ΠΡΩΤΟΚΟΛΛΑ ΠΟΛΛΑΠΛΗΣ ΠΡΟΣΠΕΛΑΣΗΣ (Multiple Access Protocols) Τύποι καναλιών Το πρόβλημα του ελέγχου μέσης προσπέλασης (Medium Access Problem) Στατική Κατανομή Χωρητικότητας Στατιστική Πολύπλεξη (Statistical Multiplexing) Κανάλια Πολλαπλής Προσπέλασης(Multi-access Channels): χαρακτηριστικά και υποθέσεις Πρωτόκολλα Τυχαίας Προσπέλασης(Random Access Protocols) καθαρό ALOHA (Pure aloha) Τεμαχισμένο ALOHA (Slotted ALOHA) Πολλαπλή Προσπέλαση Ανίχνευσης Φέροντος (Carrier Sense Multiple Access)

Κανάλια εκπομπής (Broadcast channels) (τουλάχιστον) ένας μεταδίδει και (πιθανώς) πολλοί λαμβάνουν (ταυτόχρονα) Κανάλια πολλαπλής προσπέλασης (Multi-access channels) Πολλοί μεταδότες χρησιμοποιούν το (μονό) κανάλι για να επικοινωνήσουν με (τουλάχιστον) ένα παραλήπτη (όχι απαραίτητα ταυτόχρονα) Πιθανότατα επικοινωνούν ανά μεταξύ τους Παράδειγμα:κινητό τηλέφωνο και ένας σταθμός βάσης Κινητό βάση (στην εγκατάσταση σύνδεσης):κανάλια πολλαπλής προσπέλασης (αλλά ουσιαστικά δεν μεταδίδουν—μόνο ο σταθμός βάσης μπορεί να λάβει) Βάση κινητό (π.χ. Κατά την σελιδοποίηση): μεταδίδει αλλά όχι μέσω καναλιού πολλαπλής προσπέλασης και μόνο η βάση μπορεί να μεταδώσει Τύποι Καναλιών

Το πρόβλημα του ελέγχου μέσης προσπέλασης (Medium Access Problem) Πώς να χρησιμοποιήσουμε αποδοτικά ένα (τυπικά εκπομπής) κανάλι πολλαπλής προσπέλασης Πώς πολλοί μεταδότες μπορούν να συντονίσουν τις ενέργειές τους χωρίς άμεση επικοινωνία, χρησιμοποιώντας μόνο το μονό κανάλι για την επικοινωνίας

Καθιερωμένες εφαρμογές των MAC τεχνικών Κανάλια (πολλαπλής προσπέλασης) εκπομπής LAN χαρακτηριστικά διάμετρος γύρω στο 1 χμ ή μίλι ρυθμός δεδομένων > 1 Mb/s ιδιοκτησία ενός οργανισμού (τυπικώς) ΜΑΝ χαρακτηριστικά διάμετρος γύρω στα 100 χμ ρυθμός δεδομένων > 100 Mb/s δημόσιο δίκτυο WAN To ΜΑC σχετικά με τα δορυφορικά δίκτυα

Στατική Κατανομή Καναλιού Ν χρήστες με Poisson κίνηση με μέσο ρυθμό λ (pkt/s) Εκθετικό μέγεθος πακέτου με μέσο 1/μ (b) Στατικό FDMA/TDMA: Ν ανεξάρτητα κανάλια/χρονοθυρίδες με χωρητικότητα C (b/s) Μέση καθυστέρηση πακέτου (ουράς + μετάδοσης) T=1 / (μC-λ) Λειτουργεί αποδοτικά για γνωστό μέγιστο αριθμό χρηστών με σταθερή κίνηση (π.χ., τηλεφωνία) Δε λειτουργεί αποδοτικά για διαρκώς μεταβαλλόμενη κίνηση μεταβλητού αριθμού χρηστών (π.χ., μετάδοση δεδομένων σε WLANs)

