Множественный доступ с предотвращением конфликтов для беспроводной связи

Множественный доступ с предотвращением конфликтов для беспроводной связи ( MAAW ) ^{[ 1 ]} — это протокол управления доступом к среде передачи (MAC), широко используемый в одноранговых сетях . ^{[ 2 ]} Более того, он является основой многих других протоколов MAC, используемых в беспроводных сенсорных сетях (WSN). ^{[ 2 ]} Механизм IEEE 802.11 RTS/CTS заимствован из этого протокола. ^{[ 3 ]}^{[ 4 ]} Он использует RTS-CTS-DS-DATA-ACK последовательность кадров для передачи данных, иногда ей предшествует последовательность кадров RTS-RRTS , чтобы обеспечить решение проблемы скрытого узла . ^{[ 1 ]} Хотя протоколы, основанные на MACAW, такие как S-MAC , используют контроль несущей в дополнение к механизму RTS/CTS, MACAW не использует контроль несущей. ^{[ 1 ]}

Принципы работы

Предположим, что узел A имеет данные для передачи узлу B. Узел A инициирует процесс, отправляя кадр запроса на отправку (RTS) узлу B. Узел назначения (узел B) отвечает кадром Clear To Send (CTS). После получения CTS узел A отправляет данные. После успешного приема узел B отвечает кадром подтверждения (ACK). Если узлу A необходимо отправить более одного фрагмента данных, он должен ждать случайное время после каждой успешной передачи данных и конкурировать с соседними узлами за среду, используя механизм RTS/CTS. ^{[ 1 ]}

Любой узел, прослушивающий кадр RTS (например, узел F или узел E на рисунке), воздерживается от отправки чего-либо до тех пор, пока не будет получен CTS или после ожидания определенного времени. Если за захваченным RTS не следует CTS, максимальное время ожидания равно времени распространения RTS и времени оборота узла назначения. ^{[ 1 ]}

Любой узел (узел C и узел E), прослушивающий кадр CTS, воздерживается от отправки чего-либо в течение времени, пока не будут получены кадр данных и ACK (решение проблемы скрытого терминала ), плюс случайное время. Кадры RTS и CTS содержат информацию о длине кадра DATA. Следовательно, узел использует эту информацию для оценки времени завершения передачи данных. ^{[ 1 ]}

Перед отправкой длинного кадра ДАННЫХ узел А отправляет короткий кадр отправки данных (DS), который предоставляет информацию о длине кадра ДАННЫХ. Каждая станция, прослушивающая этот кадр, знает, что обмен RTS/CTS прошел успешно. Станция прослушивания (узел F), которая могла бы получить RTS и DS, но не CTS, откладывает свои передачи до тех пор, пока не должен быть получен кадр ACK плюс случайное время. ^{[ 1 ]}

Подводя итог, успешная передача данных (от A до B) состоит из следующей последовательности кадров:

Кадр «Запрос на отправку» (RTS) от A до B
Кадр «Разрешено отправить» (CTS) от B к A
Кадр «Отправка данных» (DS) от А до Б
Кадр фрагмента DATA от A до B и
Кадр подтверждения (ACK) от B к A.

MACAW — это непостоянный протокол с интервалами , что означает, что после того, как среда занята, например, после сообщения CTS, станция ожидает случайное время после начала временного интервала, прежде чем отправлять RTS. Это приводит к справедливому доступу к среде. Если, например, узлы A, B и C имеют фрагменты данных для отправки после периода занятости, у них будет одинаковый шанс получить доступ к среде, поскольку они находятся в зоне передачи друг друга.

РРТС ^{[ 1 ]}

Узел D не знает о продолжающейся передаче данных между узлом A и узлом B. У узла D есть данные для отправки узлу C, который находится в диапазоне передачи узла B. D инициирует процесс, отправляя кадр RTS узлу C. Узел C уже отложил передачу до завершения текущей передачи данных между узлом A и узлом B (чтобы избежать внутриканальных помех в узле B). Следовательно, даже если он получает RTS от узла D, он не отвечает CTS. Узел D предполагает, что его RTS не увенчался успехом из-за коллизии, и поэтому переходит к отсрочке (используя алгоритм экспоненциальной отсрочки ).

