2.4 MAC子层

IEEE 802.11p标准的MAC协议实体位于物理层实体之上，主要作用是通过相关的机制来协调各个车辆通信节点对信道资源的访问，保证各通信节点能够公平和可靠地访问共享的无线信道资源。与IEEE 802.11a标准相同，802.11p标准也提供了点协调功能（Point Coordinated Function, PCF）和分布式协调功能（Distributed Coordinated Function, DCF）两种信道协调功能。前者主要用于集中式网络，即所有车辆通信节点在中心节点（路边单元或簇头）的集中控制下有序地进行数据交换。DCF则用于全分布式网络，在这种类型的网络中不存在用于集中控制的中心节点，所有车辆通信节点需要根据自身对物理信道的观测结果独立访问信道。鉴于PCF是一个可选机制且很多商业产品也不对其提供支持，本节只讨论DCF机制。

在DCF访问控制方式下，车辆节点间通过CSMA/CA机制实现无线资源的共享，其过程可分为侦听、退避和握手三个方面。发送端在向无线信道发送MAC帧之前需要通过侦听信道来检测是否有其他节点正在访问信道资源。MAC协议中同时提供了物理载波侦听和虚拟载波侦听两种方式，前者通过物理层检测到的载波信号强度估计物理信道状态，而后者则通过接收帧帧头中的相关字段对信道状态进行预测。为了减少传输碰撞，MAC协议还采用了随机退避机制。根据该退避机制，发送端在发送数据帧之前需要侦听信道一个随机的时间，只有在这段时间内信道一直空闲，它才能真正开始传输。

在通信过程控制方面，DCF提供了两步握手和四步握手两种方式。两步握手又称DATA/ACK握手，即目的端在正确接收到远端节点发送的数据帧后需要向发送端节点回复确认帧，数据帧或确认帧的丢失都会触发重传过程。考虑到车辆通信系统中广泛存在的隐藏终端和暴露终端等问题，IEEE 802.11p标准的MAC协议中还规定了一种称为请求发送/清空发送（Request-to-send/Clear-to-send, RTS/CTS）的四步握手机制，即发送端先发送RTS帧请求占用信道，接收端回复CTS帧清空信道，然后才开始两步握手传输过程。此外，为了使相关应用能够在尽可能短的时间内高效完成，MAC 层还删减了主动扫描、关联和认证等802.11a标准的MAC协议流程。在通信质量控制方面，MAC标准引入了IEEE 802.11e 的增强型分布式信道接入机制，以便为低时延高可靠的通信业务提供服务质量保障, 该机制是通过IEEE 1609.4标准中定义的多信道机制来实现的。