Полный курс лекций 2009-го года (1130357), страница 43
Текст из файла (страница 43)
Их изучением мы изакончим рассмотрение класса протоколов с контролем несущей.4.2.4.1. Симметричная конфигурация протоколов с состязаниямиДо сих пор мы рассматривали протоколы с состязаниями только в так называемой симметричнойконфигурации: все станции, пытающиеся передать кадр, получали канал с одной и той же для всехвероятностью р.
Оказывается, общая производительность системы может быть улучшена, если разнымстанциям будет сопоставлена разная вероятность.Рассмотрим производительность в случае симметричного случая. Пусть у нас есть k станций, каждаяиз которых с вероятностью p готова передать кадр. Тогда вероятность, что какая-то станция успешнопередаст свой кадр, равна kp(1 - p)k-1.
Эта вероятность достигает максимума при p = 1 / k. Тогдавероятность передать сообщение какой-либо станцией равнаГрафик этой функции показан на рисунке 4-7. При небольшом числе станций шансы передать кадрдостаточно велики, но с ростом числа станций эти шансы резко падают. Единственным способом увеличитьшансы на передачу является сократить конфликты. Для этого в протоколах с ограниченным числомконфликтов все станции разбивают на непересекающиеся группы. За слот с номером 0 состязаются толькостанции из группы 0.
Если передавать нечего или была коллизия, то начинают состязания за слот 1 членыгруппы 1, и т.д. В результате в каждом слоте конкуренция падает и мы имеет случай левой части кривойиз рисунка 4-7. Основную сложность в этом методе составляет распределение станций по группам.Рисунок 4-7. Вероятность передачи сообщения в симметричной конфигурации4.2.4.2.
Адаптивный древовидный протоколЭтот протокол устроен по принципу тестирования солдат американской армии на сифилис во второймировой войне. У n солдат брали кровь на анализ. В первой пробе в общей пробирке смешивали частькрови каждого солдата. Если тест давал отрицательный результат, то все n считались здоровыми. Еслитест давал положительную реакцию, то в пробирке смешивали только кровь первой половины солдат иопять тестировали. Если был положительный результат, то эту половину делили опять пополам и т.д., покане обнаруживали носителя.На рисунке 4-8 показано, как эта процедура применяется к станциям.
Станции - листья. За слот 0борются все станции. Если какая-то победила - хорошо. Если нет, то за слот 1 борются только станцииподдерева с корнем в вершине 2. Если какая-то победила, то следующий слот резервируется для станцийподдерева 3. Если был конфликт, то за следующий слот борются станции поддерева 4, и т.д.Рисунок 4-8. Дерево для восьми станцийКогда число станций велико и все они готовы передавать, то вряд ли целесообразно начинатьпоиск с уровня 0 в дереве. Возникает вопрос: с какого уровня надо начинать эту процедуру при заданномчисле станций? Пусть число станций, готовых к передаче, нормально распределено.
Обозначим это числочерез q. Тогда число станций, готовых к передаче и расположенных ниже уровня i, будет ровно 2- i q.Заметим, что их доля от общего числа станций, расположенных в дереве ниже уровня i, равна 2-i.Естественно, надо подобрать такое соотношение между i и q, когда количество конкурирующих станцийбудет 1, т.е. 2- i q = 1, или log2q = i.У этого алгоритма есть много вариантов. Мы здесь описали лишь основную идею.4.2.5. Протоколы с множественным доступом и разделением частотИной подход к распределению доступа к каналу основан на разделении канала на подканалы,используя FDM-, TDM-метод или сразу оба этих метода.Здесь мы рассмотрим работу протоколов множественного доступа для оптоволоконных систем.
Онипостроены на идее разделения частот. Вся полоса разделяется на каналы по два на станцию. Один, узкий,- управляющий канал, второй, широкий, - для передачи данных. Каждый канал разбит на слоты. Все слотысинхронизируются от единых часов. Отмечается только нулевой слот, чтобы можно было определитьначало каждого цикла.Обозначим через m число слотов в управляющем канале и через n + 1 - в канале данных. Из них nслотов - для данных, а последний - для сообщения о статусе канала.
Протокол поддерживает три классатрафика:1.Постоянный с соединением (видео)2.Переменный с соединением (передача файлов)3.Дейтаграммный (типа UDP)У каждой станции есть два ресивера и два трансивера:1.Ресивер для фиксированной длины волны для канала управления2.Настраиваемый трансивер для передачи в каналы управления других станций3.Трансивер для фиксированной длины волны для передачи данных4.Настраиваемый ресивер для получения данныхДругими словами, каждая станция постоянно слушает свой управляющий канал, но должнанастраиваться при приеме на волну передающей станции. Рассмотрим, как станция А устанавливаетсоединение класса 2 со станцией В для передачи файла. А настраивается на управляющий канал станцииВ, чтобы определить, какие слоты уже заняты, а какие свободны.