Κανάλια Πολλαπλής Προσπέλασης Ν ανεξάρτητοι σταθμοί Υποθέτουμε ότι υπάρχει πεπερασμένος ή άπειρος πληθυσμός Αφίξεις Poisson (τυπικώς) Σταθερό μέγεθος πακέτων Μονό κανάλι Πιθανές Συγκρούσεις Χρονικές υποθέσεις Τεμαχισμένος /ασυνεχής χρόνος/συγχρονισμένη λειτουργία Μη- Τεμαχισμένος/συνεχής χρόνος/ασύγχρονη λειτουργία

Κανάλια Πολλαπλής Προσπέλασης (συνέχεια) Ανάδραση (feedback=είναι η τεχνική επιστροφής στην είσοδο τμήματος του σήματος εξόδου επινόησης ή κυκλώματος για την μείωση του θορύβου,της παραμόρφωσης, για την αύξηση της ζώνης συχνοτήτων): επιτυχία,αδράνεια,σύγκρουση Ανίχνευση φέροντος (carrier sensing) Ανίχνευση σύγκρουσης (collision detection) Όχι τυποποιημένες υποθέσεις Σύλληψη : ένα από τα πολλά πακέτα Τx λαμβάνονται σωστά ταυτόχρονα Λάθη καναλιού : ένα πακέτο Τx, κανένα πακέτο σωστά Rx

Πρωτόκολλα Τυχαίας Προσπέλασης (Random Access Protocols) Σκοπός : για συνεχόμενη ολική κίνηση Η καθυστέρηση του πακέτου είναι ανεξάρτητη από το μέγεθος του πληθυσμού Αντίθετα με την στατική κατανομή χωρητικότητας η καθυστέρηση αυξάνεται γραμμικά με το μέγεθος του πληθυσμού Είναι σημαντικό για την επικοινωνία υπολογιστών με μεγάλη κίνηση

ΑLOHA (Καθαρό) Συνεχής χρόνος, μετάδοση οποιαδήποτε χρονική στιγμή Δεν υπάρχει συγχρονισμός και ο κάθε κόμβος ξεκινά τη μετάδοση αμέσως μόλις δεχτεί το πακέτο (άφιξη πακέτου) Εάν υπάρξει σύγκρουση το πακέτο επαναμεταδίδεται μετά από τυχαίο χρονικό διάστημα

Ανάλυση Υποθέτουμε σταθερό μέγεθος πακέτου=μονάδα χρόνου t Τυχαίες αφίξεις πακέτων (Poisson Arrivals) G : μέσος αριθμός αφίξεων=φόρτος καναλιού Ευαίσθητη περίοδος=2 μονάδες χρόνου Pr{k αφίξεις σε χρόνο t} = G k e -G /k! Pr{επιτυχίας} = Pr{0 αφίξεις σε χρόνο 2t} = e -2G Ρυθμαπόδοση : S = G*Pr{eπιτυχούς μετάδοσης} = G*e -2G Μέγιστη Ρυθμαπόδοση (“ικανότητα”) =1/(2e)=0.184 για G=0,5

Τεμαχισμένο ALOHA (Slotted Aloha) Σταθερό μέγεθος πακέτων Xρόνος μετάδοσης πακέτου =1 μονάδα χρόνου=μέγεθος χρονοθυρίδας (slot) Κάθε πακέτο μεταδίδεται στην πρώτη χρονοθυρίδα μετά την άφιξη του Απαιτείται συγχρονισμός της μετάδοσης με την αρχή κάθε χρονοθυρίδας Σε περίπτωση σύγκρουσης η μετάδοση επαναλαμβάνεται μετά από τυχαίο αριθμό χρονοθυρίδων Ανάλυση Ευαίσθητη περίοδος=1 μονάδα χρόνου Pr{επιτυχίας} = e -G Ρυθμαπόδοση : S = G*e -G Μέγιστη Ρυθμαπόδοση (“ικανότητα”) =1/(e)=0.368 για G=1,0

