Acceso múltiple con detección de portadora
Sistema que permite a los transmisores turnarse en un medio compartido

El acceso múltiple con detección de portadora ( CSMA ) es un protocolo de control de acceso al medio (MAC) en el que un nodo verifica la ausencia de otro tráfico antes de transmitir en un medio de transmisión compartido , como un bus eléctrico o una banda del espectro electromagnético .

En el marco del CSMA, un transmisor utiliza un mecanismo de detección de portadora para determinar si hay otra transmisión en curso antes de iniciar una transmisión. Es decir, intenta detectar la presencia de una señal portadora de otro nodo antes de intentar transmitir. Si detecta una portadora, el nodo espera a que finalice la transmisión en curso antes de iniciar su propia transmisión. Con el CSMA, varios nodos pueden, a su vez, enviar y recibir en el mismo medio. Las transmisiones de un nodo generalmente son recibidas por todos los demás nodos conectados al medio.

Las variaciones del CSMA básico incluyen la adición de técnicas de prevención de colisiones ( CSMA/CA ), detección de colisiones ( CSMA/CD ) y resolución de colisiones.

Modos de acceso

Las variantes de CSMA utilizan distintos algoritmos para determinar cuándo iniciar la transmisión en el medio compartido. Una característica distintiva clave de estos algoritmos es su agresividad o persistencia a la hora de iniciar la transmisión. Un algoritmo más agresivo puede iniciar la transmisión más rápidamente y utilizar un mayor porcentaje del ancho de banda disponible del medio. Esto suele producirse a expensas de una mayor probabilidad de colisión con otros transmisores.

1-persistent
El CSMA 1-persistente es un algoritmo de transmisión agresivo. Cuando el nodo transmisor está listo para transmitir, detecta si el medio de transmisión está inactivo u ocupado. Si está inactivo, transmite inmediatamente. Si está ocupado, detecta el medio de transmisión de forma continua hasta que se vuelve inactivo y luego transmite el mensaje (una trama ) de forma incondicional (es decir, con una probabilidad de 1). En caso de colisión , el remitente espera un período de tiempo aleatorio e intenta el mismo procedimiento nuevamente. El CSMA 1-persistente se utiliza en sistemas CSMA/CD, incluido Ethernet .
No persistente
El CSMA no persistente es un algoritmo de transmisión no agresivo. Cuando el nodo transmisor está listo para transmitir datos, detecta si el medio de transmisión está inactivo u ocupado. Si está inactivo, transmite inmediatamente. Si está ocupado, salta al paso de espera aleatorio final del CSMA 1-persistente directamente antes de repetir todo el ciclo lógico nuevamente: no persiste en verificar el canal ocupado tratando de realizar su transmisión, de ahí el nombre. Este enfoque reduce la posibilidad de colisión y da como resultado un mayor rendimiento general del medio, pero con una penalización de demora inicial más larga en comparación con 1-persistente.
P-persistent
Este enfoque se encuentra entre los modos de acceso CSMA 1-persistente y no persistente. [1] Cuando el nodo transmisor está listo para transmitir datos, detecta el medio de transmisión para detectar si está inactivo u ocupado. Si está inactivo, transmite inmediatamente. Si está ocupado, detecta el medio de transmisión continuamente hasta que se vuelve inactivo, luego transmite con probabilidad p . Si el nodo no transmite (la probabilidad de este evento es 1-p ), espera un período de tiempo aleatorio antes de volver a intentar el mismo procedimiento, utilizando la misma probabilidad p . [2] Si el medio de transmisión no está ocupado, transmite nuevamente con la misma probabilidad p . Esta retención probabilística se repite hasta que finalmente se transmite la trama o cuando se descubre que el medio vuelve a estar ocupado (es decir, algún otro nodo ya ha comenzado a transmitir). En el último caso, el nodo repite todo el ciclo lógico (que comenzó con la detección del medio de transmisión para detectar si está inactivo u ocupado) nuevamente. CSMA p-persistente se utiliza en sistemas CSMA/CA, incluidos Wi-Fi y otros sistemas de radio por paquetes . Tenga en cuenta que el CSMA persistente p = 0 es diferente del CSMA no persistente. Ambos solo pueden transmitir al inicio del procedimiento (si el canal está inactivo), pero su comportamiento en un canal ocupado es diferente: el CSMA no persistente no intenta detectar el canal y reinicia su ciclo lógico, mientras que p = 0 necesariamente se queda atascado en un bucle infinito de espera (ya que tiene una probabilidad cero de transmisión incluso si el canal vuelve a estar inactivo).
O-persistent
Cada nodo recibe una orden de transmisión de un nodo supervisor. Cuando el medio de transmisión se vuelve inactivo, los nodos esperan su intervalo de tiempo de acuerdo con su orden de transmisión asignado. El nodo asignado para transmitir primero transmite inmediatamente. El nodo asignado para transmitir en segundo lugar espera un intervalo de tiempo (pero para ese momento el primer nodo ya ha comenzado a transmitir). Los nodos monitorean el medio para ver si hay transmisiones de otros nodos y actualizan su orden asignado con cada transmisión detectada (es decir, se mueven una posición más cerca del frente de la cola). [3] CobraNet , LonWorks y la red de área del controlador utilizan CSMA O-persistente .

