Лекции 2010-го года (1130544), страница 43
Текст из файла (страница 43)
Симметричная конфигурация протоколов с состязаниямиДо сих пор мы рассматривали протоколы с состязаниями только в так называемойсимметричной конфигурации: все станции, пытающиеся передать кадр, получали канал содной и той же для всех вероятностью р. Оказывается, общая производительностьсистемы может быть улучшена, если разным станциям будет сопоставлена разнаявероятность.Рассмотрим производительность в случае симметричного случая. Пусть у нас есть kстанций, каждая из которых с вероятностью p готова передать кадр.
Тогда вероятность,13что какая-то станция успешно передаст свой кадр, равна kp(1-p)k-1. Эта вероятностьдостигает максимума при p=1/k. Тогда вероятность передать сообщение какой-либостанцией равнаГрафик этой функции показан на рисунке 4-7. При небольшом числе станций шансыпередать кадр достаточно велики, но с ростом числа станций эти шансы резко падают.Единственным способом увеличить шансы на передачу является сократить конфликты.Для этого в протоколах с ограниченным числом конфликтов все станции разбивают нанепересекающиеся группы. За слот с номером 0 состязаются только станции 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 левойчасти кривой из рисунка 4-7. Основную сложность в этом методе составляетраспределение 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 сифилисво второй мировой войне. У n солдат брали кровь на анализ. В первой пробе в общейпробирке смешивали часть крови каждого солдата. Если тест давал отрицательныйрезультат, то все n считались здоровыми.
Если тест давал положительную реакцию, то впробирке смешивали только кровь первой половины солдат и опять тестировали. Еслибыл положительный результат, то эту половину делили опять пополам и т.д., пока необнаруживали носителя.На рисунке 4-8 показано, как эта процедура применяется к станциям. Станции - листья. Заслот 0 борются все станции. Если какая-то победила - хорошо. Если нет, то за слот 1борются только станции поддерева с корнем в вершине 2. Если какая-то победила, тоследующий слот резервируется для станций поддерева 3. Если был конфликт, то заследующий слот борются станции поддерева 4, и т.д.Рисунок 4-8. Дерево для восьми станций14Когда число станций велико и все они готовы передавать, то вряд ли целесообразноначинать поиск с уровня 0 в дереве.
Возникает вопрос: с какого уровня надо начинать этупроцедуру при заданном числе станций? Пусть число станций, готовых к передаче,нормально распределено. Обозначим это число через q. Тогда число станций, готовых кпередаче и расположенных ниже уровня i, будет ровно 2-iq. Заметим, что их доля отобщего числа станций, расположенных в дереве ниже уровня i, равна 2-i. Естественно,надо подобрать такое соотношение между i и q, когда количество конкурирующихстанций будет 1, т.е. 2-iq=1, или log2q=i.У этого алгоритма есть много вариантов. Мы здесь описали лишь основную идею.4.2.5.
Протоколы с множественным доступом и разделениемчастотИной подход к распределению доступа к каналу основан на разделении канала наподканалы, используя FDM-, TDM-метод или сразу оба этих метода.Здесь мы рассмотрим работу протоколов множественного доступа для оптоволоконныхсистем. Они построены на идее разделения частот. Вся полоса разделяется на каналы подва на станцию. Один, узкий, - управляющий канал, второй, широкий, - для передачиданных. Каждый канал разбит на слоты. Все слоты синхронизируются от единых часов.Отмечается только нулевой слот, чтобы можно было определить начало каждого цикла.Обозначим через m число слотов в управляющем канале и через n+1 - в канале данных.Из них n слотов - для данных, а последний - для сообщения о статусе канала.
Протоколподдерживает три класса трафика: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 управления152.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, нодолжна настраиваться при приеме на волну передающей станции. Рассмотрим, какстанция А устанавливает соединение класса 2 со станцией В для передачи файла.
Анастраивается на управляющий канал станции В, чтобы определить, какие слоты ужезаняты, а какие свободны. На рисунке 4-9 видно, что у В из 8 управляющих слотовсвободны 0, 4 и 5.Рисунок 4-9. Множественный доступ с разделением частотА выбирает, например, 4-й слот и помещает туда свой CONNECTION REQUEST. СтанцияВ видит этот запрос и закрепляет слот 4 за станцией А, о чем сообщает ей через статусныйслот.