Если A имеет несколько фрагментов данных для отправки, единственный момент, когда узел D успешно может инициировать передачу данных, - это небольшие промежутки между тем, что узел A завершил передачу данных, и завершением следующего CTS узла B (для узла A следующий запрос на передачу данных). . Однако из-за периода задержки узла D вероятность захвата среды в течение этого небольшого интервала времени невелика. Чтобы повысить справедливость для каждого узла, MACAW вводит новое управляющее сообщение под названием «Запрос на отправку запроса» (RRTS).

Теперь, когда узел C, который не может ответить раньше из-за продолжающейся передачи между узлами A и B, отправляет сообщение RRTS узлу D в течение следующего периода конкуренции, получатель RRTS (узел D) немедленно отвечает RTS и обычным сообщением. начинается обмен сообщениями. Другие узлы, прослушивающие RRTS, задерживаются на два временных интервала, достаточно долго, чтобы услышать, произошел ли успешный обмен RTS-CTS.

Подводя итог, можно сказать, что передача в этом случае может состоять из следующей последовательности кадров между узлами D и C:

Кадр «Запрос на отправку» (RTS) от D до C
Кадр «Запрос на отправку запроса» (RRTS) от C до D (после небольшой задержки)
Кадр «Запрос на отправку» (RTS) от D до C
Кадр «Разрешено отправить» (CTS) от C к D
Кадр «Отправка данных» (DS) от D к C
Кадр фрагмента DATA от D до C,
Кадр подтверждения (ACK) от C до D

Текущие исследования

Для повышения производительности были разработаны и исследованы дополнительные алгоритмы отсрочки. ^{[ 5 ]}^{[ 6 ]}^{[ 7 ]}^{[ 8 ]}^{[ 9 ]} Основной принцип основан на использовании методов упорядочения, при которых каждый узел беспроводной сети поддерживает счетчик, который ограничивает количество попыток до значения, меньшего или равного порядковому номеру, или использует состояния беспроводного канала для управления вероятностями доступа, чтобы узел с хорошее состояние канала имеет более высокую вероятность успеха в конфликте. ^{[ 5 ]} Это уменьшает количество столкновений.

Нерешенные проблемы

MACAW обычно не решает проблему открытого терминала . Предположим, что в нашем примере узел G имеет данные для отправки узлу F. Узел G не имеет информации о текущей передаче данных от A к B. Он инициирует процесс, отправляя сигнал RTS узлу F. Узел F находится в зоне действия узла A и не может слышать RTS от узла G, поскольку он подвергается воздействию внутриканальных помех . Узел G предполагает, что его RTS не увенчался успехом из-за коллизии, и поэтому отступает, прежде чем повторить попытку. В этом случае решение, предоставляемое механизмом RRTS, не сильно улучшит ситуацию, поскольку кадры DATA, отправленные из B, довольно длинные по сравнению с другими кадрами. Вероятность того, что F подвергнется передаче от A, довольно высока. Узел F не имеет ни малейшего представления о каком-либо узле, заинтересованном в инициировании передачи ему данных, пока G не передаст RTS между передачами от A.

Кроме того, MACAW может некорректно вести себя при многоадресной рассылке .

См. также

Множественный доступ с предотвращением конфликтов (MACA)

