无线产品的适配器不易检测信道是否存在冲突，因此802.15全新定义了一种新的协议，即载波侦听多点接入/避免冲撞CSMA/CA（with Collision Avoidance）。一方面，载波侦听----查看介质是否空闲；另一方面，避免冲撞----通过随机的时间等待，使信号冲突发生的概率减到最小，当介质被侦听到空闲时，优先发送。不仅如此，为了系统更加稳固，802.15还提供了带确认帧ACK的CSMA/CA。在一旦遭受其他噪声干扰，或者由于侦听失败时，信号冲突就有可能发生，而这种工作于MAC层的ACK此时能够提供快速的恢复能力。

以太网属于广播形式的网络，当一个站点发送信息时，网络中的所有站点都能接收到，容易形成数据堵塞，导致网络速度变慢，甚至发生系统瘫痪。为了尽量减少数据的传输碰撞和重试发送。以太网中使用了CSMA/CA(载波监听多路访问/冲突检测)工作机制。以防止各站点无序地争用信道。无线局域网中采用了与CSMA/CD相类似的CSMA/CA(载波监听多路访问/冲突防止)协议，当其中一个站点要发送信息时。首先监听系统信道空闲期间是否大于某一帧的间隔。若是，立即发送，否则暂不发送，继续监利。CSMA/CA通信方式将时间域的划分与帧格式紧密联系起来，保证某一时刻只有一个站点发送，实现了网络系统的集中控制。

因为传输介质的不同，所以传统的CSMA/CD与无线局域网中的CSMA/CA在工作方式上存在着差异。CSMA/CD的检测方式是通过电缆中电压的变化来测得，当数据传输发生碰撞时，电缆中的电压就舍随着发生变化，而CSMA/CA使用空气作为传输介质．必须采用其他的碰撞检测机制。CSMA/CA采取了三种检测信道空阁的方式：能量检测(ED)、载波检测(CS)和能量载波混台检测。

能量检测(ED) 接收端对接收到的信号进行能量大小的判断，当功率大于某一确定值时，表示有用户在占用信道，否则信道为空。

载波检测(CS)接收端将接收到的信号与本机的伪随机码(PN码)进行运算比较，如果其值超过某一极限时，表示有用户在占用信道，否刚认为信道为空。

能量载波检测。它是能量检测和载波检测两种工作方式的结合。

在IEEE 802.15.4 CSMA/CA机制中，网络协调器在网络中，会发出信标给所有的可感应节点，而对于有数据需传送的设备来说，它们会向网络协调器要求进行传送，由于在一个时间内只能有一个设备进行传输，因此所有想要传输的节点设备就会通过CSMA/CA机制来竞争传输媒体的使用权。所有准备传输数据的设备，会监测目前的无线传输媒体是否有其他设备在使用中，如果为宅闲，此时，这些设备会产生一个倒退延迟时间，来错开这些设备同时送出数据从而造成碰撞的可能。若目前的无线传输媒体是忙碌中的，则这些设备将会在监测到媒体为空闲后，再进行CSMA/CA的竞争。

在IEEE 802.15.4 CSMA/CA算法中,CSMA/CA算法是用于节点问数据传输时的信道争用机制，此算法中有三个重要的参数由每个要传送数据的设备去维护：Nb、CW和BE。

Nb(后退次数，Number Of Back)：Nb的初始值为0，当设备有数据要传送时，经过一段后退时间后，发送CCA检测，若检测到信道忙，则会再一次产生倒退时间，此时Nb值会加1，在IEEE802.15.4中，Nb值最大定义为4，当信道在经过4次的后退延迟时间后仍为忙，刚放弃此次的传送，以避免过大开销。

CW (碰撞窗口的长度，content window length):也就是后退延迟时间的长度，单位是Backoff，一个后退周期的定义在MAC PIB中由参数aUnitBackofPeriod给出，为20symbol的时间。CW的初始值为2，最大值为31。

BE(后退指数，Backoff exponent)：取值范围为0～5，15.4推荐的默认值为3，最大值为5。当BE设为0时，则只进行一次碰撞检测。在IEEE 802.15.4中，失败的次数(重传)最多3次。图2.19是CSMA／CA算法流程；其中在步骤(3)是完成CCA的部分。