Δακτύλιοι με Σκυτάλη (Token Rings) Τα πακέτα κυκλοφορούν μέσα στον δακτύλιο προς την μία κατεύθυνση Ένας κόμβος μεταδίδει και οι μονάδες διεπαφής των άλλων κόμβων αναμεταδίδουν τα εισερχόμενα δεδομένα. Ένας κόμβος μπορεί να μεταδώσει όταν έχει μια «αδρανή σκυτάλη» (idle token) (π.χ. 01111110) Αν ένας κόμβος έχει την αδρανή σκυτάλη, τότε : ή δίνει την αδρανή σκυτάλη στον επόμενο κόμβο ή μετατρέπει την αδρανή σκυτάλη σε «απασχολημένη σκυτάλη» (busy token) (π.χ. 01111111) και ακολούθως μεταδίδει δεδομένα

2. Έκδοση της επόμενης σκυτάλης αμέσως μετά το τέλος της μετάδοσης Το πακέτο συνήθως αφαιρείται από το δακτύλιο από τον κόμβο που το έστειλε. Δύο μέθοδοι : 1. Μόλις ένας κόμβος τελειώσει τη μετάδοσή του, περιμένει μέχρι να του επιστραφεί το τελευταίο bit του πακέτου του και τότε ελευθερώνει τη σκυτάλη. πομπός Περίπτωση να υπάρχει μια σκυτάλη στο δακτύλιο Idle fill πακέτο Τ (απασχολημένη σκυτάλη) 2. Έκδοση της επόμενης σκυτάλης αμέσως μετά το τέλος της μετάδοσης πομπός Περίπτωση να υπάρχουν πολλές σκυτάλες στο δακτύλιο ελεύθερη σκυτάλη Idle fill πακέτο του Α (απασχολημένη σκυτάλη) Σημείωση : Στους δακτύλιους με σκυτάλη πρέπει να χρησιμοποιείται bit stuffing

α = % επιπλέον bits για σκυτάλες και bit stuffing Άλλα ζητήματα : α) Η σκυτάλη μπορεί να χαθεί (ή να δημιουργηθεί κατά λάθος) εξαιτίας σφαλμάτων β) Αν ο κόμβος «πέσει», δε μπορεί να προωθήσει δεδομένα (στην περίπτωση αυτή χρησιμοποιείται bypass σύνδεση) α = % επιπλέον bits για σκυτάλες και bit stuffing Ανάλυση καθυστέρησης : m κόμβοι, ο καθένας με ρυθμό Poisson λ/m (exhaustive service) V = χρόνος μετάδοσης της σκυτάλης Fairness: μπορεί ένας κόμβος να κρατάει το token για μεγάλο χρονικό διάστημα? Λύση: maximum token holding time

Ο αλγόριθμος σε κάθε κόμβο: Data Διάφορα standards: IEEE 802.5 Token Ring (4Mbps or 10Mbps). Μάλλον ξεπερασμένο. Κυρίως σε τράπεζες. FDDI (Fiber Distributed Data Interface). Οπτική τεχνολογία Στα 100Mbps των 80’s και 90’s για οπτικά ΜΑΝ. Θα το δούμε σε λίγο

Δίαυλος με Σκυτάλη (Token Bus) Ένας δίαυλος με σκυτάλη είναι παρόμοιος με έναν δακτύλιο με σκυτάλη (token ring) Στο token ring, όταν ένας κόμβος σταματήσει την εκπομπή, στέλνει μια αδρανή σκυτάλη (idle token) στον επόμενο κόμβο Στο token bus, ο επόμενος κόμβος ορίζεται αυθαίρετα. Eπομένως πρέπει η σκυτάλη να περιέχει μια διεύθυνση. Έτσι, κερδίζουμε σε ευελιξία εις βάρος της απόδοσης. Θέματα: α) Η απόδοση είναι χαμηλότερη από ότι στο token ring εξαιτίας της μεγαλύτερης καθυστέρησης μετάδοσης και της μεγαλύτερης καθυστέρησης διάδοσης β) Χρειαζόμαστε ένα πρωτόκολλο ώστε να μπαίνουν και να βγαίνουν οι κόμβοι από το δίκτυο Standard: IEEE 802.4 Token bus, coaxial cable, 10Mbps, χρησιμοποιείται σπάνια πλέον

