Множественный доступ с контролем несущей и предотвращением коллизий

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

Это особенно важно для беспроводных сетей, где альтернатива обнаружению коллизий CSMA/CD невозможна из-за того, что беспроводные передатчики отключают (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 .

Подробности

Предотвращение конфликтов используется для улучшения производительности метода CSMA путем попытки разделить канал примерно поровну между всеми передающими узлами в области коллизий.

Контроль несущей : 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 со скрытым узлом означает, что может передавать данные другой узел, который на этом этапе остается незамеченным.
Предотвращение конфликтов : если другой узел был услышан, мы ждем в течение определенного периода времени (обычно случайного), чтобы узел прекратил передачу, прежде чем снова прослушивать свободный канал связи.

Запрос на отправку/Разрешение на отправку (RTS/CTS) может дополнительно использоваться на этом этапе для обеспечения доступа к общей среде передачи. 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 реализации беспроводного стандарта 802.11 обычно не реализуют RTS/CTS для всех передач; они могут отключить его полностью или, по крайней мере, не использовать для небольших пакетов (накладные расходы на RTS, CTS и передачу 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 слушать одновременно с передачей (его передача затмит любую попытку прослушивания). Продолжая пример с беспроводной сетью, узел ожидает получения пакета подтверждения от точки доступа, чтобы указать, что пакет был получен и контрольная сумма правильно подсчитана. Если такое подтверждение не поступает своевременно, предполагается, что пакет столкнулся с какой-либо другой передачей, в результате чего узел вступает в период двоичной экспоненциальной задержки перед попыткой повторной передачи.

Хотя CSMA/CA использовался в различных системах проводной связи, он особенно полезен в беспроводных локальных сетях из-за общей 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 относительно точки 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 конфликтов (квитирование RTS/CTS, а также функция координации точек ), хотя по умолчанию они этого не делают. По умолчанию они используют механизм определения несущей, называемый экспоненциальной задержкой (или функцией распределенной координации ), который полагается на то, что станция пытается «прослушать» трансляцию другой станции перед отправкой. CA или PCF полагается на точку доступа (или «получателя» для одноранговых сетей), предоставляющую станции исключительное право на передачу в течение определенного периода времени после ее запроса (запрос на отправку/разрешение на отправку). ^[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 и том же канале передатчики должны передавать по очереди, если они могут обнаружить друг друга даже на 3 дБ выше минимального уровня шума (минимальный тепловой шум составляет около -101 дБм для каналов 20 МГц). . ^[8] С другой стороны, передатчики будут игнорировать передатчики с несовместимыми стандартами или на перекрывающихся каналах, если мощность принимаемого от них сигнала ниже порога P _th , который для систем, не поддерживающих Wi-Fi 6 , составляет от -76 до -80 дБм. ^[9]

Обмен IEEE 802.11 RTS/CTS

CSMA/CA может быть дополнительно дополнен обменом пакетом запроса на отправку (RTS), отправленным отправителем S, и пакетом разрешения на отправку (CTS), отправленным предполагаемым получателем R. Таким образом, предупреждаются все узлы в радиусе действия отправителя. , приемник или оба, чтобы не передавать во время основной передачи. Это известно как обмен IEEE 802.11 RTS/CTS . Внедрение RTS/CTS помогает частично решить проблему скрытых узлов , которая часто встречается в беспроводных сетях. ^[10]^[11]

Производительность

Производительность CSMA/CA во многом основана на методе модуляции, используемом для передачи данных между узлами. Исследования показывают, что в идеальных условиях распространения (моделирование) расширение спектра прямой последовательности (DSSS) обеспечивает высочайшую пропускную способность для всех узлов в сети при использовании совместно с CSMA/CA и обменом IEEE 802.11 RTS/CTS в условиях небольшой нагрузки на сеть. . Расширенный спектр со скачкообразной перестройкой частоты (FHSS) значительно отстает от DSSS в отношении пропускной способности, при этом пропускная способность увеличивается, когда нагрузка на сеть становится существенно большой. Однако в реальных условиях пропускная способность в целом одинакова из-за факторов распространения радиосигнала. ^[4]

Использование

GNET — ранний собственный локальной сети . протокол
от Apple LocalTalk реализовал CSMA/CA на электрической шине с использованием трехбайтового сигнала помех.
802.11 RTS/CTS реализует виртуальный контроль несущей , используя короткий запрос на отправку и разрешение на отправку сообщений для WLAN ( 802.11 в основном полагается на физический контроль несущей ). хотя
IEEE 802.15.4 (беспроводная сеть PAN) использует CSMA/CA.
NCR WaveLAN — ранний собственный протокол беспроводной сети.
ГлавнаяПНА
Стандарт ITU-T G.hn , предоставляющий возможность создания высокоскоростной (до 1 Гигабит/с) локальной сети с использованием существующей домашней проводки ( линии электропередач , телефонные линии и коаксиальные кабели ), использует CSMA/CA в качестве метод доступа к каналу для потоков, не требующих гарантированного качества обслуживания , в частности вариант CSMA/CARP .

