Множественный доступ с контролем несущей

Множественный доступ с контролем несущей ( CSMA ) — это протокол управления доступом к среде (MAC), в котором узел проверяет отсутствие другого трафика перед передачей по общей среде передачи , такой как электрическая шина или диапазон электромагнитного спектра .

В рамках CSMA передатчик использует механизм контроля несущей, чтобы определить, выполняется ли другая передача, прежде чем начать передачу. То есть он пытается обнаружить присутствие несущего сигнала от другого узла перед попыткой передачи. Если несущая обнаружена, узел ожидает завершения текущей передачи, прежде чем начать собственную передачу. Используя CSMA, несколько узлов могут, в свою очередь, отправлять и получать данные по одной и той же среде. Передачи одного узла обычно принимаются всеми другими узлами, подключенными к среде.

Вариации базового CSMA включают добавление методов предотвращения столкновений ( CSMA/CA ), обнаружения столкновений ( CSMA/CD ) и методов разрешения столкновений.

Режимы доступа

Варианты CSMA используют разные алгоритмы, чтобы определить, когда начинать передачу в общую среду. Ключевой отличительной особенностью этих алгоритмов является то, насколько агрессивно и настойчиво они инициируют передачу. Более агрессивный алгоритм может начать передачу быстрее и использовать больший процент доступной полосы пропускания среды. Обычно это происходит за счет повышенной вероятности столкновения с другими передатчиками.

1-постоянный: 1-persistent CSMA — это агрессивный алгоритм передачи. Когда передающий узел готов к передаче, он определяет, свободна или занята среда передачи. Если в режиме ожидания, то передача осуществляется немедленно. Если занято, то он непрерывно проверяет среду передачи, пока она не станет свободной, а затем передает сообщение ( кадр ) безоговорочно (т. е. с вероятностью = 1). В случае коллизии отправитель ждет случайный период времени и пытается повторить ту же процедуру еще раз. 1-постоянный CSMA используется в системах CSMA/CD, включая Ethernet .

Нестойкий: Непостоянный CSMA — это неагрессивный алгоритм передачи. Когда передающий узел готов передавать данные, он определяет, свободна или занята среда передачи. Если в режиме ожидания, то передача осуществляется немедленно. Если он занят, он переходит к последнему шагу случайного ожидания 1-постоянного CSMA непосредственно перед повторением всего логического цикла снова: он не продолжает проверять занятый канал, пытаясь обеспечить передачу, отсюда и название. Этот подход снижает вероятность коллизий и приводит к общей более высокой пропускной способности среды, но с штрафом в виде более длительной начальной задержки по сравнению с 1-постоянным.

P-настойчиво: Этот подход находится между 1-постоянным и непостоянным режимами доступа CSMA. ^{[ 1 ]} Когда передающий узел готов передавать данные, он определяет, свободна или занята среда передачи. Если в режиме ожидания, то передача осуществляется немедленно. Если занято, то он непрерывно проверяет среду передачи, пока она не станет свободной, а затем передает с вероятностью p . Если узел не передает (вероятность этого события равна 1-p ), он ждет случайный период времени, прежде чем повторить ту же процедуру, используя ту же вероятность p . ^{[ 2 ]} Если среда передачи не занята, она передает снова с той же вероятностью p . Эта вероятностная задержка повторяется до тех пор, пока кадр не будет окончательно передан или пока не будет обнаружено, что среда снова занята (т. е. какой-то другой узел уже начал передачу). В последнем случае узел снова повторяет весь логический цикл (который начался с определения незанятости или занятости среды передачи). p-persistent CSMA используется в системах CSMA/CA, включая Wi-Fi и другие системы пакетной радиосвязи . Обратите внимание, что p = 0 -постоянный CSMA отличается от непостоянного CSMA. Оба могут передавать только в начале процедуры (если канал свободен), но их поведение на занятом канале различается: непостоянный CSMA не пытается обнаружить канал и перезапускает свой логический цикл, в то время как p = 0 обязательно застревает в бесконечном цикле ожидания (поскольку вероятность передачи равна нулю, даже если канал снова переходит в режим ожидания).

O-настойчиво: Каждому узлу назначается порядок передачи контролирующим узлом. Когда среда передачи простаивает, узлы ждут своего временного интервала в соответствии с назначенным им порядком передачи. Узел, назначенный для передачи первым, передает немедленно. Узел, назначенный для передачи вторым, ждет один временной интервал (но к этому моменту первый узел уже начал передачу). Узлы отслеживают передачу данных от других узлов и обновляют назначенный им порядок при каждой обнаруженной передаче (т. е. они перемещаются на одну позицию ближе к началу очереди). ^{[ 3 ]} O-persistent CSMA используется CobraNet , LonWorks и сетью контроллеров .

