stringtranslate.com

Множественный доступ с контролем несущей и предотвращением столкновений

Множественный доступ с контролем несущей и предотвращением столкновений ( CSMA/CA ) в компьютерных сетях — это метод множественного доступа в сети , в котором используется контроль несущей , но узлы пытаются избежать столкновений, начиная передачу только после того, как канал будет определен как «свободный». [1] [2] Когда они передают, узлы передают свои пакетные данные целиком.

Это особенно важно для беспроводных сетей, где альтернатива с обнаружением коллизий CSMA/CD невозможна из-за того, что беспроводные передатчики десенсорят (отключают) свои приемники во время передачи пакетов.

CSMA/CA ненадежен из-за проблемы скрытого узла . [3] [4]

CSMA/CA — это протокол, работающий на канальном уровне .

Упрощенный алгоритм CSMA/CA

Подробности

Избежание столкновений используется для повышения производительности метода CSMA путем попытки разделить канал примерно поровну между всеми передающими узлами в области коллизий.

  1. Carrier Sense : перед передачей узел сначала прослушивает общую среду (например, прослушивает беспроводные сигналы в беспроводной сети), чтобы определить, передает ли другой узел или нет. Обратите внимание, что проблема скрытого узла означает, что другой узел может передавать, что остается незамеченным на этом этапе.
  2. Избежание столкновений : если обнаружен другой узел, мы ждем в течение некоторого периода времени (обычно случайного), пока узел не прекратит передачу, прежде чем снова начать прослушивание на предмет свободного канала связи.
  • Запрос на отправку/разрешение на отправку (RTS/CTS) может опционально использоваться на этом этапе для посредничества в доступе к общей среде. Это в некоторой степени облегчает проблему скрытых узлов, поскольку, например, в беспроводной сети точка доступа выдает разрешение на отправку только одному узлу за раз. Однако беспроводные реализации 802.11 обычно не реализуют RTS/CTS для всех передач; они могут полностью отключить его или, по крайней мере, не использовать для небольших пакетов (издержки RTS, CTS и передачи слишком велики для небольших передач данных).
  • Передача : если среда была идентифицирована как свободная или узел получил CTS, явно указывающий, что он может отправлять, он отправляет кадр целиком. В отличие от CSMA/CD , беспроводному узлу очень сложно прослушивать одновременно с передачей (его передача затмит любую попытку прослушивания). Продолжая пример с беспроводной связью, узел ожидает получения пакета подтверждения от точки доступа, чтобы указать, что пакет был получен и контрольная сумма была рассчитана правильно. Если такое подтверждение не приходит вовремя, он предполагает, что пакет столкнулся с какой-то другой передачей, в результате чего узел входит в период двоичной экспоненциальной задержки перед попыткой повторной передачи.

Хотя CSMA/CA использовался в различных проводных системах связи, он особенно полезен в беспроводной локальной сети из-за распространенной проблемы, когда несколько станций могут видеть точку доступа, но не друг друга. Это связано с различиями в мощности передачи и чувствительности приема, а также с расстоянием и местоположением по отношению к точке доступа. [5] Это приведет к тому, что станция не сможет «слышать» трансляцию другой станции. Это так называемая проблема « скрытого узла » или «скрытой станции». [6] Устройства, использующие стандарты на основе 802.11, могут пользоваться преимуществами предотвращения столкновений (рукопожатие RTS / CTS, также функция координации точек ), хотя по умолчанию они этого не делают. По умолчанию они используют механизм обнаружения несущей, называемый экспоненциальной отсрочкой (или распределенной функцией координации ), который основан на попытке станции «прослушать» трансляцию другой станции перед отправкой. CA или PCF опирается на AP (или «приемник» для сетей Ad hoc), предоставляющий станции исключительное право на передачу в течение определенного периода времени после запроса на это (Запрос на передачу / Разрешение на передачу). [7]