На рисунке 4-9 видно, что у В из 8управляющих слотов свободны 0, 4 и 5.Рисунок 4-9. Множественный доступ с разделением частотА выбирает, например, 4-й слот и помещает туда свой CONNECTION REQUEST. Станция В видит этотзапрос и закрепляет слот 4 за станцией А, о чем сообщает ей через статусный слот. Для станции А этоозначает, что установлено однонаправленное соединение от А к В. Если нужно двунаправленноесоединение, то В должна повторить все, что сделала А. Если в момент попытки А захватить слот у Вдругая станция, например, С, также попытается это сделать, возникнет конфликт, о котором и А, и Сузнают через статусный слот управляющего канала.После того как соединение установлено, А посылает В управляющее сообщение типа: «Жди. В слоте3 канала данных есть кадр».
Получив такое сообщение, В настраивается на волну канала А и считываеткадр. Таким образом, мы имеем бесконфликтный канал. Хотя может случиться, что если А и С имеютсоединение с В и оба скажут «смотри на слот 3, там кадр от меня», то от какого из двух получитсообщение В, сказать заранее нельзя.В случае дейтаграмм А шлет не запрос на соединение, а сообщение типа: «В слоте 3 для тебя естькадр». Существует несколько вариантов этого WDMA-протокола.4.2.6. Протоколы беспроводной связиЭтот класс протоколов используют мобильные компьютеры. Чтобы быть по-настоящему мобильным,компьютер использует радиоканал для связи. Локальные сети, построенные на основе радиоканала,существенно отличаются от обычных локальных сетей.
Они имеют специальный МАС-подуровень.Обычная конфигурация таких сетей - в здании размещается сеть стационарных приемопередающихстанций, соединенных кабелем. Если настроить приемопередатчики станций и компьютеров на расстояние3-4 метра, то каждая комната в здании образует ячейку.
В каждой ячейке действует только один канал,пропускную способность которого разделяют все машины этой ячейки. Обычно она равна 1-2 Мбит/сек.Далее мы будем предполагать ради простоты изложения, что все передатчики работают на одной итой же частоте.
Когда приемник оказывается в зоне действия двух активных передатчиков, то онпринимает искаженный сигнал, который рассматривается как бесполезный шум.Естественно было бы попытаться использовать протокол CSMA для радиоканала. Однако в нашемслучае возникают проблемы. Рассмотрим рисунок 4-10. Станции А и В могут взаимодействовать друг сдругом, станция С может взаимодействовать с B и D, но не с А. Рассмотрим, что будет происходить, когдаА будет передавать данные В (рисунок 4-10 (а)). Поскольку С вне действия А, то она не слышитпередачи А и может начать свою, что приведет к коллизии.
Эта проблема станции, не способной увидетьконкурента, называется проблемой спрятанной станции.Рисунок 4-10. Беспроводная локальная сетьРассмотрим теперь, что будет, если В начнет передачу, например, А. С услышит эту передачу иложно заключит, что она не может передавать станции D, хотя она свободна. Эта ситуация называетсяпроблемой мнимой станции.Итак, все сводится к тому, как узнать, есть ли реальная передача абоненту, которому надо передатьсообщение.
В силу ограниченности диапазона действия каждого передатчика протокол CSMA не подходит.Первые протоколы, разработанные специально для беспроводных сетей, относились к протоколамкласса МАСА (Multiple Access Collision Avoidance). Их идея заключалась в том, чтобы отправитель принудилполучателя послать короткое сообщение перед началом передачи.
Все станции, находящиеся в зонедействия получателя, услышат этот сигнал и не начнут передачи. Этот протокол иллюстрирует рисунок 411.Рисунок 4-11. Протокол MACAРассмотрим, как А теперь передает сообщение В. А начинает с передачи специального сообщенияRTS (Request To Send).
Это короткое сообщение (30 байт) несет информацию (например, длину) онастоящем сообщении. В в ответ шлет сообщение CLS (Clear To Send). В этом сообщении повторяютсяданные о сообщении, которое последует. Получив CTS, А начинает передачу.Теперь рассмотрим, как другие станции реагируют на RTS- и CTS-сообщения. Станции, близкорасположенные к A, слышат RTS и знают, что надо хранить молчание достаточное время, чтобы сообщениебыло передано. Станции, близкие к В, слышат CTS и не станут инициировать передачу для В.Однако, несмотря на все эти предосторожности, коллизии все-таки могут случаться. Например, еслидве станции в одно и то же время пошлют RTS-сообщения. Эти сообщения будут конфликтовать, поэтомуникакой реакции на них не поступит. Станции переждут некоторый случайный интервал времени иповторят попытку.
Подробно мы будем рассматривать алгоритмы разрешения подобных конфликтов приизучении стандарта IEEE 802.3.4.2.7. Цифровая сотовая радиосвязьЗдесь мы рассмотрим иной подход к беспроводной сетевой связи, отличающийся от того, что мырассматривали для беспроводных LAN. Он основан на идеях сотовой радиосвязи, предшественникомкоторой была система AMPS, которую мы рассматривали в предыдущей главе.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