Polling συστήματα Ένα σύστημα ερωταπαντήσεων (polling system) έχει ομοιότητες με ένα δίαυλο με σκυτάλη. Αντί ο κάθε κόμβος να στέλνει τη σκυτάλη στον επόμενο κόμβο, ειδοποιεί τον κόμβο-αρχηγό (primary node) ότι έχει τελειώσει τη μετάδοση και τότε ο κόμβος-αρχηγός ενημερώνει τον επόμενο κόμβο. Αυτό συμβαίνει π.χ. στο HDLC πρωτόκολλο όταν δουλεύει στο NRM mode. Από τη φύση του ένα τέτοιο σύστημα είναι half-duplex. Όλη η κίνηση περνάει από τον primary node. Δουλεύει εδώ και 30 χρόνια

Implicit Tokens (CSMA/CA) Οι αδρανείς σκυτάλες σε ένα δίαυλο μπορούν να αντικατασταθούν από “ησυχία”. Ο επόμενος κόμβος ξεκινά τη μετάδοση αφού “ακούσει” ότι ο δίαυλος είναι σε κατάσταση ησυχίας (silent). Αν ο επόμενος κόμβος δεν έχει πακέτα, διαδοχικοί κόμβοι ξεκινούν μετά από διαδοχικά μεγαλύτερα διαστήματα ησυχίας (“έμμεση σκυτάλη”) Aν η καθυστέρηση διάδοσης στο bus είναι πολύ μικρότερη από τον χρόνο μετάδοσης του token, μειώνεται η καθυστέρηση Το πρωτόκολλο λέγεται CSMA/CA (Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance) και χρησιμoποιείται σε ασύρματα LANs (IEEE 802.11)

Αυτό είναι άδικο για τους downstream κόμβους. Παράδειγμα: Οι δίαυλοι μονής κατεύθυνσης στο Expressnet (συνήθως οπτικές ίνες) (Expressnet Unidirectional Buses) Διάδοση του τέλους του πακέτου από τον κόμβο 1 και προς τα κάτω στο δίαυλο Σε δίαυλους μονής κατεύθυνσης, ο συνδυασμός implicit tokens, ανίχνευσης φέροντος και διάταξης των κόμβων (για την επίλυση των συγκρούσεων) δίνει ένα πολύ ενδιαφέρον σύστημα. Οι επόμενοι προς τα κάτω (downstream) κόμβοι “ακούνε” τη σύγκρουση και σταματάνε τη μετάδοση. Κάθε κόμβος με δεδομένα μεταδίδει όταν ανιχνεύει “ησυχία” στο δίαυλο. Ακολούθως υποχωρεί προ του επομένου προς τα πάνω (upstream) κόμβου για την ανίχνευση του φέροντος. Αυτό είναι άδικο για τους downstream κόμβους.

Λογαριθμική Αναζήτηση Σε συνθήκες μικρού φόρτου, είναι χρονοβόρα τα polling συστήματα (ή το να μεταδίδεις σκυτάλες ή το να χρησιμοποιείς TDM για να κάνεις μια κράτηση). Είναι προτιμότερο να πραγματοποιείς μια λογαριθμική αναζήτηση. Κόμβοι Έξοδος 000 001 010 011 100 101 110 111 y   1 c σχισμή 1 σχισμή 2 σχισμή 3 σχισμή 4 Οι κόμβοι είναι αριθμημένοι δυαδικά. Στην πρώτη σχισμή, όλοι οι κόμβοι με πακέτο στέλνουν mini-πακέτο. Αν η έξοδος είναι c (collision), τότε όλοι οι κόμβοι των οποίων το πιο σημαντικό ψηφίο είναι 0 και οι οποίοι έχουν ένα πακέτο στέλνουν mini-πακέτο, κλπ Η στρατηγική λογαριθμικής αναζήτησης βρίσκει το μικρότερα αριθμημένο κόμβο με πακέτο σε –το πολύ- [logM]+1 βήματα. Αυτό είναι προτιμότερο από ένα συνηθισμένο polling σύστημα για μικρό φόρτο, αλλά χειρότερο για μεγάλο φόρτο. Υπάρχει και πρόβλημα δικαιοσύνης (λύση: άλλαζε τις δυαδικές ταυτότητες των κόμβων στο τέλος κάθε κύκλου)

