智能家居相关技术Z-Wave技术协议——MAC层的数据控制

Z-Wave的MAC层控制无线媒介。数据流采用曼彻斯特编码，数据帧包含了前码、帧头、帧数据、帧尾。帧数据是帧传递给传输层的部分。所有数据都通过小端模式传输。MAC层独立无线媒介、频率和调制方法，但是要求接收到数据时能从曼彻斯特编码比特流或解码比特流获得帧数据或整个二进制信号。数据通过8bit据块传输，第—位是最高有效位（Most Significant Bit，MSB），数据经过曼彻斯特编码，以便得到一个无直流的信号。

MAC层具有冲突避免机制，防止节点在其他节点发送数据时开始数据的传输。冲突避免机制通过以下方法实现：让不在传输数据的节点进入接收模式，如果MAC层正处于接收数据阶段则延迟传输，沖突避免机制在所有类型的节点上都被激活。当媒介正忙时，帧的传输延迟一个随机的毫秒数。

MAC层沖突避免机制的核心是CSMA/CA，包括载波监听、帧间间隔和随机退避机制。每=个节点使用载波侦听多路访问（Carrier Sense Multiple Access，CSMA）机制的分布接入算法，让各个节点争用信道来获取发送权。CSMA/CA方式采用两次握手机制，即ACK （Acknowledgement）机制：当接收方正确地接收帧后，就会立即发送确认帧ACK，发送方收到该确认帧，.就知道该帧已经成功发送。如果媒介闲时间大于等于帧间隔，就传输数据，否则将延时传输。

CSMA/CA的基础是载波监听。物理载波监听在物理层完成，通过对天线接收的有效信号进行检测，若探测到这样的有效信号，物理载波监听认为信道忙，MAC载波监听在MAC层完成，通过检测MAC帧中的持续间域完成。信道空闲时才能发送数据，如果信道繁忙，就执行退避算法，然后重新检测信道，避免共享介质碰撞。介质繁忙状态刚刚结束的时间是碰撞发生的高峰时刻，许多节点郡在等待介质，介质空闲的第一时间所有节点都试图发送，会导致大量碰撞，所以CSMA/CA采用随机退避时间控制各个节点帧的发送。