CSMA-CA требует определения того, является ли канал «свободным», даже если используются несовместимые стандарты и перекрывающиеся частоты передачи. Согласно стандартам, для передатчиков 802.11/Wi-Fi на одном канале передатчики должны по очереди передавать, если они могут обнаружить друг друга хотя бы на 3 дБ выше уровня шума (уровень теплового шума составляет около -101 дБм для каналов 20 МГц). [8] С другой стороны, передатчики будут игнорировать передатчики с несовместимыми стандартами или на перекрывающихся каналах, если уровень принимаемого от них сигнала ниже порогового значения P th , которое для систем, отличных от Wi-Fi 6 , составляет от -76 до -80 дБм. [9]

Обмен RTS/CTS IEEE 802.11

CSMA/CA может быть опционально дополнен обменом пакетом Request to Send (RTS), отправленным отправителем S, и пакетом Clear to Send (CTS), отправленным предполагаемым получателем R. Таким образом, все узлы в пределах досягаемости отправителя, получателя или обоих оповещаются о том, что не следует передавать данные в течение основной передачи. Это известно как обмен IEEE 802.11 RTS/CTS . Реализация RTS/CTS помогает частично решить проблему скрытых узлов , которая часто встречается в беспроводных сетях. [10] [11]

Производительность

Производительность CSMA/CA в значительной степени основана на методе модуляции, используемом для передачи данных между узлами. Исследования показывают, что в идеальных условиях распространения (симуляции) метод расширения спектра прямой последовательности (DSSS) обеспечивает самую высокую пропускную способность для всех узлов в сети при использовании в сочетании с CSMA/CA и обменом IEEE 802.11 RTS/CTS в условиях легкой сетевой нагрузки. Метод расширения спектра со скачкообразной перестройкой частоты (FHSS) следует далеко позади DSSS в отношении пропускной способности с большей пропускной способностью, когда сетевая нагрузка становится существенно большой. Однако в реальных условиях пропускная способность, как правило, одинакова из-за факторов распространения радиоволн. [4]

Использование

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ "Федеральный стандарт 1037C". Its.bldrdoc.gov . Получено 2012-09-09 .
  2. ^ "Американский национальный стандарт T1.523-2001, Telecom Glossary 2000". Atis.org. Архивировано из оригинала 2008-03-02 . Получено 2012-09-09 .
  3. ^ «Исследование различных реализаций CSMA/CA на базе IEEE 802.11, Политехнический университет Каталонии» (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 6 марта 2012 г. Проверено 9 сентября 2012 г.
  4. ^ ab Viral V. Kapadia; Sudarshan N. Patel; Rutvij H. Jhaveri (2010). "Сравнительное исследование проблемы скрытого узла и ее решения с использованием различных методов и протоколов, Journal of Computing". arXiv : 1003.4070 [cs.NI].
  5. ^ Kaixin Xu; Mario Gerla; Sang Bae. «Насколько эффективно рукопожатие IEEE 802.11 RTS/CTS в сетях Ad Hoc?» (PDF) . UCLA . Получено 28 сентября 2012 г.
  6. ^ «Как определение несущей и помехи влияют на производительность Wi-Fi?» (PDF) . Получено 15 марта 2023 г.
  7. ^ Пак, Кихонг. «Wireless Lecture Notes» (PDF) . Purdue . Получено 28 сентября 2012 г.
  8. ^ «Связывание каналов в WiFi и физике радиочастот | Сетевые вычисления».
  9. ^ Эффект помех соседнего канала в WLAN IEEE 802.11 - Эдуард Гарсиа Виллегас; Елена Лопес-Агилера; Рафаэль Видаль; Хосеп Параделлс (2007)
  10. ^ Комер, Дуглас. (2009). Компьютерные сети и Интернеты. Аппер Сэдл Ривер, Нью-Джерси: Pearson Education Inc. ISBN 0-13-504583-5 . 
  11. ^ "Лекция MIT - Инженерия систем связи. Д-р Эйтан Модиано" (PDF) . Архивировано (PDF) из оригинала 2010-06-13 . Получено 2012-09-09 .

Внешние ссылки