Δίκτυα μετάδοσης ραδιο-πακέτων (Packet Radio Networks) Λέγονται επίσης mobile ad hoc networks (MANET ). Σχηματίζονται από ασύρματους χρήστες (που συνήθως είναι κινητοί), χωρίς (απαραίτητα) την χρήση υπάρχουσας υποδομής. Τα μονοπάτια μεταξύ κόμβων μπορεί να περιλαμβάνουν πολλαπλές μεταδόσεις (multihop networks) Μπορεί ο i να ακούει το j ενώ o j δεν ακούει τον i:

Collision free set (σύνολο ελεύθερο από συγκρούσεις) : σύνολο συνδέσμων που μπορούν να μεταφέρουν πακέτα ταυτόχρονα, χωρίς συγκρούσεις στους δέκτες στις άκρες των συνδέσμων. Μπορούμε να διατάξουμε τους συνδέσμους του δικτύου ώστε να αναπαριστούμε το κάθε collision-free set με ένα διάνυσμα 0 και 1, που ονομάζεται collision-free vector (CFV), όπου το l-οστό στοιχείο του είναι ίσο με 1 όταν και μόνο όταν ο l-οστός σύνδεσμος ανήκει στο αντίστοιχο collision-free set .

Πολυπλεξία με διαίρεση χρόνου (TDM) για δίκτυα μετάδοσης ραδιο-πακέτων CFVs . L= ο αριθμός των συνδέσμων Δίνουμε μια σχισμή σε κάθε σύνολο ελεύθερο από συγκρούσεις διάνυσμα που δίνει το κλάσμα του χρόνου χρήσης κάθε συνδέσμου παράγοντας χρησιμοποίησης (utilization vector) Γενικότερα : Έστω αj το ποσοστό του χρόνου όπου χρησιμοποιείται το j-στο σύνολο ελεύθερο από συγκρούσεις διάνυσμα που δίνει το ποσοστό του χρόνου χρήσης κάθε συνδέσμου Δεδομένου βρες αj τέτοια ώστε Τα ελεύθερα από συγκρούσεις σύνολα αλλάζουν (ακόμα και για ένα στατικό δίκτυο, το πρόβλημα είναι NP-complete)

Σχήματα Διευθέτησης Συγκρούσεων για ραδιο-πακέτα Παράδειγμα : Aloha με σχισμές Το πρόβλημα είναι το αναξιόπιστo feedback παρ. 1 : σύγκρουση στον 2 (αλλά ο 1 δεν το ξέρει) παρ. 2 : και οι 2 μεταδόσεις είναι επιτυχείς αλλά υπάρχει μια σύγκρουση στον 2 ο οποίος δεν ξέρει αν η μετάδοση προοριζόταν γι’ αυτόν Λύση : Αποστολή ρητών αναφορών παράδοσης (explicit ACKs) Οι splitting αλγόριθμοι είναι πολύ δύσκολο ή αδύνατον να εφαρμοστούν εξαιτίας του αναξιόπιστου feedback. To stabilization του Aloha είναι επίσης ένα θέμα που πρέπει να Αντιμετωπισθεί.

Aνάλυση ενός PRnet που χρησιμοποιεί Slotted Aloha Δεδομένων των attempt rates qij μπορούμε να βρούμε τα link throughputs fij. Ακόμα πιο χρήσιμα, δεδομένων των επιθυμητών link throughputs fij, μπορούμε μέσω ενός επαναληπτικού αλγορίθμου να βρούμε τα attempt rates qij με τα οποία πρέπει ο κόμβος i να προσπαθεί να στείλει στον κόμβο j.

