Множественный доступ с предотвращением конфликтов для беспроводной сети - Multiple Access with Collision Avoidance for Wireless

Множественный доступ с предотвращением конфликтов для беспроводной сети (АРА)[1] это прорезь средний контроль доступа (MAC) протокол, широко используемый в специальные сети.[2] Кроме того, это основа многих других MAC протоколы, используемые в беспроводные сенсорные сети (WSN).[2] В IEEE 802.11 RTS / CTS механизм взят из этого протокола.[3][4] Оно использует RTS-CTS-DS-DATA-ACK последовательность кадров для передачи данных, иногда ей предшествует РТС-РРТС последовательность кадров, чтобы обеспечить решение проблема со скрытым узлом.[1] Хотя протоколы на основе MACAW, такие как S-MAC, использовать чувство носителя В дополнение к механизму RTS / CTS MACAW не использует контроль несущей.[1]

Принцип работы

Пример, иллюстрирующий принцип работы MACAW. Предполагается, что только соседние узлы находятся в диапазоне передачи друг друга.

Предположим, что узел A имеет данные для передачи узлу B. Узел A инициирует процесс, отправляя Запрос на отправку кадра (RTS) к узлу B. Узел назначения (узел B) отвечает Очистить для отправки рама (CTS). После получения CTS узел A отправляет данные. После успешного приема узел B отвечает кадром подтверждения (ACK). Если узел A должен отправить более одного фрагмента данных, он должен ждать случайное время после каждой успешной передачи данных и конкурировать со смежными узлами за носитель, используя механизм RTS / CTS.[1]

Любой узел, подслушивающий кадр RTS (например, узел F или узел E на иллюстрации), воздерживается от отправки чего-либо до тех пор, пока не будет получен CTS или после ожидания определенного времени. Если за захваченным RTS не следует CTS, максимальное время ожидания - это время распространения RTS и время оборота узла назначения.[1]

Любой узел (узел C и узел E), подслушивающий кадр CTS, воздерживается от отправки чего-либо до тех пор, пока кадр данных и ACK не должны быть получены (решение проблема со скрытым терминалом ) плюс случайное время. И кадры RTS, и CTS содержат информацию о длине кадра DATA. Следовательно, узел использует эту информацию для оценки времени завершения передачи данных.[1]

Перед отправкой длинного кадра DATA узел A отправляет короткий кадр передачи данных (DS), который предоставляет информацию о длине кадра DATA. Каждая станция, которая слышит этот кадр, знает, что обмен RTS / CTS прошел успешно. Подслушивающая станция (узел F), которая могла получить RTS и DS, но не CTS, откладывает свои передачи до тех пор, пока не будет получен кадр ACK плюс случайное время.[1]

Подводя итог, успешная передача данных (от A к B) состоит из следующей последовательности кадров:

  1. Кадр «Запрос на отправку» (RTS) от A до B
  2. Кадр «Clear To Send» (CTS) от B до A
  3. Кадр «Отправка данных» (DS) от A до B
  4. Кадр фрагмента DATA от A до B, и
  5. Кадр подтверждения (ACK) от B до A.

MACAW - это непостоянный прорезанный протокол, означающий, что после того, как среда была занята, например, после сообщения CTS, станция ожидает случайное время после начала временного интервала перед отправкой RTS. Это приводит к справедливому доступу к среде. Если, например, узлы A, B и C имеют фрагменты данных для отправки после периода занятости, у них будет одинаковый шанс получить доступ к среде, поскольку они находятся в диапазоне передачи друг друга.

RRTS [1]

Узлу D неизвестна текущая передача данных между узлом A и узлом B. Узел D имеет данные для отправки на узел C, который находится в диапазоне передачи узла B. D инициирует процесс, отправляя кадр RTS узлу C. Узел C уже отложил свою передачу до завершения текущей передачи данных между узлом A и узлом B (чтобы избежать внутриканальная помеха в узле B). Следовательно, даже если он получает RTS от узла D, он не отвечает CTS. Узел D предполагает, что его RTS не был успешным из-за коллизии, и, следовательно, переходит к отвали (используя экспоненциальный откат алгоритм).

Если A имеет несколько фрагментов данных для отправки, единственный момент, когда узел D может успешно инициировать передачу данных, - это небольшие промежутки между тем, что узел A завершил передачу данных, и завершением узла B следующий CTS (для узла A следующий запрос передачи данных) . Однако из-за периода отсрочки передачи узла D вероятность захвата среды в течение этого небольшого временного интервала невысока. Чтобы увеличить равнодоступность для каждого узла, MACAW вводит новое управляющее сообщение под названием «Запрос на запрос на отправку» (RRTS).

Теперь, когда узел C, который не может ответить раньше из-за продолжающейся передачи между узлом A и узлом B, отправляет сообщение RRTS узлу D в течение следующего периода конкуренции, получатель RRTS (узел D) немедленно отвечает RTS и обычным обмен сообщениями начат. Другие узлы, подслушивающие RRTS, задерживаются на два временных интервала, достаточно долго, чтобы услышать, происходит ли успешный обмен RTS – CTS.

