PB169 ­ Operační systémy a
sítě
Řízení přístupu k médiu, MAC
Marek Kumpošt, Zdeněk Říha
Řízení přístupu k médiu
* Více zařízení sdílí jednu komunikační linku
* Zařízení chtějí nezávisle komunikovat
­ a posílat data skrze sdílenou linku
* Řízení přístupu k médiu (MAC) je založeno na:
­ metodách multiplexu, které umožňují sdílet kapacitu
­ multiplex je poskytován na fyzické úrovni
* MAC dále řeší
­ přiřazení multiplexu, adresování a kolize
Přístup k médiu
* Řízený
­ vyzývání, rezervace, předávání příznaku, ...
­ stanice si rezervují časový díl
­ přenosy řídí primární stanice
* Neřízený/náhodný
­ CSMA, CSMA/CA, CSMA/CD, ...
­ Stanice musí před vysíláním vyčkat na klid
* Multiplexově orientovaný
Multiplexing
Multiplexově orientované metody
* 2-bodový spoj (přenos 1 signálu) nevyužije dostupnou přenosovou
kapacitu média
­ jak zajistit sdílení souběžnými komunikacemi, když přenosová kapacita
převyšuje kapacitu pro přenos 1 signálu?
­ přenosem více signálů jedním médiem souběžně se dosáhne
efektivnější využití
* Ve sdíleném prostoru ­ SDMA
* Ve sdíleném čase ­ TDMA
* Ve frekvenčním prostoru ­ FDMA
* V kódovém prostoru ­ CDMA
Multiplexově orientované metody
* SDMA
­ prostor se segmentuje pomocí směrových antén (GSM)
* FDMA
­ šířka pásma je dělená do pásem, každé pásmo je rezervované
pro vysílání jedné stanice
* TDMA
­ šířka pásma se dělí mezi stanicemi po časových úsecích ­
dílech
* CDMA
­ založeno na teorii kódování, všechny stanice používají šířku
pásma současně, každá vysílaný signál unikátně kóduje
Multiplexing ­ příklady
* Frekvenční prostor
­ Telefonie ­ 4 kHz pro jeden hovor
­ Seskupení hovorů mezi ústřednami
­ 12 hovorových kanálů po 4 kHz ­ pásmo 60-108 kHz
* (Geo) prostor
­ Auta na dálnicích ve více pruzích
* Časový prostor
­ Auta na dálnici v jednom pruhu ­ každé v jednom
čase na jiném místě využívá celou kapacitu pruhu
Ochranné odstupy
* SDMA
­ segmentace pomocí směrových antén (GSM)
* FDMA
­ jistá frekvence pro vysílač-přijímač
­ jedno pásmo nebo rychlé změny (FHSS)
* TDMA
­ pevná vysílací frekvence po jistý časový interval
* CDMA
­ unikátní kódování s možností dekódování signálu
Frekvenční multiplexing
* Využitelná šířka pásma média je větší než
požadovaná šířka pásma daného signálu
Frekvenční multiplex
* Separace dostupného spektra do menších
frekvenčních pásem
* Část spektra využitelná výhradně jedním
komunikačním kanálem
* Vhodné pro analogové signály
­ modulační zařízení ­ signál do přiděleného pásma
­ multiplexující zařízení ­ skládání modulovaných
signálů
­ + to stejné na straně příjemce
* Nevýhody:
­ Pokud se nevysílá souvisle, plýtvá se šířkou pásma
­ Jsou nutné ochranné odstupy frekvenčních pásem
Časový multiplexing
* Dosažitelná rychlost přenosu dat v médiu
je větší než požadovaná rychlost přenosu
dat daného signálu
Časový multiplex
* Kanál získává k výhradnímu využití na
jistou dobu celé dostupné spektrum
* Pro digitální i analogové signály
* Vysoká propustnost
* V každém okamžiku jen 1 nosný signál
* Nutná precizní synchronizace
* Dosažitelná rychlost musí být větší než
požadovaná
Časově-frekvenční multiplex
* Kombinace FDM a TDM
* Komunikační kanál dostane jisté
frekvenční pásmo na určitou dobu
­ GSM, FHHS
* Lepší ochrana proti odposlechu
* Ochrana proti interferenci frekvencí
* Nutná precizní synchronizace
Kódový multiplex, CDMA
* Každý signál kódován unikátním kódem
­ přijímač vše ostatní vnímá jako šum
­ v reálné praxi např. 128 bitů
­ kódový prostor je proti frekvenčnímu prostoru obrovský (např. 232)
* Signály používají stejnou frekvenci
* Efektivní využití šířky pásma
* Není potřeba precizní synchronizace
* Dobrá ochrana proti odposlechu
* Nižší rychlosti
* Složitější regenerace signálu
Kódový multiplex, CDMA
* Založeno na teorii kódování
* Každá stanice má unikátní kód (bitový)
Řízení přístupu k přenosovému
médiu
* Koordinace přístupů více stanic k
sdílenému přenosovému médiu
* Cílem je eliminace kolizí při vysílání
­ souběžně do jediného přenosového prostředí
CSMA ­ Carrier Sense Multiple
Access
* Protokoly neřízeného přístupu (vývoj)
­ MA
­ CSMA
­ CSMA/CD
­ CSMA/CA
* Stanice vysílá, když je klid v komunikačním médiu
* Počet kolizí se redukuje, ale ne zcela
­ CSMA se vždy používá ve variantě CD nebo CA
* Kdy stanice může přistupovat k médiu?
* Co může stanice dělat, když je médium obsazené?
* Jak stanice pozná, zda došlo či nedošlo ke kolizi?
* Co může stanice dělat, když došlo ke kolizi?
CSMA ­ naléhání a vysílání
* Stanice zjistí volné médium
­ vysílá rámec
* Stanice zjistí obsazené médium
­ vyčká náhodnou dobu před příštím
testováním média
* snižuje se efektivnost, když je médium volné
­ nebo testuje okamžitě znovu
* zvyšuje se pravděpodobnost kolize