Ανίχνευση Φέροντος και Ήχοι Κατειλημμένης Γραμμής για Δίκτυα μετάδοσης ραδιο-πακέτων Η ανίχνευση φέροντος δε λειτουργεί πάντα : Ο κόμβος i μεταδίδει στον j. Ο k ανιχνεύει το κανάλι αδρανές και μεταδίδει. Αποτέλεσμα : σύγκρουση Το πρόβλημα του “κρυμμένου τερματικού” Ήχοι κατειλημμένης γραμμής (busy tone) : ο κόμβος που λαμβάνει δεδομένα, μεταδίδει σε μια άλλη συχνότητα έναν ήχο κατηλειμένης γραμμής. Οι άλλοι κόμβοι “ακούν” αυτό το σήμα και δε μεταδίδουν. Ήχος κατειλημμένης γραμμής Άλλο ζήτημα : επιλογή της ακτίνας μετάδοσης προορισμός Πηγή Αν χρησιμοποιείται μια μεγάλη ακτίνα μετάδοσης, απαιτούνται λιγότεροι ενδιάμεσοι σταθμοί για να φτάσει το πακέτο στον προορισμό, αλλά από την άλλη έτσι προκαλούνται περισσότερες παρεμβολές στους άλλους χρήστες.

Δίκτυο Δημοσίας Τηλεφωνίας Κυψελική Τηλεφωνία σταθμός βάσης (base station) κινητός σταθμός (mobile station) MSC : Κέντρο κινητών μεταγωγών(mobile switching center) Μια γεωγραφική περιοχή χωρίζεται σε εξαγωνικές κυψέλες, που η κάθε μια έχει ένα σταθμό βάσης Δίκτυο Δημοσίας Τηλεφωνίας Φροντίζει για τη δρομολόγηση & την ενημέρωση πληροφοριών περιοχής, ασφάλεια, χρέωση κλπ Οι κυψέλες που είναι κοντά η μια στην άλλη δε μπορούν να χρησιμοποιήσουν τις ίδιες συχνότητες λόγω πιθανής παρεμβολής η μια στην άλλη.

Σε κάθε κυψέλη αντιστοιχεί μια μπάντα συχνοτήτων (κάθε μπάντα μπορεί να εξυπηρετήσει έναν αριθμό κινητών). Μόνο κυψέλες που είναι σε απόσταση ίση με το reuse distance και πάνω (3 στην περίπτωση του σχήματος) μπορούν να χρησιμοποιούν την ίδια μπάντα. Πλεονέκτημα: Μια συχνότητα μπορεί να ξαναχρησιμοποιηθεί (χωρίς μεγάλες παρεμβολές από άλλες κυψέλες) Μειονεκτήματα: α) Όταν τα κινητά διασχίζουν τα σύνορα μεταξύ κυψελών, θα πρέπει να τους δοθεί νέα συχνότητα (hand over) β) Αν η κατανομή των κινητών μέσα στις κυψέλες δεν είναι ισορροπημένη τότε έχουμε μη αποδοτική χρήση των συχνοτήτων (επομένως μπορούμε να έχουμε καλύτερα αποτελέσματα με δυναμική ανάθεση συχνοτήτων στις κυψέλες, απ’ ό,τι με στατική ανάθεση)

Ενημερώσεις Τοποθεσίας & Δρομολόγηση Κλήσεων (Location Updates & Call Routing) Το κινητό καταχωρείται σε ένα συγκεκριμένο home MSC Όταν τα κινητά μετακινούνται σε άλλες περιοχές, ενημερώνεται ο καταχωρητής στο home MSC που τηρεί την παρούσα τοποθεσία του κινητού Στην περίπτωση κλήσης, καλείται το home MSC, διαβάζεται ο καταχωρητής τοποθεσίας και ακολούθως η κλήση προωθείται στο κατάλληλο visiting MSC και από εκεί στις “επισκεπτόμενες” BS (visiting base stations).