Проблема со скрытым узлом

В беспроводной сети проблема скрытого узла или проблема скрытого терминала возникает, когда узел может связываться с точкой беспроводного доступа (AP), но не может напрямую связываться с другими узлами, которые обмениваются данными с этой точкой доступа. ^[1] Это приводит к трудностям на подуровне управления доступом к среде передачи , поскольку несколько узлов могут одновременно отправлять пакеты данных в точку доступа, что создает помехи в точке доступа, в результате чего пакеты не проходят.

Хотя некоторая потеря пакетов является нормальным явлением в беспроводной сети, и более высокие уровни будут отправлять их повторно, если один из узлов передает много больших пакетов в течение длительного периода, другой узел может получить очень малую пропускную способность .

Существуют практические протокольные решения проблемы скрытого узла. Например, механизмы запроса на отправку/разрешения на отправку (RTS/CTS), при которых узлы отправляют короткие пакеты, чтобы запросить разрешение точки доступа на отправку более длинных пакетов данных. Поскольку ответы от точки доступа видны всем узлам, узлы могут синхронизировать свои передачи, чтобы не создавать помех. Однако этот механизм приводит к задержке , и накладные расходы часто могут превышать стоимость, особенно для коротких пакетов данных.

Фон

Скрытые узлы в беспроводной сети — это узлы, находящиеся вне зоны действия других узлов или группы узлов. Рассмотрим физическую звездообразную топологию с точкой доступа, окруженной множеством узлов по кругу: каждый узел находится в пределах зоны действия точки доступа, но узлы не могут взаимодействовать друг с другом.

Например, в беспроводной сети вполне вероятно, что узел на дальней границе диапазона точки доступа, известный как A , сможет видеть точку доступа, но маловероятно, что тот же узел сможет взаимодействовать с узлом на противоположный конец диапазона точки доступа, C . Эти узлы известны как скрытые .

Другим примером может быть случай, когда A и C находятся по обе стороны от препятствия, которое отражает или сильно поглощает радиоволны, но, тем не менее, они оба все еще могут видеть одну и ту же точку доступа.

Проблема в том, что узлы и C начинают одновременно отправлять пакеты в точку доступа B. A Поскольку узлы A и C не могут принимать сигналы друг друга, поэтому они не могут обнаружить коллизию до или во время передачи, множественный доступ с контролем несущей и обнаружением коллизий (CSMA/CD) не работает, и возникают коллизии, которые затем повреждают полученные данные. по точке доступа.

квитирование запроса на отправку/разрешения на отправку (RTS/CTS) ( IEEE 802.11 RTS/CTS Чтобы преодолеть проблему скрытого узла, в точке доступа реализовано ) в сочетании с множественным доступом с распознаванием несущей и предотвращением коллизий ( CSMA). /CA ) схема. Та же проблема существует в мобильной одноранговой сети ( MANET ).

IEEE 802.11 использует пакеты подтверждения и подтверждения связи 802.11 RTS/CTS, чтобы частично преодолеть проблему скрытого узла. RTS/CTS не является законченным решением и может еще больше снизить пропускную способность, однако адаптивные подтверждения от базовой станции также могут помочь.

Сравнение со скрытыми станциями показывает, что пакеты RTS/CTS в каждом классе трафика выгодны (даже с короткими аудиокадрами, которые вызывают высокие накладные расходы на кадры RTS/CTS). ^[2]

В экспериментальную среду включены следующие классы трафика: данные (некритичные по времени), данные (критичные по времени), видео, аудио. Примеры обозначений: (0|0|0|2) означает 2 аудиостанции; (1|1|2|0) означает 1 станцию передачи данных (некритичную ко времени), 1 станцию передачи данных (критичную ко времени), 2 видеостанции.

Другие методы, которые можно использовать для решения проблемы скрытого узла:

Увеличение мощности передачи от узлов
Используйте всенаправленные антенны
Устраните препятствия
Переместить узел
Используйте программное обеспечение для улучшения протокола
Используйте разнесение антенн

Решения

Увеличение мощности передачи

Увеличение мощности передачи узлов может решить проблему скрытых узлов, позволяя ячейке вокруг каждого узла увеличиваться в размерах, охватывая все остальные узлы. Эта конфигурация позволяет нескрытым узлам обнаруживать или слышать скрытый узел. Если нескрытые узлы могут слышать скрытый узел, скрытый узел больше не является скрытым. Поскольку беспроводные локальные сети используют протокол CSMA/CA , узлы будут ждать своей очереди, прежде чем связаться с точкой доступа .