Для станции А это означает, что установлено однонаправленное соединение от А кВ. Если нужно двунаправленное соединение, то В должна повторить все, что сделала А.Если в момент попытки А захватить слот у В другая станция, например, С, такжепопытается это сделать, возникнет конфликт, о котором и А, и С узнают через статусныйслот управляющего канала.После того как соединение установлено, А посылает В управляющее сообщение типа:«Жди. В слоте 3 канала данных есть кадр». Получив такое сообщение, В настраивается наволну канала А и считывает кадр. Таким образом, мы имеем бесконфликтный канал.
Хотяможет случиться, что если А и С имеют соединение с В и оба скажут «смотри на слот 3,там кадр от меня», то от какого из двух получит сообщение В, сказать заранее нельзя.В случае дейтаграмм А шлет не запрос на соединение, а сообщение типа: «В слоте 3 длятебя есть кадр». Существует несколько вариантов этого WDMA-протокола.4.2.6. Протоколы беспроводной связиЭтот класс протоколов используют мобильные компьютеры. Чтобы быть по-настоящемумобильным, компьютер использует радиоканал для связи. Локальные сети, построенные16на основе радиоканала, существенно отличаются от обычных локальных сетей.
Ониимеют специальный МАС-подуровень.Обычная конфигурация таких сетей - в здании размещается сеть стационарныхприемопередающих станций, соединенных кабелем. Если настроить приемопередатчикистанций и компьютеров на расстояние 3-4 метра, то каждая комната в здании образуетячейку. В каждой ячейке действует только один канал, пропускную способность которогоразделяют все машины этой ячейки. Обычно она равна 1-2 Мбит/сек.Далее мы будем предполагать ради простоты изложения, что все передатчики работают наодной и той же частоте. Когда приемник оказывается в зоне действия двух активныхпередатчиков, то он принимает искаженный сигнал, который рассматривается какбесполезный шум.Естественно было бы попытаться использовать протокол CSMA для радиоканала.
Однаков нашем случае возникают проблемы. Рассмотрим рисунок 4-10. Станции А и В могутвзаимодействовать друг с другом, станция С может взаимодействовать с B и D, но не с А.Рассмотрим, что будет происходить, когда А будет передавать данные В (рисунок 4-10(а)). Поскольку С вне действия А, то она не слышит передачи А и может начать свою, чтоприведет к коллизии. Эта проблема станции, не способной увидеть конкурента,называется проблемой спрятанной станции.Рисунок 4-10.
Беспроводная локальная сетьРассмотрим теперь, что будет, если В начнет передачу, например, А. С услышит этупередачу и ложно заключит, что она не может передавать станции D, хотя она свободна.Эта ситуация называется проблемой мнимой станции.Итак, все сводится к тому, как узнать, есть ли реальная передача абоненту, которому надопередать сообщение. В силу ограниченности диапазона действия каждого передатчикапротокол CSMA не подходит.Первые протоколы, разработанные специально для беспроводных сетей, относились кпротоколам класса МАСА (Multiple Access Collision Avoidance).
Их идея заключалась втом, чтобы отправитель принудил получателя послать короткое сообщение перед началомпередачи. Все станции, находящиеся в зоне действия получателя, услышат этот сигнал ине начнут передачи. Этот протокол иллюстрирует рисунок 4-11.Рисунок 4-11. Протокол MACA17Рассмотрим, как А теперь передает сообщение В. А начинает с передачи специальногосообщения RTS (Request To Send). Это короткое сообщение (30 байт) несет информацию(например, длину) о настоящем сообщении. В в ответ шлет сообщение CLS (Clear ToSend). В этом сообщении повторяются данные о сообщении, которое последует.
ПолучивCTS, А начинает передачу.Теперь рассмотрим, как другие станции реагируют на RTS- и CTS-сообщения. Станции,близко расположенные к A, слышат RTS и знают, что надо хранить молчание достаточноевремя, чтобы сообщение было передано. Станции, близкие к В, слышат CTS и не станутинициировать передачу для В.Однако, несмотря на все эти предосторожности, коллизии все-таки могут случаться.Например, если две станции в одно и то же время пошлют RTS-сообщения. Этисообщения будут конфликтовать, поэтому никакой реакции на них не поступит. Станциипереждут некоторый случайный интервал времени и повторят попытку. Подробно мыбудем рассматривать алгоритмы разрешения подобных конфликтов при изучениистандарта IEEE 802.3.4.2.7.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
