2.2.2 Множественный доступ к моноканалу
К общему звену моноканала подключается значительное число абонентских систем. Поэтому возникает проблема множественного доступа.
Доступом называют операцию, обеспечивающую запись, модификацию, чтение или передачу данных.
Ситуация, в которой несколько объектов хотят одновременно использовать ресурс, называют состязанием. Упорядочение этой ситуации осуществляется недопущением либо прекращением состязаний. Недопущение состязаний заключается в использовании такого метода доступа, когда ресурс может одновременно использовать только один объект. В противоположность этому, может также использоваться метод, допускающий возникновение состязаний, но обеспечивающий, в случае их появления, быстрое и четкое прекращение.
Множественный доступ с разделением времени (Time Division Multiple Access (TDMA))
Множественный доступ с разделением времени - это множественный доступ, основанный на распределении времени работы канала между информационными системами.
Доступ TDMA основан на использовании специального устройства, именуемого тактовым генератором.
Рисунок.2.6. Структура разделения времени
Этот генератор делит время работы канала на повторяющиеся циклы. Каждый из циклов начинается сигналом - разграничителем. Цикл включает n пронумерованных временных интервалов, именуемых ячейками. Интервалы предоставляются для загрузки в них блоков данных.
Множественный доступ с передачей полномочия (Token Passing Multiple Access (TPMA)) - это множественный доступ в моноканал либо циклическое кольцо при помощи полномочия.
Рисунок.2 7. Цикл движения полномочия
Сущность ТРМА заключается в том, что абонентские системы передают по логическому кольцу (пунктир на рисунке 2.7.) друг другу особый блок данных, называемый полномочием либо жезлом. Получив полномочие, система начинает процедуру доступа и может передать один либо несколько (по предварительному соглашению) блоков данных. Если системе, получившей полномочие, нечего передавать, то она немедленно направляет полномочие следующей по списку системе. Если система передает блоки данных, то полномочие направляется следующей системе после окончания этой передачи. В передаче полномочия участвуют не все абонентские системы локальной сети, а только те, которые являются активными (желают начать передачу либо прием данных). Метод ТРМА определен стандартами IEEE, для моноканала и циклического кольца.
Метод ТРМА характеризуется двумя важными особенностями:
он гарантирует определенное время доставки блоков данных абонентским системам,
он дает возможность предоставления различных приоритетов передачи данных.
Вместе с этим, метод имеет немаловажный недостаток. Здесь, всегда есть возможность потери полномочия либо появления в сети нескольких полномочий. В обоих случаях сеть прекращает свою работу. В этой связи в сети создаются централизованный либо распределенный комплекс средств, задачей которого является восстановление потерянного полномочия и уничтожение всех, кроме одного из полномочий. Это значительно усложняет структуру сети.
При использовании метода ТРМА включение в сеть новой абонентской системы и отключение из сети системы связано с изменением адресов всех систем.
Множественный доступ с контролем передачи и обнаружением столкновений (CSMA/CD) – это случайный метод множественного доступа в моноканал. Основан метод доступа на допущении состязаний абонентских систем за право вести передачу данных и организации выхода из этих состязаний.
Сущность метода заключается в том, что каждая абонентская система следит за тем, какие сигналы появляются в моноканале.
Если при прослушивании моноканала выяснится, что ни одна из систем не передает данные, только в этом случае система A может начать передачу блока данных. Если же по моноканалу уже идет передача данных, то система A ожидает ее окончания. Система A, начав передачу, контролирует, не началась ли одновременно передача данных какой-либо другой системой. Если это произошло, то система A прекращает свою передачу и чуть позже (время задержания для каждой станции свое) начинает ее сначала. Если же выяснилось, что передачу осуществляет только система A, то она заканчивает передачу блока.
Рисунок 2.8 Алгоритм работы (CSMA/CD)
Данный метод характерен тем, что позволяет включать в локальную сеть новые абонентские системы и отключать из нее системы без изменения адресов и извещения остальных систем. Рассматриваемый метод достаточно прост и надежен. Однако он не гарантирует времени доставки блоков данных. Поэтому, в последние годы появилась его модификация. Она заключается в сочетании данного метода с методом временного уплотнения моноканала. При использовании модифицированного метода система A начинает передачу, как и обычно. Однако, как только обнаруживается, что передачу начали несколько систем, выделяются временные интервалы, по одному на систему, и столкновение ликвидируется. Данный метод используется в сетях Ethernet.
Множественный доступ с разделением частоты (Frequency Division Multiple Access (FDMA)) - это множественный доступ, основанный на использовании в канале группы полос частот, образующих логические каналы.
Рисунок 2.9. Схема выделения логических каналов
При использовании FDMA широкая полоса пропускания канала делится (см. рисунок 2.9.) на ряд узких полос, разделенных защитными полосами. В каждой узкой полосе создается логический канал. Размеры узких полос могут быть различными. Передаваемые по этим каналам сигналы накладываются на разные несущие и поэтому в частотной области не должны пересекаться. Вместе с этим, иногда, несмотря на наличие защитных полос, спектральные составляющие сигнала могут выходить за границы логического канала и вызывать шум в соседнем логическом канале.
Метод доступа FDMA относительно прост, но для его реализации необходимы передатчики и приемники, работающие на различных частотах.
Множественным доступом с разделением волны (WDMA)
Данные метод широко используется в оптических каналах. В нем разделение частоты осуществляется направлением в каждый из них лучей света с различными частотами. Благодаря этому пропускная способность физического канала увеличивается в несколько раз, и уже превысила 1 Тбит/с.