从状态转移看：载波侦听多路访问/冲突避免（CSMA/CA）

CSMA/CA是写入IEEE802.11的无线网络MAC层标准协议，相信看到这篇文章的读者都知道它是用来做什么的。但许多短文对这个协议的解释都有所缺乏，因此本文用状态转换图的形式详细说明协议的工作流程。（好吧其实是作者看到一个状态图有感而发，见参考资料）

请看下面的状态转换图：

其中，CS=1(0)意味着载波被占用（可用），Q=1表示队列中有（无）待发送的帧（frame）。感兴趣的读者可以自行推断上述状态代表什么。

好了，首先说明，CS=1还是CS=0是怎么判断呢？有时是通过侦听载波，有时是通过RTS/CTS机制，虽然图中并未说明。下面沿着状态图简述CSMA/CA工作流程：

　　(初始状态为I, 节点有待发的帧，于是开始侦听载波)

　　I：idle，发送方侦听到信道忙，则转到D，否则转到T。

　　D：defer，若信道忙，等待一段时间后，若信道空闲，转到B。

　　T：transmit，若信道可用，等待一个DCF之后发送一个RTS。若收到的CTS中包含自己的地址，说明预约信道成功，开始传输数据帧。传输过程中遇到出错，则转到B，进入退避过程；遇到信道被占用时转到D。

　　B：backoff，即CSMA/CA的退避机制，用于处理传输出错的情况。出错一般只由两种情况导致，即冲突(collision)和信道噪声(carrier noise)。退避时，从{1, 3, 7, 15, ... 2^m-1}中选择一个时间进行延时。

退避过程：DCF在退避状态下有一个竞争窗口机制，如果一次传输成功了，发送端需要将竞争窗口置为最小值（802.11中规定contention window最小为31）。对于重传的节点，每一次传输失败都将contention window的大小成倍放大，即第一次重传时窗口大小为63，第二次是127，直到达到重传次数上限，则作丢包处理。竞争窗口越小，越有利于竞争。

另附MAC层中自私行为的实现：

　　1，增大CCA threshold。

CCA (空闲信道评估，Clear Channel Assessment)用于监测信道是否空闲。节点监测信道中的RSSI并于阈值进行比较，若超出阈值则认为信道忙，否则信道可用。自私节点通过增大这一阈值，使得自身对于信道是否可用不敏感，因此在信道忙的时候仍然发包，导致其他节点的传输收到干扰。这种行为属于暴力自私行为，因为在干扰下自私节点自身的包也会丢失。

　　2，减小backoff time，即选择小甚至最小的CW。

通过选择最小的CW，自私节点在传输出错的时候总是先于冲突节点发包，从而导致不公平性。篡改backoff time的自私行为是最难以解决的问题之一。

参考资料：Utpal Paul, Passive Measurement of Interference in WiFi Networks with Application in Misbehavior Detection[J], TMC, 2013.