Ασταθής συμπεριφορά : ένα πακέτο μπορεί να έχει υψηλή ή χαμηλή καθυστέρηση για την ίδια Ρυθμαπόδοση (S) Έχει σχετικά μικρή ρυθμαπόδοση (ικανότητα) =18% ή 36% ΑΛΛΑ Είναι πολύ απλό (μη-ελεγχόμενη έκδοση) Έχει χαμηλή καθυστέρηση για χαμηλή κίνηση Η καθυστέρηση είναι ανεξάρτητη από τον συνολικό πληθυσμό των κόμβων Κριτική του ALOHA

Ένας κόμβος μπορεί να ακούσει αν άλλοι κόμβοι μεταδίδουν ύστερα από ένα χρονικό διάστημα. Εφόσον οι κόμβοι μπορούν να αναγνωρίσουν ανεκμετάλλευτες περιόδους γρήγορα,μπορούν να ξεκινήσουν την μετάδοση των πακέτων αμέσως μετά την ανίχνευση αυτών των ανεκμετάλλευτων περιόδων Δεν αποφεύγονται όλες οι συγκρούσεις εξαιτίας της αργοπορημένης πληροφορίας (καθυστέρηση μετάδοσης σήματος) Πολλαπλή Προσπέλαση Ανίχνευσης Φέροντος (CSMA)

Μη-επίμονο (Non-persistent) CSMA Πακέτα που φθάνουν σε μια ανεκμετάλλευτη χρονοθυρίδα, μεταδίδονται στην επόμενη χρονοθυρίδα Εάν η χρονοθυρίδα άφιξης του πακέτου είναι απασχολημένη, ξανασχεδιάζουμε τη μετάδοση μετά από τυχαίο χρόνο (προσποιούμαστε ότι υπήρξε σύγκρουση) Καλή Ρυθμαπόδοση Καλό μοίρασμα της κίνησης στο χρόνο Η καθυστέρηση αυξάνεται εξαιτίας του μη-επίμονου CSMA ΠΡΩΤΟΚΟΛΛΑ (συνέχεια)

1-επίμονο (1-persistent) CSMA Εάν υπάρχει ανεκμετάλλευτη χρονοθυρίδα μεταδίδονται τα πακέτα στην επόμενη Εάν η χρονοθυρίδα είναι απασχολημένη περίμενε μέχρι να γίνει αδρανής και μετάδωσε στην επόμενη (Tx) Καλή καθυστέρηση σε χαμηλή κίνηση Όχι και τόσο καλή μέγιστη Ρυθμοαπόδοση Στο τέλος της τρέχουσας μετάδοσης μπορεί να συγκεντρωθεί μεγάλη κίνηση

CSMA ΠΡΩΤΟΚΟΛΛΑ (συνέχεια) P-επίμονο (p-persistent) CSMA Εφαρμόζεται σε κανάλια χρονοθυρίδων. Όταν ένας κόμβος επιθυμεί να εκπέμψει ένα πακέτο, ελέγχει αν η τρέχουσα θυρίδα είναι διαθέσιμη. Αν είναι, εκπέμπει στην επόμενη με πιθανότητα p, ενώ με πιθανότητα 1-p επαναλαμβάνει τη διαδικασία στην επόμενη χρονοθυρίδα Αν εν τω μεταξύ κάποιος άλλος μεταδώσει, λειτουργεί σα να συνέβει σύγκρουση (περιμένει τυχαίο αριθμό χρονοθυρίδων και ξαναπροσπαθεί)

Πολλαπλή Προσπέλαση Ανίχνευσης Φέροντος Mε Ανίχνευση Σύγκρουσης(CSMA/CD) l κάθε κόμβος μπορεί να ακούσει το καλώδιο πριν μεταδώσει και οι φυσικές ιδιότητες του καναλιού επιτρέπουν σε ένα κόμβο να ακούει το κανάλι ενώ μεταδίδει l δύσκολο να εφαρμοστεί σε ασύρματες μεταδόσεις l αμέσως μόλις ο κόμβος ανιχνεύσει την σύγκρουση: εγκαταλείπει τη μετάδοση περιμένει τυχαίο χρονικό διάστημα πριν ξαναπροσπαθήσει l Χρησιμοποιείται στο Ethernet