Это решение работает только в том случае, если увеличить мощность передачи на скрытых узлах. В типичном случае сети Wi-Fi на точке доступа увеличение мощности передачи только не решит проблему, поскольку обычно скрытые узлы — это клиенты (например, ноутбуки, мобильные устройства), а не сама точка доступа, и клиенты все равно не будут уметь слышать друг друга. Увеличение мощности передачи на точке доступа на самом деле, скорее всего, усугубит проблему, поскольку в результате этого в зону действия точки доступа попадут новые клиенты и, таким образом, будут добавлены новые узлы в сеть, которые скрыты от других клиентов.

Всенаправленные антенны

Поскольку узлы, использующие направленные антенны , практически невидимы для узлов, расположенных не в том направлении, в котором направлена антенна, направленные антенны следует использовать только для очень небольших сетей (например, выделенных «точка-точка соединений »). Используйте всенаправленные антенны для широкомасштабных сетей, состоящих из более чем двух узлов.

Удаление препятствий

Увеличение мощности мобильных узлов может не сработать, если, например, причина, по которой один узел скрыт, заключается в том, что существует бетонная или стальная стена, препятствующая связи с другими узлами. Сомнительно, что такое препятствие удастся устранить, но удаление препятствия — еще один метод решения проблемы скрытого узла.

Перемещение узла

Другой метод решения проблемы скрытых узлов — переместить узлы так, чтобы все они могли слышать друг друга. Если обнаруживается, что проблема со скрытым узлом возникла в результате перемещения пользователем своего компьютера в область, скрытую от других беспроводных узлов, может потребоваться переместить этого пользователя еще раз. Альтернативой принуждению пользователей к перемещению является расширение беспроводной локальной сети для обеспечения надлежащего покрытия скрытой зоны, возможно, с использованием дополнительных точек доступа.

Улучшение протокола

Существует несколько программных реализаций дополнительных протоколов, которые по сути реализуют стратегию опроса или передачи токенов . Затем мастер (обычно точка доступа) динамически опрашивает клиентов на наличие данных. Клиентам не разрешается отправлять данные без приглашения мастера. Это устраняет проблему скрытого узла за счет увеличения задержки и снижения максимальной пропускной способности.

Wi-Fi IEEE 802.11 RTS/CTS — это один из используемых протоколов установления связи. Клиенты, желающие отправить данные, отправляют кадр RTS, затем точка доступа отправляет кадр CTS, когда он готов для этого конкретного узла. Для коротких пакетов накладные расходы довольно велики, поэтому короткие пакеты обычно их не используют, минимальный размер обычно настраивается.

Сотовая сеть

В сотовых сетях проблема скрытого узла имеет практические решения путем мультиплексирования во временной области для каждого данного клиента для мачты и использования пространственно разнесенных передатчиков, так что каждый узел потенциально обслуживается любой из трех мачт, что значительно сводит к минимуму проблемы, связанные с препятствиями, мешающими распространению радиосигнала. .

См. также

Ссылки

^ Бюрер, Р. Майкл (2006). Множественный доступ с кодовым разделением каналов (CDMA) (1-е изд.). [Сан-Рафаэль, Калифорния]: Morgan & Claypool Publishers. стр. 16–19. ISBN 1598290401 .
^ Поммер, Герман: Роуминг между беспроводными локальными сетями . VDM Verlag , Саарбрюккен, 2008 г., ISBN 978-3-8364-8708-5 .

Внешние ссылки

[1] Бюрер, Р. Майкл (2006). Множественный доступ с кодовым разделением каналов (CDMA) (1-е изд.). [Сан-Рафаэль, Калифорния]: Morgan & Claypool Publishers. стр. 16–19. ISBN 1598290401 .

[2] Поммер, Герман: Роуминг между беспроводными локальными сетями . VDM Verlag , Саарбрюккен, 2008 г., ISBN 978-3-8364-8708-5 .

[1]

[2]