Модификации протокола

При вещании по автомобильным одноранговым сетям исходные стратегии 1-постоянства и p-постоянства часто вызывают проблему широковещательного шторма . ^{[ нужна ссылка ]} Чтобы повысить производительность, инженеры разработали три модифицированных метода: взвешенное p-постоянство, 1-постоянство с интервалом и p-постоянство с интервалом. ^{[ 4 ]}^{[ 5 ]}

Множественный доступ с контролем несущей и обнаружением коллизий: CSMA/CD используется для улучшения производительности CSMA путем прекращения передачи, как только обнаруживается конфликт, тем самым сокращая время, необходимое для повторной попытки. CSMA/CD используется Ethernet .

Множественный доступ с контролем несущей и предотвращением коллизий: В CSMA/CA предотвращение конфликтов используется для улучшения производительности CSMA. Если перед передачей обнаруживается, что среда передачи занята, передача откладывается на случайный интервал. Этот случайный интервал снижает вероятность того, что два или более узлов, ожидающих передачи, одновременно начнут передачу после завершения обнаруженной передачи, тем самым уменьшая вероятность конфликтов. CSMA/CA используется Wi-Fi .

CSMA с разрешением столкновений: CSMA/CR использует приоритеты в заголовке кадра, чтобы избежать коллизий. Он используется в сети контроллеров .

Виртуальное время CSMA: VTCSMA предназначен для предотвращения коллизий, генерируемых узлами, передающими сигналы одновременно, что используется в основном в системах жесткого реального времени . Он использует два таймера для определения приоритета сообщений в зависимости от их крайнего срока. ^{[ 6 ]}

См. также

Ссылки

^ Ф. Кали, М. Конти и Э. Грегори, «Динамический IEEE 802.11: проектирование, моделирование». и оценка производительности», IEEE J. Selected Areas Commun., том 18, стр. 1774–1786, сентябрь 2000 г.
^ Кляйнрок, Л.; Тобаги, Ф. (декабрь 1975 г.). «Коммутация пакетов в радиоканалах: часть I - режимы множественного доступа с контролем несущей и их характеристики задержки пропускной способности» . Транзакции IEEE по коммуникациям . 23 (12): 1400–1416. дои : 10.1109/TCOM.1975.1092768 . ISSN 0096-2244 . S2CID 5879608 .
^ США 5761431 , Гросс, Кевин Пол; Андерсон, Чарльз Уильям и Либ, Дерек Уирин, «Заказ постоянного таймера для управления событиями на нескольких станциях обработки», опубликовано 2 июня 1998 г., передано Peak Audio Inc.
^ Наджафзаде; Итнин; Карими. «Аналитическая модель для разреженных и плотных специальных транспортных сетей». «Достижения в области компьютерных наук и информационных технологий» : Первая международная конференция по компьютерным наукам и информационным технологиям CCSIT 2011. п. 211.
^ Чой и др.: «Надежная схема вещания независимо от распределения транспортных средств в специальных автомобильных сетях» . Журнал EURASIP по беспроводной связи и сетям 2014 2014:133. дои : 10.1186/1687-1499-2014-133 [по состоянию на 2 сентября 2017 г.].
^ Кришна, КМ; Шин, КГ (1997). Системы реального времени . Высшее образование МакГроу-Хилл. п. 240. ИСБН 978-0-07-070115-1 .

Общий

Эндрю С. Таненбаум , Компьютерные сети . Прентис-Холл, Аппер-Сэдл-Ривер, Нью-Джерси (2003). 892 стр. ISBN 0-13-066102-3

[1] Ф. Кали, М. Конти и Э. Грегори, «Динамический IEEE 802.11: проектирование, моделирование». и оценка производительности», IEEE J. Selected Areas Commun., том 18, стр. 1774–1786, сентябрь 2000 г.

[2] Кляйнрок, Л.; Тобаги, Ф. (декабрь 1975 г.). «Коммутация пакетов в радиоканалах: часть I - режимы множественного доступа с контролем несущей и их характеристики задержки пропускной способности» . Транзакции IEEE по коммуникациям . 23 (12): 1400–1416. дои : 10.1109/TCOM.1975.1092768 . ISSN 0096-2244 . S2CID 5879608 .

[3] США 5761431 , Гросс, Кевин Пол; Андерсон, Чарльз Уильям и Либ, Дерек Уирин, «Заказ постоянного таймера для управления событиями на нескольких станциях обработки», опубликовано 2 июня 1998 г., передано Peak Audio Inc.

[4] Наджафзаде; Итнин; Карими. «Аналитическая модель для разреженных и плотных специальных транспортных сетей». «Достижения в области компьютерных наук и информационных технологий» : Первая международная конференция по компьютерным наукам и информационным технологиям CCSIT 2011. п. 211.

[5] Чой и др.: «Надежная схема вещания независимо от распределения транспортных средств в специальных автомобильных сетях» . Журнал EURASIP по беспроводной связи и сетям 2014 2014:133. дои : 10.1186/1687-1499-2014-133 [по состоянию на 2 сентября 2017 г.].

[6] Кришна, КМ; Шин, КГ (1997). Системы реального времени . Высшее образование МакГроу-Хилл. п. 240. ИСБН 978-0-07-070115-1 .

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]