Transportörskännedom för flera åtkomster

Carrier-sense multiple access ( CSMA ) är ett MAC-protokoll ( medium access control ) där en nod verifierar frånvaron av annan trafik innan den sänder på ett delat överföringsmedium , såsom en elektrisk buss eller ett band av det elektromagnetiska spektrumet .

Under CSMA använder en sändare en bärvågsavkänningsmekanism för att avgöra om en annan sändning pågår innan en sändning påbörjas. Det vill säga, den försöker detektera närvaron av en bärvågssignal från en annan nod innan den försöker sända. Om en bärvåg avkänns, väntar noden på att den pågående överföringen ska avslutas innan den initierar sin egen överföring. Med CSMA kan flera noder i sin tur skicka och ta emot på samma medium. Sändningar från en nod tas i allmänhet emot av alla andra noder som är anslutna till mediet.

Variationer på grundläggande CSMA inkluderar tillägg av kollisionsundvikande ( CSMA/CA ), kollisionsdetektering ( CSMA/CD ) och kollisionsupplösningstekniker.

Åtkomstlägen

Variationer av CSMA använder olika algoritmer för att bestämma när överföringen till det delade mediet ska initieras. En viktig utmärkande egenskap hos dessa algoritmer är hur aggressiva eller ihållande de är när de initierar överföring. En mer aggressiv algoritm kan börja sända snabbare och använda en större andel av mediets tillgängliga bandbredd. Detta sker vanligtvis på bekostnad av en ökad sannolikhet för kollision med andra sändare.

1-persistent: 1-persistent CSMA är en aggressiv överföringsalgoritm. När den sändande noden är redo att sända känner den av överföringsmediet för ledigt eller upptaget. Om den är inaktiv sänder den omedelbart. Om den är upptagen känner den av överföringsmediet kontinuerligt tills det blir ledigt, och sänder sedan meddelandet (en ram ) ovillkorligt (dvs. med sannolikhet=1). Vid en kollision väntar avsändaren en slumpmässig tidsperiod och försöker samma procedur igen. 1-persistent CSMA används i CSMA/CD-system inklusive Ethernet .

Icke-beständig: Icke-beständig CSMA är en icke-aggressiv överföringsalgoritm. När den sändande noden är redo att sända data känner den av överföringsmediet för ledigt eller upptaget. Om den är inaktiv sänder den omedelbart. Om den är upptagen, hoppar den till det sista slumpmässiga väntesteget av 1-persistent CSMA direkt innan den upprepar hela logikcykeln igen: den fortsätter inte att kontrollera den upptagna kanalen som försöker få igenom dess sändning, därav namnet. Detta tillvägagångssätt minskar risken för kollision och resulterar i generellt högre medelgenomströmning men med en straff av längre initial fördröjning jämfört med 1–persistent.

P-persistent: Detta tillvägagångssätt ligger mellan 1-beständiga och icke-beständiga CSMA-åtkomstlägena. När den sändande noden är redo att sända data känner den av överföringsmediet för ledigt eller upptaget. Om den är inaktiv sänder den omedelbart. Om den är upptagen känner den av överföringsmediet kontinuerligt tills det blir ledigt, och sänder sedan med sannolikhet p . Om noden inte sänder (sannolikheten för denna händelse är 1-p ), väntar den till nästa tillgängliga tidslucka . Om överföringsmediet inte är upptaget sänder det igen med samma sannolikhet p . Denna probabilistiska fördröjning upprepas tills ramen slutligen sänds eller när mediet visar sig bli upptaget igen (dvs någon annan nod har redan börjat sända). I det senare fallet upprepar noden hela logikcykeln (som började med avkänning av transmissionsmediet för ledigt eller upptaget) igen. p-persistent CSMA används i CSMA/CA-system inklusive Wi-Fi och andra paketradiosystem . Observera att p = 0 -beständig CSMA skiljer sig från icke-beständig CSMA. Båda kan bara sända i början av proceduren (om kanalen är ledig), men deras beteende på en upptagen kanal skiljer sig: icke-persistent CSMA försöker inte känna av kanalen och startar om dess logiska cykel, medan p = p = 0 necessarily gets stuck in an infinite loop of waiting (since it has zero probability of transmission even if the channel goes back to being idle).

O-persistent: Each node is assigned a transmission order by a supervisory node. When the transmission medium goes idle, nodes wait for their time slot in accordance with their assigned transmission order. The node assigned to transmit first transmits immediately. The node assigned to transmit second waits one time slot (but by that time the first node has already started transmitting). Nodes monitor the medium for transmissions from other nodes and update their assigned order with each detected transmission (i.e. they move one position closer to the front of the queue). O-persistent CSMA is used by CobraNet, LonWorks and the controller area network.

Protokolländringar

När man sänder över ad hoc-nätverk för fordon orsakar ofta de ursprungliga 1-persistens- och p-persistensstrategierna problemet med broadcast-storm . ^{[ citat behövs ]} För att förbättra prestandan utvecklade ingenjörer tre modifierade tekniker: viktad p-beständighet, slitsad 1-beständighet och slitsad p-beständighet.

Bäraravkänningsmultipelåtkomst med kollisionsdetektering: CSMA/CD används för att förbättra CSMA-prestandan genom att avsluta överföringen så snart en kollision detekteras, vilket förkortar den tid som krävs innan ett nytt försök kan göras. CSMA/CD används av Ethernet .

Carrier-sense multipel access med kollisionsundvikande: I CSMA/CA används kollisionsundvikande för att förbättra prestandan hos CSMA. Om sändningsmediet känns av upptaget före sändning, skjuts sändningen upp ett slumpmässigt intervall. Detta slumpmässiga intervall minskar sannolikheten för att två eller flera noder som väntar på att sända samtidigt kommer att börja sändningen vid avslutande av den detekterade sändningen, vilket således minskar förekomsten av kollision. CSMA/CA används av Wi-Fi .

CSMA med kollisionsupplösning: CSMA/CR använder prioriteringar i ramhuvudet för att undvika kollisioner. Den används i Controller Area Network .

Virtuell tid CSMA: VTCSMA är designad för att undvika kollision som genereras av noder som sänder signaler samtidigt, som mest används i hårda realtidssystem . Den använder två klockor för att prioritera meddelanden baserat på deras deadline.

Se även

General

Andrew S. Tanenbaum , Datornätverk . Prentice Hall, Upper Saddle River, NJ (2003). 892 s. ISBN 0-13-066102-3