Vícenásobný přístup s detekcí dopravce a zabránění kolizím - Carrier-sense multiple access with collision avoidance

Carrier-sense multiple access with collision avoidance ( CSMA / CA ) in computer networking , is a network multiple access method in which carrier sensing is used, but nodes trying to prevent collises by started broadcast only after the channel is sensed to be "idle" . Když vysílají, uzly přenášejí svá paketová data jako celek.

To je zvláště důležité pro bezdrátové sítě, kde detekce kolizí alternativního CSMA / CD není možná kvůli bezdrátovým vysílačům, které během přijímání paketů znehodnocují své přijímače.

CSMA / CA je nespolehlivý kvůli problému se skrytým uzlem .

CSMA / CA je protokol, který pracuje ve vrstvě datového spojení (vrstva 2) modelu OSI .

Zjednodušený algoritmus CSMA / CA

Detaily

Vyhýbání se kolizím se používá ke zlepšení výkonu metody CSMA pokusem o rozdělení kanálu poněkud rovnoměrně mezi všechny vysílající uzly v doméně kolize.

  1. Carrier Sense : před vysíláním uzel nejprve naslouchá sdílenému médiu (například poslech bezdrátových signálů v bezdrátové síti), aby zjistil, zda vysílá jiný uzel. Všimněte si, že problém se skrytým uzlem znamená, že může vysílat jiný uzel, který v této fázi není detekován.
  2. Zabránění kolizím : pokud bylo slyšet jiný uzel, počkáme na určitou dobu (obvykle náhodnou), než uzel přestane vysílat, než znovu nasloucháme volnému komunikačnímu kanálu.
  • V tomto okamžiku může být volitelně použito Request to Send / Clear to Send (RTS / CTS) pro zprostředkování přístupu ke sdílenému médiu. Tím se nějakým způsobem vyřeší problém skrytých uzlů, protože například v bezdrátové síti přístupový bod vydává možnost Clear to Send pouze jednomu uzlu najednou. Bezdrátové implementace 802.11 však obvykle neimplementují RTS / CTS pro všechny přenosy; mohou jej úplně vypnout nebo alespoň nepoužívat pro malé pakety (režie RTS, CTS a přenos je pro malé datové přenosy příliš velká).
  • Přenos : pokud bylo médium identifikováno jako čisté nebo uzel přijal CTS, aby výslovně naznačil, že může odesílat, odešle rámec jako celek. Na rozdíl od CSMA / CD je pro bezdrátový uzel velmi náročné naslouchat současně s vysíláním (jeho přenos bude trpět jakýmkoli pokusem o poslech). V pokračování bezdrátového příkladu uzel čeká na přijetí potvrzovacího paketu z přístupového bodu, aby indikoval, že paket byl přijat a správně zkontrolován. Pokud takové potvrzení nedorazí včas, předpokládá, že paket kolidoval s nějakým jiným přenosem, což způsobí, že uzel před pokusem o opakovaný přenos vstoupí do období binárního exponenciálního zpětného posunu.

Ačkoli se CSMA / CA používá v různých kabelových komunikačních systémech, je to zvláště výhodné v bezdrátové síti LAN kvůli společnému problému, kdy více stanic vidí přístupový bod, ale ne navzájem. To je způsobeno rozdíly ve vysílacím výkonu a citlivosti příjmu, jakož i vzdálenosti a umístění vzhledem k AP. To způsobí, že stanice nebude schopna „slyšet“ vysílání jiné stanice. Jedná se o problém takzvaného „ skrytého uzlu “ nebo „skryté stanice“. Zařízení využívající standardy založené na standardu 802.11 mohou využívat výhod zabránění kolizím (handshake RTS / CTS, také funkce koordinace bodů ), i když to ve výchozím nastavení nedělají. Ve výchozím nastavení používají Carrierův snímací mechanismus zvaný „exponenciální zpětný chod “ nebo ( funkce distribuované koordinace ), který se spoléhá na to, že se stanice před odesláním pokusí „poslouchat“ vysílání jiné stanice. CA nebo PCF se spoléhá na to, že AP (nebo „přijímač“ pro sítě ad hoc) uděluje stanici výhradní právo vysílat po určitou dobu po vyžádání (žádost o odeslání / vymazání pro odeslání).

CSMA-CA vyžaduje určení, zda je kanál „nečinný“, i když se používají nekompatibilní standardy a překrývající se přenosové frekvence. Podle standardů se u vysílačů 802.11 / Wi-Fi na stejném kanálu musí vysílače střídat při přenosu, pokud se mohou navzájem detekovat dokonce 3 dB nad úrovní šumu (minimální úroveň tepelného šumu je kolem -101 dBm pro kanály 20 MHz) . Na druhé straně vysílače budou ignorovat vysílače s nekompatibilními standardy nebo na překrývajících se kanálech, pokud je síla přijímaného signálu z nich pod prahovou hodnotou P th, která je pro systémy jiné než Wi-Fi 6 mezi -76 a -80 dBm.

IEEE 802.11 RTS / CTS Exchange

CSMA / CA lze volitelně doplnit výměnou paketu Request to Send (RTS) zaslaného odesílatelem S a paketu Clear to Send (CTS) zaslaného zamýšleným přijímačem R. Výstrahou tedy všechny uzly v dosahu odesílatele , přijímač nebo obojí, nevysílat po dobu hlavního přenosu. Toto je známé jako výměna IEEE 802.11 RTS / CTS . Implementace RTS / CTS pomáhá částečně vyřešit problém skrytých uzlů, který se často vyskytuje v bezdrátových sítích.

Výkon

Výkon CSMA / CA je do značné míry založen na modulační technice používané k přenosu dat mezi uzly. Studie ukazují, že za ideálních podmínek šíření (simulace) poskytuje přímé šíření spektra (DSSS) nejvyšší propustnost pro všechny uzly v síti při použití ve spojení s CSMA / CA a výměnou IEEE 802.11 RTS / CTS za podmínek mírného zatížení sítě . Rozptýlené spektrum s přeskakováním kmitočtů (FHSS) následuje vzdáleně za DSSS, pokud jde o propustnost s větší propustností, jakmile se zátěž sítě podstatně zvýší. Avšak propustnost je obecně stejná v podmínkách reálného světa kvůli faktorům rádiového šíření.

Používání

Viz také

Reference

externí odkazy