ПТСМС / Tema_8
.pdfТема 8. Скрытые и открытые терминалы. Ближние и дальние терминалы
Главный вопрос, возникающий при рассмотрении схем MAC для беспроводной связи, — можно ли в этих целях использовать схемы управления доступом к среде, разработанные для проводных сетей. В частности, можно ли использовать схему CSMA/CD так, как она описана в исходной спецификации для сетей IEEE 802.3 (Ethernet).
Рассмотрим схему множественного доступа к среде с обнаружением конфликтов и детектированием несущей (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection, CSMA/CD), работающей следующим образом.
Передатчик проверяет состояние среды (провода или коаксиального кабеля) с целью определения, является ли она свободной. Если среда занята, передатчик ожидает, пока она освободится. Если среда свободна, передатчик начинает передавать данные, продолжая следить за ее состоянием. При обнаружении конфликта при передаче передатчик останавливается и посылает сигнал о наличии помехи.
Почему эта схема не срабатывает в беспроводных сетях? По сути, в схеме CSMA/CD целью является избежать возникновения конфликтов не в передатчике, а в приемнике, т.е. сигнал должен достичь приемника без конфликтов. Однако, задача выявления возникающих конфликтов возлагается на передатчик. При использовании проводов это не является проблемой, так как интенсивность сигнала примерно одинакова по всему проводу. Если в каком-то месте провода возникает конфликт, он легко наблюдается всеми передатчиками и приемниками.
В беспроводных сетях ситуация совершенно иная. В беспроводных сетях интенсивность сигнала убывает пропорционально квадрату расстояния до передатчика. Передатчик при проверке наличия несущей может определить, что среда свободна и, соответственно, начать передачу данных. Но в приемнике может возникнуть конфликт из-за близкого соседства другого передатчика. Это проблема скрытых терминалов. То же самое может происходить и при детектировании возникновения конфликтов. Передатчик не обнаруживаетконфликтовиполагает, чтопередачаданныхпрошлабезних. На самом же деле наличие конфликтов могло вызвать разрушение данных при приеме. Таким образом, эта очень популярная схема MAC совершенно непригоднадлябеспроводнойсвязи.
Скрытые и открытые терминалы
Рассмотрим схему из трех станций, показанную на рис. 8.1. Зона передачи станции А достигает станцию В, но не достигает станции С (а значит, станция С не попадает и в зону детектирования). Зона передачи станции С достигает станции В, но не достигает станции А. Наконец,
станции А и С попадают в зону передачи станции В, но станция А не может обнаружить сигнал станции С и наоборот.
Рис. 8.1. Скрытые и открытые терминалы
Начинается передача данных со станции А на станцию В. Станция С не принимает эту передачу. Допустим, что ему тоже необходимо передать данные на станцию В, поэтому станция С определяет состояние среды. Несущая частота не детектируется, и среда выглядит свободной. В результате станция С также начинает передачу, что вызывает конфликт в станции В. Но станция А не может обнаружить этот конфликт и продолжает свою передачу. Станция А является скрытым для станции С и наоборот.
В то время как скрытые терминалы вызывают конфликты, эффект, описанный ниже, приводит лишь к ненужным задержкам. Рассмотрим ситуацию, когда станция В посылает данные на станцию А, а станции С необходимо передать данные на другую станцию, находящуюся вне зон помех станций А и В. Станция С определяет наличие несущей частоты и приходит к заключению, что среда занята. В результате передача откладывается. Однако, поскольку станция А находится вне зоны помех станции С, такое ожидание в действительности излишне. "Конфликт" в станции В не имеет значения, а сигнал не достигнет станции А. В этой ситуации станция С является открытой для станции В.
Ближниеидальниетерминалы
Рассмотрим ситуацию, изображенную на рис. 8.2. Пусть станции А и В передают данные с одинаковой мощностью передачи. Поскольку интенсивность сигнала убывает пропорционально квадрату расстояния, сигнал станции В заглушает сигнал станции А. В результате станция С не может принять сигнал станции А.
Допустим, что станция С распределяет права на проведение передачи. Но в рассматриваемом случае станция В заглушает станцию А на физическом уровне. В результате станция С не может корректно применить схему управления, поскольку принимает только сигнал станции В.
Рис. 8.2. Ближние и дальние терминалы
Эффект приближенности/удаленности является серьезной проблемой в беспроводных сетях, использующих схему CDM. Необходимо, чтобы все принимаемые сигналы имели примерно одинаковую интенсивность. Если вернуться к примеру разговоров на вечеринке из темы 4, человек, находящийся ближе к кому-то, всегда кажется ему говорящим громче, чем человек, находящийся дальше от него. В результате, даже когда передатчики разделены кодами, самый близкий из них может просто заглушить всех остальных. Поэтому для достижения примерно одинаковой интенсивности принимаемого сигнала от всех передатчиков необходим строгий контроль мощности их передачи.