Modificaciones del protocolo

Al transmitir a través de redes ad hoc vehiculares, las estrategias originales de 1-persistencia y p-persistencia a menudo causan el problema de tormenta de transmisión . [ cita requerida ] Para mejorar el rendimiento, los ingenieros desarrollaron tres técnicas modificadas: p-persistencia ponderada, 1-persistencia ranurada y p-persistencia ranurada. [4] [5]

Acceso múltiple con detección de portadora y detección de colisiones
CSMA/CD se utiliza para mejorar el rendimiento de CSMA al finalizar la transmisión tan pronto como se detecta una colisión, acortando así el tiempo necesario antes de que se pueda volver a intentar. CSMA/CD es utilizado por Ethernet .
Acceso múltiple con detección de portadora y prevención de colisiones
En CSMA/CA, la prevención de colisiones se utiliza para mejorar el rendimiento de CSMA. Si se detecta que el medio de transmisión está ocupado antes de la transmisión, la transmisión se pospone durante un intervalo aleatorio. Este intervalo aleatorio reduce la probabilidad de que dos o más nodos que esperan para transmitir comiencen a transmitir simultáneamente al finalizar la transmisión detectada, lo que reduce la incidencia de colisiones. CSMA/CA se utiliza en Wi-Fi .
CSMA con resolución de colisiones
CSMA/CR utiliza prioridades en el encabezado de trama para evitar colisiones. Se utiliza en la red de área del controlador .
Tiempo virtual CSMA
El VTCSMA está diseñado para evitar colisiones generadas por nodos que transmiten señales simultáneamente, y se utiliza principalmente en sistemas de tiempo real estricto . Utiliza dos relojes para priorizar los mensajes en función de su fecha límite. [6]

Véase también

Referencias

  1. ^ F. Calí, M. Conti y E. Gregori, "IEEE 802.11 dinámico: diseño, modelado y evaluación del rendimiento", IEEE J. Selected Areas Commun., vol. 18, págs. 1774–1786, septiembre de 2000
  2. ^ Kleinrock, L.; Tobagi, F. (diciembre de 1975). "Conmutación de paquetes en canales de radio: Parte I: modos de acceso múltiple con detección de portadora y sus características de retardo de rendimiento". IEEE Transactions on Communications . 23 (12): 1400–1416. doi :10.1109/TCOM.1975.1092768. ISSN  0096-2244. S2CID  5879608.
  3. ^ US 5761431, Gross, Kevin Paul; Anderson, Charles William y Lieb, Derek Wearin, "Temporizador persistente de órdenes para controlar eventos en múltiples estaciones de procesamiento", publicado el 2 de junio de 1998, asignado a Peak Audio Inc. 
  4. ^ Najafzadeh; Ithnin; Karimi. "Un modelo analítico para redes ad hoc vehiculares densas y dispersas". "Avances en informática y tecnología de la información": Primera Conferencia Internacional sobre Informática y Tecnología de la Información, CCSIT 2011. p. 211.
  5. ^ Choi et al.: "Esquema de transmisión robusto independientemente de la distribución del vehículo en redes ad hoc vehiculares". Revista EURASIP sobre comunicaciones inalámbricas y redes 2014 2014:133. doi :10.1186/1687-1499-2014-133 [consultado el 2 de septiembre de 2017].
  6. ^ Krishna, CM; Shin, KG (1997). Sistemas en tiempo real . McGraw-Hill Higher Education. pág. 240. ISBN 978-0-07-070115-1.
General
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