multiple access

multiple access protocol
用來規範共用廣播通道的傳輸

常見的3種類型
channel partitioning protocol(通道分割)
random access protocol(隨機存取)
taking-turns protocol(輪流存取)

常見的channel partitioning protocol技術
TDMA(time division multiple access)
FDMA(frequency division multiple access) 
CDMA(code division multiple access)

常見的taking-turns protocol技術
polling protocol(輪詢協定), used in 802.15 bluetooth
token-passing protocol(令牌傳遞協定),used in 802.5 and FDDI

常見的random access protocol技術
ALOHA,slotted ALOHA, CSMA
CSMA/CD, used in Ethernet
CSMA/CA, used in 802.11 wireless

..................................................................................... 
 
ALOHAnet
也稱為ALOHA system
由美國夏威夷大學所開發的實驗性電腦網路系統
1971年6月開始成功運作
是世界上第一個無線資料網路

特性
 作用在data-link layer
 屬於Random Access Protocol(隨機存取協議)
運作
 接收點在收到數據後,正確則回覆ACK,錯誤則回覆NACK
 如果發生碰撞:各自等待一段隨機長度的時間後,再次嘗試傳送
可分為
 Pure ALOHA,有太多的傳輸衝突
 Slotted ALOHA,ALOHA的改良 
ps:
Aloha和slotted aloha傳輸前不會先檢查網路媒體是否有資料在傳輸  

Pure ALOHA
應用:因頻道衝突太高,很少被用
當傳輸點有數據需要傳送的時候,會立即向通訊頻道傳送

Slotted ALOHA
應用:在手機網路通信中
優點:時間分割成等長的slot可減少傳輸頻道的衝突
當傳輸點有數據需要傳送的時候,只能在下一slot的開頭傳送封包
每次傳送的數據必須少於或者等於一個slot

... 

 

通過量分析
S=throughput per frame time,通過量
G=attempt per packet time,提供的流量(每單位時間通過的數據包數量)

pure ALOHA 
S=G*e^(-2G)
當G<0.5,純ALOHA系統才處於穩定狀態
當G=0.5,S=0.184,也就是S可達到最大值18.4%
當G>0.5時S開始遞減

slotted ALOHA 
S=G*e^(-G)
當G<1,分段ALOHA系統才處於穩定狀態
當G=1,S=0.368,也就是S可達到最大值36.8%
當G>1時S開始遞減

結論
aloha不是stable的madium control access protocol

................................................................................

carrier sense multiple access(載波感應多重存取)
傳輸前先檢查網路媒體是否有資料在傳輸,此為carrier sense
主要有三大機制
1-persistent:若閒置則立刻傳送,ethernet使用的方法
nonpersistent/0-persistent:閒置時傳送,忙錄時隨機等待一段時在偵測, 適合網路負載重的環境
p-persistent:閒置時有p的機率立刻傳送,p-1的機率等待下一個時槽, 適合網路負載輕的環境

collision detection(碰撞偵測)
傳送資料時也同時耹聽,以確保同一時間內並沒有其它工作站也在網路媒體上傳送資料,此為carrier detection
同時送出封包,訊號會重疊並產生碰撞(節點越多﹐距離越長﹐發生機會就越高)
流程如下
1碰撞發生時會在網線產生一個frequecy ripple(頻率漣漪)
2節點監測到有這樣的ripple就廣播一個Jamming Signal(擾亂訊號/高頻信號/雍塞信號),告訴所有節點碰撞已經發生
ps:壅塞訊號可由任何的二進位資料組成,只要不產生訊框內的checksum即可
3全部節點不再發送封包,並random delay time隨機等待一段時間再重新進行傳輸
ps:
發生碰撞的工作站,需等待更久的時間才會重新進行傳輸
ps:
random delay time由Binary Exponential Backoff Algorithm(二元指數後退演算法)負責
binary exponential backoff algorithm:隨機的秒數是0到2^i-1,i是第幾次碰撞,可進行16次
ps:
backoff(撤回重傳):當碰撞發生時,所強制進行的重新傳輸的延遲

重傳等待時間的公式
設k是第幾次重傳,r介於0到2^k
0=r<=2^k ; r*slot time=重傳等待時間
ex:10mbps網路,發生碰撞5次
0=(0~32)<=2^5 ; (0~32)*51.2微秒=(0~1638.4)微秒
最久需要等待1638.4微秒時間才會重傳

....... 

CSMA/CD
大致運作如下:
1準備開始:若線路空閒則傳輸,線路忙則到第4步
2開始傳輸:若傳輸時檢測到衝突則到第4步
3傳輸成功:向上層報告成功並退出傳輸模式
4線路忙:等待線路空閒
5線路空閒:進入第1步
6超過最大嚐試傳輸次數:向上層報告失敗並退出傳輸模式 

 

MACA(multiple access with collision avoidance,碰撞避免之多重存取) 
會有兩個問題
hidden station
exposed sation

CSMA/CA(Carrier Sense Multiple Access/Collision Avoidance,載波檢測多路存取/碰撞避免)
傳送前先偵測頻道是否閒置,
若閒置則等待IFS(Interval Frame Space)時間後再偵測是否閒置,若空閒則傳送,若無空閒則等待
ps:送出frame後,過程中不用像csma/cd在另外偵測
可能在接收端因干擾遭破壞,若碰撞後會等待random delay time(隨機延遲時間)後重傳
ps:
random delay time由Binary Exponential Backoff Algorithm(二元指數後退演算法)負責
ps:
802.11採用的媒體存取控制方式為CSMA及MACAW結合
MACAW(MACA for wireless,無線網路之MACA):修改版的MACA,使其效率增加


CSMA/CD和CSMA/CA差異
CSMA/CA
著重在資料傳送後不會碰撞

發現頻道閒置時,會等待隨機時間在將訊框傳送出去
失敗32次後通知上層Timeout
CSMA/CD
著重在檢測碰撞
發現頻道閒置時,將訊框立刻傳送出去
失敗15次後通知上層Timeout
ps:
CSMA/CD會讓重送時間變長,增加重送成本,不建議用在Wireless

 

 

2014-05-09 04:05:15發表 2017-01-10 08:34:46修改   

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