Телекомунікаційні системи та мережі. Том 1. Структура й основні функції.  /  Зміст  /  Розділ 6. Методи доступу   /  Тема 6.2. Методи вирішення конфліктів в алгоритмах доступу

Зміст:

6.2.1. Опис алгоритмів Алоха

Центральною проблемою в задачах доступу за вимогою є вибір методу розв’язання конфліктних ситуацій. Доступ за вимогою, який реалізується децентралізовано, має переваги порівняно з централізованими методами, є більш оперативним, оскільки не пов’язаний з очікуванням дозволу центру, більш гнучким, оскільки розрахований на значно більшу кількість ситуацій і більш раціональним і економічним. В основі більшості алгоритмів доступу за вимогою використовується протокол Алоха (ALOHA), який був розроблений у 1971 р. Гавайським університетом для зв’язку в межах кампусної системи.

Під час використання загального ресурсу декількома користувачами виникають конфліктні ситуації, що призводить до зривів зв’язку. Випадковість часу подачі заявки різними користувачами призводить до виникнення накладок, взаємних завад. Такі конфлікти виникають тоді, коли немає можливості забезпечити ортогоналізацію за методом (6.1.1) або (6.1.2), наприклад у локальних мережах з загальною шиною. Конфліктні ситуації розв’язують багатьма методами. Одним із найпоширеніших є так званий метод «Алоха».

Сутність методу полягає в такому. Кожен з користувачів намагається передати свої сигнали й очікує отримати від свого адресата підтвердження (acknowledgment — АСК) про прийом. Одночасно з цим може виникнути потреба в іншого користувача в передачі сигналів своєму адресату, що призводить до конфлікту і появи похибок. У результаті користувачі отримають негативне підтвердження (negative acknowledgment — NAK).

При виявленні конфлікту абоненти повторно подають заявки, розподіляючи їх випадковим чином у певному інтервалі часу. Для зменшення моментів часу, коли таке зіткнення між сигналами користувачів відбувається, запропоновано технологію доступу лише в певні, дозволені моменти. Така синхронізація подачі заявок спрощує розв’язання конфліктів, а сама технологія називається «Синхронна Алоха» (S-Алоха) на відміну від вище розглянутої простої, яка має назву «Чиста Алоха».

Існує низка модифікацій цих протоколів доступу, один з яких найлегше реалізувати, заснований на використанні чистої Алохи з контролем сигналів інших абонентів. До таких модифікацій слід віднести систему контролю зайнятості мережного середовища. Для цього використовують генерацію пілот-сигналу або носійної частоти, яку випромінює абонент, що намагається передати інформацію. Інші користувачі, що контролюють мережне середовище, відзначають наявність цієї носійної частоти й очікують моменту, коли це середовище звільниться. Така стратегія мінімізує можливість конфлікту. Цей протокол має назву: множинний доступ з контролем носійної частоти і виявленням колізій (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection — CSMA/CD).

Проте і в цьому разі конфлікт також можливий, оскільки можлива ситуація, коли користувачі подають заявку одночасно. В цьому разі обидва одержать відмову у вигляді сигналу NAK. Далі відбудеться повторна спроба доступу. При цьому повтор можливий через часовий інтервал, величина якого у кожного користувача різна і випадкова, що зменшує ймовірність повторного конфлікту. Цей протокол називається множинний доступ з контролем носійної частоти і запобіганням колізій — CSMA/CA (Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance).

Рис. 6.2.1. Циклограма передачі інформаційних абонентських кадрів при випадковому доступі з перевіркою носійної

На рис. 6.2.1 показано процес доступу в мережу трьох абонентів. Перший абонент, контролюючи канал передачі, у момент t1 прийняв рішення, що середовище вільне, тому він передає свій кадр. Абонент 2 намагається передати свій кадр, але виявив, що середовище зайняте. Тому він вимушений чекати звільнення ресурсу. Після того як перший абонент закінчив передачу, всі користувачі не в змозі відразу почати передачу. Вони повинні витримати технологічну паузу τn. Ця пауза необхідна для запобігання одноосібному захопленню ресурсу середовища одним абонентом. Після закінчення цієї паузи всі абоненти мають право почати передачу своїх кадрів. Через затримку при поширенні сигналу τ = 2tp в каналі не всі абоненти можуть одночасно визначити факт закінчення передачі першим користувачем. З урахуванням цього, за умов часу поширення tp встановлюється технологічна пауза τn. Абонент 2 після закінчення технологічної паузи τn почав передачу свого кадру. При одночасній передачі кадрів абонентами 1 і 3 в момент t2 виник конфлікт. При виявленні цього факту всі абоненти зобов’язані припинити передачу і зробити паузу в перебігу інтервалу, відведеного для розв’язання конфлікту. Після випадкової паузи абонент 1 почав передачу свого кадру.

Синхронна Алоха (S-ALOHA) відрізняється тим, що всім абонентам мережі передаються синхросигнали, а станції абонентів мають починати свої передачі лише в виділені синхронні моменти часу. Розмір пакета, який передається, є фіксованим і не може перевищувати інтервал між сусідніми синхроімпульсами. Ці доповнення забезпечують можливість удвічі зменшити кількість конфліктних ситуацій. Таке зменшення пояснюється тим, що в конфлікті беруть участь лише ті сигнали, які передаються впродовж одного часового інтервалу. Така технологія належить до класу множинного доступу з контролем носійної частоти з виявленням колізій (CSMA/CD).