Абонентские сети доступа

Синхронная ALOHA

Синхронная ALOHA разделяет время передачи на временные отрезки (слоты), и каждая станция может начать передачу только в начале слота.

увеличить изображение
Рис. 1.5. Критическое время при использовании протокола "синхронная ALOHA"

Станция, пропустившая этот момент, должна ждать, пока не начнется следующий слот. Это означает, что станция, начавшая передачу в начале слота, закончит без конфликта свой кадр. Конечно, при этом все равно возможно состязание. Конфликт возникает, если две станции пытаются начать передачу в начале слота. Однако критическое время уменьшается в два раза. Это повышает пропускную способность общего ресурса передающей среды до 36,5%.

ALOHA с настойчивой стратегией

ALOHA с настойчивой стратегией (persistent strategy) доступа передает запросы, пока не будет получено подтверждение приема. При использовании такой стратегии длительность повторной передачи осуществляется согласно случайному закону (например, экспоненциальному вероятностному распределению). Если в течение установленного времени подтверждение не получено, то станция повторяет попытку через случайно выбранный интервал времени.

Настойчивая стратегия осуществляет слежение за состоянием передающей среды. Кадр посылается, если среда свободна.

Заметим, что существует ненастойчивая стратегия (nonpersistent strategy), при которой станция опрашивает передающую среду через случайные интервалы времени. После каждой неудачной попытки интервал опроса обычно удваивается, что существенно уменьшает вероятность возникновения конфликта, но приводит к увеличению задержки при передаче информации.

Настойчивая стратегия имеет две разновидности (алгоритма):

• настойчивый алгоритм с вероятностью передачи 1(1persistent algorithm) ;
• настойчивый алгоритм с вероятностью передачи p(ppersistent algorithm).

Настойчивый алгоритм с вероятностью передачи 1 (1persistent algorithm)

При таком алгоритме станция следит за состоянием передающей среды. Если среда занята, то станция переходит в режим ожидания и предпринимает попытку передачи, как только среда освободится. При возникновении конфликта станция прекращает сеанс связи и вновь начинает по случайному закону. Согласно этому алгоритму, если среда свободна, то сеанс связи начинается с вероятностью .

Настойчивый алгоритм с вероятностью передачи p(ppersistent algorithm)

Он отличается от предыдущего только тем, что передача осуществляется при наличии свободного канала через время, определяемое по случайному закону. В случае конфликта время также определяется по случайному закону (чаще всего по экспоненциальному закону, приведенному выше).

Например, вероятность означает, что станция пошлет информацию после освобождения среды с вероятностью 0,3 и не пошлет с вероятностью 0,7. Технически это реализуется за счет того, что станция имеет генератор случайных чисел, который генерирует случайные числа от 1 до 100. Если в данный момент получено число 20 и меньше, то станция пошлет информацию, в противном случае информация не посылается.

Такая стратегия позволяет уменьшить вероятность конфликта.

Многостанционный доступ с контролем несущей и обнаружением конфликта (CSMA/CD)

При использовании метода CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection) - например, в сети Ethernet (будет рассмотрена далее). применяется отсрочка передачи (backoff). Каждая станция посылает кадр, и если среда передачи свободна, то все проходит в обычном режиме и станция заканчивает свою работу. Если в процессе передачи возник конфликт, то передача осуществляется вновь, но для уменьшения вероятности конфликта станция ожидает некоторое время, которое называется время отсрочки передачи. Основной вопрос - чему равна величина этого времени. Наверное, рационально, чтобы станция во второй раз ожидала несколько больше, чем до времени первого конфликта, а после второй передачи - несколько больше, чем до времени второго конфликта, и т. д.

При показательном законе отсрочки принято, что станция должна ждать интервал времени между и (максимальное время распространения), где - число попыток передачи. Другими словами, время ожидания передачи равно:

от до (максимальное время распространения) в первый раз;

от до (максимальное время распространения) во второй раз и т. д.

Время внутри этого интервала выбирается по случайному закону.

Алгоритм передачи следующий. Если станция имеет информацию для передачи, устанавливается параметр . При возникновении конфликта первая из станций, обнаружившая его, посылает другим станциям сигнал о сетевом конфликте (jam signal).

Станции, получившие этот сигнал:

• удаляют полученные кадры;
• увеличивают значение параметра отсрочки

Значение параметра отсрочки ограничено (обычно числом 15).

В случае если число попыток не превышено, станция ожидает случайное время, основанное на текущем значении параметра отсрочки передачи.

На рис. 1.6 показан пример передачи информации согласно методу CSMA/CD. Первый канал начал передачу. Вторая станция в это время задерживает передачу (предполагается, что она передавала информацию ранее), после чего начинает передачу снова. Первая станция после некоторой паузы начала передачу, но во время передачи третья станция тоже начала передачу. Станции обнаруживают конфликт, прекращают передачу и возобновляют ее по истечении случайного времени. В данном примере случайное время передачи не вызвало повторного конфликта.

увеличить изображение
Рис. 1.6. Метод доступа с контролем несущей и обнаружением конфликта (CSMA/CD)

При большой загрузке среды вероятность повторного конфликта велика (возможно поступление информации от другой станции). Поэтому метод CSMA/CD эффективно работает при удельной нагрузке (занятие среды в единицу времени) среды 0,3 (30%), после чего повторение попыток приводит к резкому ухудшению характеристик сети.