Ссылки

^ Jump up to: ^а ^б ^с ^д ^и ^ж ^г ^час Вадувур Бхаргаван; и др. (1 августа 1994 г.). «MACAW: протокол доступа к среде для беспроводных локальных сетей» (PDF) . В Proc. Конференция ACM SIGCOMM (SIGCOMM '94), август 1994 г., страницы 212–225 . Проверено 18 января 2007 г. {{cite journal}}: Для цитирования журнала требуется |journal= ( помощь )
^ Jump up to: ^а ^б Вэй Е; и др. (01.06.2002). «Энергоэффективный протокол MAC для беспроводных сенсорных сетей» (PDF) . INFOCOM 2002. Архивировано из оригинала (PDF) 4 ноября 2006 г. Проверено 26 ноября 2006 г. {{cite journal}}: Для цитирования журнала требуется |journal= ( помощь )
^ Вэй Е; и др. (01.06.2004). «Контроль доступа к среде с скоординированным адаптивным спящим режимом для беспроводных сенсорных сетей» (PDF) . Транзакции IEEE/ACM в сети, Vol. 12, № 3, стр. 493–506, июнь 2004 г. Архивировано из оригинала (PDF) 9 декабря 2006 г. Проверено 27 декабря 2006 г. {{cite journal}}: Для цитирования журнала требуется |journal= ( помощь )
^ Карл, Хольгер (2005). Протоколы и архитектуры беспроводных сенсорных сетей . Уайли. п. 117 . ISBN 0-470-09510-5 .
^ Jump up to: ^а ^б Гован Мяо ; Гоцун Сун (2014). Проектирование беспроводной сети с эффективным использованием энергии и спектра . Издательство Кембриджского университета . ISBN 978-1107039889 .
^ П. Венката Кришна, Судип Мисра, Мохамед С. Обайдат и В. Сарита, «Алгоритм виртуальной задержки: усовершенствование управления доступом к среде 802.11 для улучшения производительности беспроводных сетей» в IEEE Trans. по автомобильной технике (СТС), 2010 г.
^ Судип Мисра, П. Венката Кришна и Киран Иссак Абрахам, «Решение для автоматов обучения для среднего доступа с резервированием каналов в беспроводных сетях», принятое в Wireless Personal Communications (WPS), Springer
^ П. Венката Кришна и Н.Ч.С.Н. Айенгар «Разработка управления доступом к среде секвенирования для повышения производительности беспроводных сетей», Журнал вычислительных и информационных технологий (CIT Journal), Vol. 16, № 2, стр. 81-89, июнь 2008 г.
^ П.Венката Кришна и Н.Ч.СНИенгар, «Техника секвенирования - усовершенствование управления доступом к среде 802.11 для повышения производительности беспроводных сетей», Int. J. Сети связи и распределенные системы, Том 1, № 1, стр. 52–70, 2008 г.

[MACAW-1] Jump up to: ^а ^б ^с ^д ^и ^ж ^г ^час Вадувур Бхаргаван; и др. (1 августа 1994 г.). «MACAW: протокол доступа к среде для беспроводных локальных сетей» (PDF) . В Proc. Конференция ACM SIGCOMM (SIGCOMM '94), август 1994 г., страницы 212–225 . Проверено 18 января 2007 г. {{cite journal}}: Для цитирования журнала требуется |journal= ( помощь )

[SMAC_1-2] Jump up to: ^а ^б Вэй Е; и др. (01.06.2002). «Энергоэффективный протокол MAC для беспроводных сенсорных сетей» (PDF) . INFOCOM 2002. Архивировано из оригинала (PDF) 4 ноября 2006 г. Проверено 26 ноября 2006 г. {{cite journal}}: Для цитирования журнала требуется |journal= ( помощь )

[SMAC_2-3] Вэй Е; и др. (01.06.2004). «Контроль доступа к среде с скоординированным адаптивным спящим режимом для беспроводных сенсорных сетей» (PDF) . Транзакции IEEE/ACM в сети, Vol. 12, № 3, стр. 493–506, июнь 2004 г. Архивировано из оригинала (PDF) 9 декабря 2006 г. Проверено 27 декабря 2006 г. {{cite journal}}: Для цитирования журнала требуется |journal= ( помощь )

[holger-4] Карл, Хольгер (2005). Протоколы и архитектуры беспроводных сенсорных сетей . Уайли. п. 117 . ISBN 0-470-09510-5 .

[Miao-5] Jump up to: ^а ^б Гован Мяо ; Гоцун Сун (2014). Проектирование беспроводной сети с эффективным использованием энергии и спектра . Издательство Кембриджского университета . ISBN 978-1107039889 .

[6] П. Венката Кришна, Судип Мисра, Мохамед С. Обайдат и В. Сарита, «Алгоритм виртуальной задержки: усовершенствование управления доступом к среде 802.11 для улучшения производительности беспроводных сетей» в IEEE Trans. по автомобильной технике (СТС), 2010 г.

[7] Судип Мисра, П. Венката Кришна и Киран Иссак Абрахам, «Решение для автоматов обучения для среднего доступа с резервированием каналов в беспроводных сетях», принятое в Wireless Personal Communications (WPS), Springer

[8] П. Венката Кришна и Н.Ч.С.Н. Айенгар «Разработка управления доступом к среде секвенирования для повышения производительности беспроводных сетей», Журнал вычислительных и информационных технологий (CIT Journal), Vol. 16, № 2, стр. 81-89, июнь 2008 г.

[9] П.Венката Кришна и Н.Ч.СНИенгар, «Техника секвенирования - усовершенствование управления доступом к среде 802.11 для повышения производительности беспроводных сетей», Int. J. Сети связи и распределенные системы, Том 1, № 1, стр. 52–70, 2008 г.

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]

[ 7 ]

[ 8 ]

[ 9 ]