См. также

Ссылки

^ «Федеральный стандарт 1037С» . Its.bldrdoc.gov . Проверено 9 сентября 2012 г.
^ «Американский национальный стандарт T1.523-2001, Глоссарий телекоммуникаций 2000» . Атис.орг. Архивировано из оригинала 02 марта 2008 г. Проверено 9 сентября 2012 г.
^ «Изучение 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.
^ Jump up to: ^а ^б Вирал В. Кападиа; Сударшан Н. Патель; Рутвидж Х. Джавери (2010). «Сравнительное исследование проблемы скрытого узла и ее решение с использованием различных методов и протоколов, Журнал вычислений». arXiv : 1003.4070 [ cs.NI ].
^ Кайсинь Сюй; Марио Герла; Сан Бэ. «Насколько эффективно рукопожатие IEEE 802.11 RTS/CTS в одноранговых сетях?» (PDF) . Калифорнийский университет в Лос-Анджелесе . Проверено 28 сентября 2012 г.
^ «Как определение несущей и помехи влияют на производительность Wi-Fi?» (PDF) . Проверено 15 марта 2023 г.
^ Пак, Кихонг. «Конспекты лекций по беспроводной связи» (PDF) . Пердью . Проверено 28 сентября 2012 г.
^ «Объединение каналов в Wi-Fi и радиочастотной физике | Сетевые вычисления» .
^ Эффект помех соседнего канала в WLAN IEEE 802.11 - Эдуард Гарсиа Виллегас; Елена Лопес-Агилера; Рафаэль Видаль; Хосеп Параделлс (2007)
^ Комер, Дуглас. (2009). Компьютерные сети и Интернет. Река Аппер-Сэддл, Нью-Джерси: Pearson Education Inc. ISBN 0-13-504583-5 .
^ «Лекция MIT - Разработка систем связи. Доктор Эйтан Модиано» (PDF) . Архивировано (PDF) из оригинала 13 июня 2010 г. Проверено 9 сентября 2012 г.

Компьютерные сети: системный подход. Петерсон и Дэви. Морган Кауфманн , Берлингтон, Массачусетс, США. ISBN 978-0-12-385138-3 . стр. 128–139

Внешние ссылки

[federalstandard-1] «Федеральный стандарт 1037С» . Its.bldrdoc.gov . Проверено 9 сентября 2012 г.

[atis-2] «Американский национальный стандарт T1.523-2001, Глоссарий телекоммуникаций 2000» . Атис.орг. Архивировано из оригинала 02 марта 2008 г. Проверено 9 сентября 2012 г.

[3] «Изучение 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.

[eunice-4] Jump up to: ^а ^б Вирал В. Кападиа; Сударшан Н. Патель; Рутвидж Х. Джавери (2010). «Сравнительное исследование проблемы скрытого узла и ее решение с использованием различных методов и протоколов, Журнал вычислений». arXiv : 1003.4070 [ cs.NI ].

[5] Кайсинь Сюй; Марио Герла; Сан Бэ. «Насколько эффективно рукопожатие IEEE 802.11 RTS/CTS в одноранговых сетях?» (PDF) . Калифорнийский университет в Лос-Анджелесе . Проверено 28 сентября 2012 г.

[6] «Как определение несущей и помехи влияют на производительность Wi-Fi?» (PDF) . Проверено 15 марта 2023 г.

[7] Пак, Кихонг. «Конспекты лекций по беспроводной связи» (PDF) . Пердью . Проверено 28 сентября 2012 г.

[8] «Объединение каналов в Wi-Fi и радиочастотной физике | Сетевые вычисления» .

[vilegas-9] Эффект помех соседнего канала в WLAN IEEE 802.11 - Эдуард Гарсиа Виллегас; Елена Лопес-Агилера; Рафаэль Видаль; Хосеп Параделлс (2007)

[rtscts-10] Комер, Дуглас. (2009). Компьютерные сети и Интернет. Река Аппер-Сэддл, Нью-Джерси: Pearson Education Inc. ISBN 0-13-504583-5 .

[MIT-11] «Лекция MIT - Разработка систем связи. Доктор Эйтан Модиано» (PDF) . Архивировано (PDF) из оригинала 13 июня 2010 г. Проверено 9 сентября 2012 г.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]