Множественный доступ с предотвращением конфликтов для беспроводной сети ( MACAW ) [1] - это протокол управления доступом к среде (MAC) с выделением временных интервалов, широко используемый в одноранговых сетях . [2] Кроме того, он является основой многих других протоколов MAC , используемых в беспроводных сенсорных сетях (WSN). [2] Механизм IEEE 802.11 RTS / CTS заимствован из этого протокола. [3] [4] Он использует последовательность кадров RTS-CTS-DS-DATA-ACK для передачи данных, иногда с предшествующей последовательностью кадров RTS-RRTS , чтобы обеспечить решение проблемы скрытого узла.. [1] Хотя протоколы, основанные на MACAW, такие как S-MAC , используют контроль несущей в дополнение к механизму RTS / CTS, MACAW не использует контроль несущей. [1]
Принцип работы
Предположим, что у узла A есть данные для передачи на узел B. Узел A инициирует процесс, отправляя кадр запроса на отправку (RTS) узлу B. Узел назначения (узел B) отвечает кадром Clear To Send (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 с использованием механизма 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 проблемы скрытого терминала ), плюс случайное время. Оба кадра 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:
- Кадр «Запрос на отправку» (RTS) от A до B
- Кадр «Clear To Send» (CTS) от B до A
- Кадр «Отправка данных» (DS) от A до B
- Фрейм фрагмента DATA от A до B, и
- Кадр подтверждения (ACK) от B до A.
MACAW является непостоянными прорезями протокола, а это означает , что после того, как среда была занята, например , после того, как сообщение 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 доступа 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 межканальных помех на 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, продолжает отступать (используя алгоритм экспоненциального отката ).
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:
- Кадр «Запрос на отправку» (RTS) от D до C
- Кадр «Запрос на отправку» (RRTS) от C до D (после небольшой задержки)
- Кадр «Запрос на отправку» (RTS) от D до C
- Кадр «Clear To Send» (CTS) от C до D
- Кадр «Отправка данных» (DS) от D до C
- Кадр фрагмента DATA от D до C,
- 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 упорядочивания, где каждый узел в беспроводной сети поддерживает счетчик, который ограничивает количество попыток меньше или равным порядковому номеру. или используйте состояния беспроводного канала для управления вероятностями доступа, чтобы узел с хорошим состоянием канала имел более высокую вероятность успеха в состязании. [5] Это уменьшает количество столкновений.
Нерешенные проблемы
MACAW обычно не решает выявленную проблему с терминалом . 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 подвергается воздействию внутриканальных помех . Узел G предполагает, что его RTS не был успешным из-за коллизии, 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 данных к нему, пока G не передаст RTS между передачами от A.
Более того, MACAW может не работать нормально при многоадресной передаче .
Смотрите также
Рекомендации
- ^ Б с д е е г ч Vaduvur Bharghavan; 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 . Проверено 18 января 2007 . Цитировать журнал требует
|journal=
( помощь ) - ^ а б Вэй Е; и другие. (2002-06-01). «Энергоэффективный протокол MAC для беспроводных сенсорных сетей» (PDF) . ИНФОКОМ 2002. Архивировано из оригинального (PDF) 04.11.2006 . Проверено 26 ноября 2006 . Цитировать журнал требует
|journal=
( помощь ) - ^ Вэй Е; и другие. (2004-06-01). «Управление доступом к среде с координированным адаптивным режимом сна для беспроводных сенсорных сетей» (PDF) . IEEE / ACM Transactions on Networking, Vol. 12, № 3, стр. 493-506, июнь 2004. Архивировано из оригинала (PDF) на 2006-12-09 . Проверено 27 декабря 2006 . Цитировать журнал требует
|journal=
( помощь ) - ^ Карл, Хольгер (2005). Протоколы и архитектуры для беспроводных сенсорных сетей . Вайли. п. 117 . ISBN 0-470-09510-5.
- ^ а б Гуован Мяо ; Гоцун Сон (2014). Дизайн беспроводной сети с эффективным использованием энергии и спектра . Издательство Кембриджского университета . ISBN 1107039886.
- ^ П. Венката Кришна, Судип Мисра , Моххамед С. Обайдат и В. Сарита, «Виртуальный алгоритм отсрочки передачи: усовершенствование управления доступом к среде 802.11 для повышения производительности беспроводных сетей» в IEEE Trans. по автомобильной технике (СУДС), 2010 г.
- ^ Судип Мисра, П. Венката Кришна и Киран Иссак Абрахам, «Решение обучающих автоматов для доступа к среде с резервированием канала в беспроводных сетях», принятое в беспроводной персональной связи (WPS), Springer
- ^ 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.
- ^ П. Венката Кришна и Н.Ч. Сниенгар, «Техника секвенирования - усовершенствование управления доступом к среде 802.11 для повышения производительности беспроводных сетей», Int. J. Сети связи и распределенные системы, Том 1, № 1, стр 52-70, 2008 г.