MAC bao gồm hai vấn đề chính: cách chia sẻ nguồn tài nguyên và cơ chế xử lý đa truy cập. Nguyên lý hoạt động của MAC rất phổ biến trong mạng không dây, hầu hết nguyên lý đáng chú ý của MAC là đa truy cập phân chia theo thời gian (TDMA), một số khác là đa truy cập phân chia theo tần số (FDMA) và đa truy cập mã hoá (CDMA). Trong phần này, chúng ta phân tích ƣu nhƣợc điểm trên các khía cạnh năng lực và mức tiêu thụ năng lƣợng của các nguyên lý MAC này [9].
Trong mô hình TDMA, thời gian đƣợc chia thành các khe và mỗi nút mạng đƣợc phân chia, thông thƣờng nhờ bộ điều khiển trung tâm hoặc trạm gốc, để truyền và nhận trên một (hoặc một số) khe nhất định. Trong khe thời gian dành cho nút mạng đó, toàn bộ băng thông của kênh truyền đƣợc dành cho việc truyền dữ liệu của nút. Do thời gian truyền tỷ lệ nghịch với băng thông nên thời gian truyền Ttx trong chế độ tiêu thụ năng năng lƣợng thu phát radio sẽ đƣợc giảm mức thấp nhất.
Thêm vào đó, các nút mạng học đƣợc vị trí khe thời gian dành cho nó trong khi truyền dữ liệu cho phép nút mạng chuyển sang trạng thái ngủ trong khoảng thời gian khe thời gian dành cho nó chƣa đƣợc kích hoạt. Do đó, có thể tránh đƣợc năng lƣợng mất mát do overhearing.
Tuy nhiên, nguyên lý TDMA yêu cầu duy trì đồng bộ đồng hồ trong toàn bộ mạng để tránh xung đột. Do đó, trạm BTS thông thƣờng gửi quảng bá gói tin đồng bộ định kỳ. Mỗi nút mạng có thể không nhận đƣợc gói tin đồng bộ và do đó nó đƣợc active trong khoảng thời gian truyền của nó. Giả sử Tguard
là khoảng thời gian nhỏ nhất giữa hai khe liên tiếp và δ là độ lệch thời gian lớn nhất có thể có giữa đồng hồ của hai nút mạng, các nút mạng phải đồng bộ ít nhất một lần trong mỗi khoảng thời gian Tguard/δ để tránh xung đột gói tin. Nói cách khác, các nút mạng phải đƣợc active ít nhất δ/Tguard lần mỗi giây để đồng bộ lại. Dựa trên chế độ tiêu thụ năng lƣợng, số lần một nút mạng đƣợc active lại để nhận gói tin phải đƣợc giảm để mức tiêu thụ năng lƣợng là nhỏ nhất và do đó Tguard phải là lớn nhất. Tuy nhiên, khi Tguard tăng thì băng thông giảm và tăng độ trễ truyền tín hiệu.
Đa truy cập phân chia theo tần số - FDMA
Nguyên lý FDMA ra đời nhằm khắc phục độ trễ trong nguyên lý TDMA bằng cách cho phép nhiều nút mạng có thể giao tiếp đồng thời. Tổng
băng thông đƣợc chia thành nhiều kênh mỗi kênh đƣợc gán với một nút mạng. Xung đột đƣợc giảm thiểu do các nút không phải tranh chấp trên cùng một kênh. Tuy nhiên, trong FDMA, mỗi nút chỉ đƣợc dành lƣợng băng thông nhỏ hơn so với TDMA và do đó thời gian Ttx lớn hơn, đồng nghĩa với tiêu thụ năng lƣợng nhiều hơn. Mặt khác, do không cần cơ chế đồng bộ nên N
rx trở nên nhỏ hơn do đó năng lƣợng đƣợc tiết kiệm đáng kể. Phƣơng pháp kết hợp giữa TDMA và FDMA có thể đƣợc sử dụng để phát huy ƣu điểm của hai phƣơng pháp và khắc phục nhƣợc điểm của mỗi phƣơng pháp.
Đa truy cập mã hoá CDMA
Trong CDMA, mỗi nút đƣợc gán một mã tuần tự duy nhất cho quá trình truyền dẫn. Một nút trải dữ liệu của nó lên đƣờng truyền sử dụng mã của nó. Tại đầu nhận dữ liệu, nhiệm vụ là gom lại các bit và sắp xếp lại dữ liệu bằng giải mã. Mặc dù CDMA cho phép truyền đến mức tối đa băng thông của kênh truyền tại cùng một thời điểm, nhƣng một cơ chế mã hoá đặc biệt thu hẹp băng thông dành cho truyền dữ liệu của các nút. Do đó, nhƣ trong FDMA, T
tx
đƣợc tăng lên. Thêm vào sự phức tạp của mạch điện đầu thu trong phƣơng pháp này, mỗi nút phải biết một chuỗi mã của đầu phát. Trong mạng đa chặng multi-hop, mỗi nút chuyển tiếp dữ liệu và do đó nó cần nhiều bộ nhớ hơn để lập bảng các mã về các nút khác.
CSMA
TDMA, FDMA, CDMA là các phƣơng pháp truyền tin không có sự tranh chấp trong đó các nút đƣợc gán ứng với mỗi kênh đã đƣợc phân chia sẵn để tránh xung đột. Ngƣợc lại với các phƣơng pháp trên, CSMA là cơ chế truyền tin có xung đột tranh chấp. Trong CSMA, mỗi nút đƣợc yêu cầu luôn kiểm tra môi trƣờng xem kênh truyền có rỗi không để truyền dữ liệu. Khi một
nút cần gửi gói tin, nó truyền gói trên toàn bộ băng thông. Không có sự ƣu tiên cho nút hoặc sự đồng bộ đồng hồ trong cơ chế truyền tin CSMA. Khi sử dụng CSMA, các nút buộc phải thức lâu hơn và do đó làm tăng mức tiêu thụ năng lƣợng. Tăng xung đột giữa các nút làm thời gian trễ truyền tin không thể dự đoán đƣợc và có thể dẫn đến tỷ lệ mất gói tin cao.