0 Technical University of Crete Νικόλαος Αγαδάκος Iωάννης Παπαμεντζελόπουλος Iανουάριος 2011 ΤΗΛ 412: Ανάλυση & Σχεδίαση Τηλεπικοινωνιακών Διατάξεων CSMA/CA in C8051 Telecom Labs - TUC

1 Technical University of Crete 1  CSMA/CD(Carrier Sense Multiple Access / Collision Detection) – Η Βασική Ιδέα  Υλοποίηση στον Microcontroller C8051  Αποτελέσματα & Απόδοση του αλγορίθμου  Προβλήματα υλοποίησης  Συμπεράσματα / to do Περιεχόμενα

2 Technical University of Crete 2 CSMA/CD – Βασική ιδέα  Υπάρχει πρόβλημα? - Ναι Αν όλοι οι κόμβοι εκπέμπουν στο ίδιο κανάλι υπάρχουν συγκρούσεις κατά την μετάδοση!

3 Technical University of Crete Carrier Sense Multiple Access  H μέθοδος που χρησιμοποιεί και το Ethernet για κοινή πρόσβαση πολλών κόμβων στο κοινό κανάλι επικοινωνίας.  Κάθε κόμβος που επιθυμεί να μεταδώσει κάποιο πακέτο πρώτα ακούει το κανάλι αν είναι ελεύθερο η όχι.  Ελεύθερο είναι το κανάλι αν δεν ληφθεί κάποιο σήμα με φέρον(carrier) στην συχνότητα επικοινωνίας των κόμβων.  Στο Ethernet δίκτυο γίνεται ανίχνευση της τιμής του ρεύματος στο καλώδιο.  Κάθε κόμβος που βρίσκει το κανάλι ελεύθερο μεταδίδει και εν συνεχεία ακούει το κανάλι.  Υπάρχει πιθανότητα σύγκρουσης? ΝΑΙΛΥΣΗ: Collision Detection

4 Technical University of Crete Collision Detection  ΑΝΙΧΝΕΥΣΗ –Ethernet: από την τιμή του ρεύματος στο καλώδιο. –Wireless: ACKs (Acknowledgements), επιβεβαιώσεις από τον κεντρικό σταθμό.  ΕΠΙΛΥΣΗ –Binary Exponential Back-off Algorithm (Αλγόριθμος Δυαδικής Υποχώρησης) Κάθε κόμβος που ανιχνεύει σύγκρουση του πακέτου του αναμένει για τυχαίο χρόνο επιλέγοντας έναν τυχαίο αριθμό. O χρόνος αναμονής είναι : Όπου k ο αριθμός των συγκρούσεων που έχουν γίνει. PROP = χρόνος μετάδοσης ενός πακέτου μέσα στο κανάλι. PROC = χρόνος επεξεργασίας πακέτου, θεωρητικά αμελητέος

5 Technical University of Crete 5  Κάθε πακέτο που αποστέλλεται περιέχει extra πληροφορία την οποία χρησιμοποιούμε για το Carrier Sense.  Sync word : βρίσκεται στην αρχή του κάθε πακέτου και λειτουργεί ως quality factor του πακέτου για τον παραλήπτη. Χρησιμοποιείται για να «ακούμε» το κανάλι.  Addressing: βρίσκεται πριν τα data κάθε πακέτου και περιέχει τις πληροφορίες αποστολέα-παραλήπτη κτλ. Πακέτα που δεν ανήκουν στον κόμβο απορρίπτονται.  Low Power mode: κάθε κόμβος μετά από καθορισμένες,συνεχείς και επιτυχείς μεταδώσεις «κοιμάται» για χαμηλότερη κατανάλωση. Υλοποίηση στον C8051 με cc2500-radio transceiver

6 Technical University of Crete Algorithm CHECK CHANNEL FOR 2 SLOTS IF CLEAR yes TRANSMIT PACKAGE TX- MODE WAIT FOR ACK - RX MODE IDLE MODE FOR RAND TIME CONFIRMED PACKAGE no CHECK ACK Collision or lost ACK Wrong package MESSAGE FINISHED SLEEP MODE Received ACK yes not

7 Technical University of Crete Radio transceiver cc2500 Data rates: 250 Kbaud Filter Bandwidth : 540 KHz CRC enabled Sync word : 30/32 No Preamble Packet length variable with max 255

8 Technical University of Crete 8 Αποτελέσματα 1 message = 3 packages slot time = 0,1 sec

9 Technical University of Crete Node statistics with srand Idle times

10 Technical University of Crete 10 Technical University of Crete  Οι PROC(process) χρόνοι θεωρητικά είναι αμελητέοι μπροστά στην ταχύτητα μετάδοσης (PROP=απόσταση/ transfer_rate) μέσα από το κανάλι.  Μετρήθηκε ο χρόνος αλλαγής από RX σε ΤΧ για την εκτέλεση του ενδεικτικού κώδικα κατά αντιστοιχία στα 200μsec περίπου.  Carrier Sense : H αυτόματη ρύθμιση του ραδιοφώνου cc2500 για τον έλεγχο του καναλιού μέσω μόνο της κεραία του, δεν υλοποιήθηκε ακόμη.  Για την χρήση τυχαίων χρόνων στον back off Algorithm χρησιμοποιήθηκε η pseudorandom συνάρτηση rand και srand. Οι οποίες ευνοούν κάποιους κόμβους.  Η χρήση του RSSI (Receiver Signal Strength Indicator) δεν προτείνεται γιατί η τιμή του ανανεώνεται με αρκετά χαμηλή συχνότητα, 1,8 msec περίπου. Προβλήματα Υλοποίησης

11 Technical University of Crete To do  Fair random times: Υπάρχουν γενικότερα καλύτερες σχετικά γεννήτριες τυχαίων αριθμών από τις rand (μέτρησης θορύβου κτλ).  SLEEP Mode on demand: Ο Base Station αποστέλλει μήνυμα εντολής για SLEEP mode σε όσους κόμβους θεωρεί ότι έχουν ευνοηθεί από την rand() και γενικότερα για χαμηλότερη κατανάλωση.  Wake on with CS(Carrier Sense): Η κεραία του ραδιοφώνου μπορεί να ακούει το κανάλι ακόμη και σε SLEEP mode αν ενεργοποιηθεί το CS σωστά.  Strong Signal Paths: Μέσω του RSSI μπορεί να υπολογιστούν έξυπνα μονοπάτια αποστολής ενός πακέτου, διαλέγοντας τους καλύτερους κόμβους.