Подводя итог, в этом случае передача может состоять из следующей последовательности кадров между узлами D и C:

  1. Кадр «Запрос на отправку» (RTS) от D до C
  2. Кадр «Запрос на отправку» (RRTS) от C до D (после небольшой задержки)
  3. Кадр «Запрос на отправку» (RTS) от D до C
  4. Кадр «Clear To Send» (CTS) от C до D
  5. Кадр «Отправка данных» (DS) от D до C
  6. Кадр фрагмента DATA от D до C,
  7. Кадр подтверждения (ACK) от C до D

Текущее исследование

Для повышения производительности были разработаны и исследованы дополнительные алгоритмы отката.[5][6][7][8][9] Основной принцип основан на использовании методов упорядочения, при которых каждый узел в беспроводной сети поддерживает счетчик, который ограничивает количество попыток меньшим или равным порядковому номеру или использует состояния беспроводного канала для управления вероятностями доступа, чтобы узел с хорошее состояние канала имеет более высокую вероятность успеха конкуренции.[5] Это уменьшает количество столкновений.

Нерешенные проблемы

MACAW обычно не решает выявленная проблема терминала. Предположим, что у узла G есть данные для отправки на узел F в нашем примере. Узел G не имеет информации о текущей передаче данных от A к B. Он инициирует процесс, отправляя сигнал RTS на узел F. Узел F находится в диапазоне передачи узла A и не может слышать RTS от узла G, поскольку он подвергать внутриканальная помеха. Узел G предполагает, что его RTS не был успешным из-за столкновения, и поэтому отступает перед повторной попыткой. В этом случае решение, предоставляемое механизмом RRTS, не сильно улучшит ситуацию, поскольку кадры DATA, отправленные из B, довольно длинные по сравнению с другими кадрами. Вероятность того, что F подвергается передаче от A, довольно высока. Узел F не имеет представления о каком-либо узле, заинтересованном в инициировании передачи ему данных, пока G не передаст RTS между передачами от A.

Кроме того, MACAW может не работать нормально в многоадресная передача.

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ а б c d е ж грамм час Вадувур Бхаргаван; и другие. (1994-08-01). «MACAW: протокол доступа к среде передачи данных для беспроводных локальных сетей» (PDF). В Proc. Конференция ACM SIGCOMM (SIGCOMM '94), август 1994 г., страницы 212-225. Получено 2007-01-18. Цитировать журнал требует | журнал = (помощь)
  2. ^ а б Вэй Е; и другие. (2002-06-01). «Энергоэффективный протокол MAC для беспроводных сенсорных сетей» (PDF). ИНФОКОМ 2002. Архивировано с оригинал (PDF) на 2006-11-04. Получено 2006-11-26. Цитировать журнал требует | журнал = (помощь)
  3. ^ Вэй Е; и другие. (2004-06-01). «Контроль доступа к среде с координированным адаптивным режимом сна для беспроводных сенсорных сетей» (PDF). IEEE / ACM Transactions on Networking, Vol. 12, No. 3, pp. 493-506, июнь 2004 г. Архивировано с оригинал (PDF) на 2006-12-09. Получено 2006-12-27. Цитировать журнал требует | журнал = (помощь)
  4. ^ Карл, Хольгер (2005). Протоколы и архитектуры для беспроводных сенсорных сетей. Вайли. п.117. ISBN  0-470-09510-5.
  5. ^ а б Гуован Мяо; Гоцун Сон (2014). Дизайн беспроводной сети с эффективным использованием энергии и спектра. Издательство Кембриджского университета. ISBN  1107039886.
  6. ^ П. Венката Кришна, Судип Мишра, Моххамед С. Обайдат и В. Сарита, «Алгоритм виртуального отсрочки передачи: усовершенствование управления доступом к среде 802.11 для повышения производительности беспроводных сетей» в IEEE Trans. по автомобильной технике (СУДС), 2010 г.
  7. ^ Судип Мисра, П. Венката Кришна и Киран Иссак Абрахам, «Решение обучающих автоматов для доступа к среде с резервированием каналов в беспроводных сетях», принятое в беспроводной персональной связи (WPS), Springer
  8. ^ П. Венката Кришна и Н.Ч.С.Н. Айенгар «Разработка последовательного управления доступом к среде для повышения производительности беспроводных сетей» Журнал вычислительных и информационных технологий (CIT Journal), Vol. 16, No. 2, pp. 81-89, июнь 2008 г.
  9. ^ П. Венката Кришна и Н. Ч. С. Н. Айенгар, «Техника секвенирования - усовершенствование контроля доступа к среде 802.11 для повышения производительности беспроводных сетей», Int. J. Коммуникационные сети и распределенные системы, Том 1, № 1, стр 52-70, 2008 г.