15.4.2. Системы, которые обнаруживают несущую, и протоколыКак мы видели, протоколы случайного доступа для систем типа АЛОХА (щелевых и бесщелевых) обеспечивает относительно низкую проходимость. Далее, щелевая система АЛОХА требует, чтобы пользователи передавали сигналы в синхронизированных щелях времени. В каналах, в которых задержки передачи относительно малы, возможно синтезировать протоколы случайного доступа, которые дадут более высокую проходимость. Пример такого протокола – протокол обнаружения несущей с детектированием столкновений, который используется как стандарт эфирного протокола в локальных сетях в свободном пространстве. Этот протокол известен как протокол обнаружения несущей при случайном доступе с декодированием столкновений (CSMA/CD – carrier sense multiple access with collusion detection). Протокол (CSMA/CD) очень прост. Все пользователи прислушиваются к передачам по каналу. Пользователь, который желает передавать пакет, захватывает канал, когда он обнаруживает, что канал не занят. Столкновения могут возникнуть, когда два или больше пользователей обнаруживает, что канал не занят и начинает передачу. Когда пользователи, которые передают одновременно, обнаруживают столкновение, они посылают специальный сигнал, называемый сигналом столкновения (jam), который служит для указания всем пользователям о столкновении, и прекращают свои передачи. И обнаружение несущей, и прекращения передач, когда возникает столкновение, ведут к минимизации времени занятия канала и, следовательно, дают большую проходимость. Для детальной разработки эффективности CSMA/CD рассмотрим локальную сеть в свободном пространстве, имеющую трассовую (bus) структуру, показанную на рис. 15.4.4. Рассмотрим двух пользователей Рис.15.4.4. Локальная сеть в свободном пространстве с трассовой архитектурой Пользователь Имеется несколько возможных протоколов, которые можно использовать для повторения передач при возникновении столкновений. Один протокол называется ненастойчивый (nonpersistent) CSMA, другой называется 1-настойчивый CSMA, а обобщение последнего называется p-настойчивый CSMA. Ненастойчивый CSMA. В этом протоколе пользователь, который имеет пакет для передачи, обнаруживает (отслеживает) канал и действует согласно следующему правилу: a) Если канал не занят, пользователь передает пакет, b) Если канал обнаружен занятым, пользователь переносит передачу пакета на более позднее время, согласно некоторому распределению задержек. На конце интервала задержки пользователь снова отслеживает канал и повторяет шаги а) и b). 1-настойчивый CSMA. Этот протокол проектируется для достижения высокой проходимости посредством того, что не позволяет каналу быть незанятым, если несколько пользователей имеют пакеты к передаче. Здесь пользователи отслеживают канал и работают согласно следующему правилу: a) Если обнаружен незанятый канал, пользователь передает пакет с вероятностью 1; b) Если канал обнаружен занятым, пользователь ждет, пока канал окажется незанятым и передает пакет с некоторой вероятностью. Заметим, что в этом протоколе столкновение будет возникать, когда больше чем один пользователь имеют пакеты для передачи. р-настойчивый CSMA. Чтобы сократить скорость столкновений в 1-настойчивом CSMA и увеличить проходимость, мы можем рандомизировать время начала передачи пакетов. В частности, отследив незанятость канала, пользователь, имеющий пакет для передачи, посылает его с вероятностью a) Если канал обнаружен незанятым, пакет посылается с вероятностью b) Если при c) Если при Можно также конструировать щелевые версии описанного выше протокола. Анализ проходимости для протоколов ненастойчивой и 1. Среднее время ретрансляции велико по сравнению с длительностью пакета 2. Интервалы пребывания точечного процесса, определённые временем старта всех пакетов плюс времени ретрансляций, независимы и распределены экспоненциально. Для ненастойчивой CSMA проходимость равна
где параметр Рис. 15.4.5. Проходимость в ненастойчивой системе CSMA [Kleinrock и Tobagi (1975), @ IEEE] Для 1-настойчивого протокола проходимость, полученная Клейнроком и Тобаджи (1975), равна
В этом случае
что дает меньшую величину пика, чем при ненастойчивом протоколе. При использовании Рис. 15.2.6. Проходимость канала в р-настойчивой системе CSMA: (а) Время передачи было также рассчитано Клейнроком и Тобаджи (1975). Рис.15.4.7 иллюстрирует графики задержки (нормировании к Рис. 15.4.7. Проходимость в обмен на задержку (моделирование при Для сравнения также показана зависимость задержки от характеристик прохождения для протоколов щелевой и бесщелевой Алохи. При этом моделировании только вновь генерированные пакеты считались независимыми и с пуассоновским распределением Столкновения и неравномерно распределенные случайные ретрансляции обходятся без последующих предположений. Результаты этого моделирования иллюстрируют превосходство качества
|