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Articulo de referencia

Acceso múltiple con prevención de colisiones para redes inalámbricas

MACAW ( Multiple Access with Collision Avoidance for Wireless ) [1] es un protocolo de control de acceso al medio (MAC) ranurado ampliamente utilizado en redes ad hoc . [2] Adem...

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MACAW ( Multiple Access with Collision Avoidance for Wireless ) [1] es un protocolo de control de acceso al medio (MAC) ranurado ampliamente utilizado en redes ad hoc . [2] Además, es la base de muchos otros protocolos MAC utilizados en redes de sensores inalámbricos (WSN). [2] El mecanismo IEEE 802.11 RTS/CTS se adopta de este protocolo. [3] [4] Utiliza la secuencia de tramas RTS-CTS-DS-DATA-ACK para transferir datos, a veces precedida por una secuencia de tramas RTS-RRTS , con el objetivo de proporcionar una solución al problema del nodo oculto . [1] Aunque los protocolos basados ​​en MACAW, como S-MAC , utilizan la detección de portadora además del mecanismo RTS/CTS, MACAW no hace uso de la detección de portadora. [1]

Principios de funcionamiento

Ejemplo para ilustrar el principio de MACAW. Se supone que solo los nodos adyacentes están dentro del rango de transmisión entre sí.

Supongamos que el nodo A tiene datos para transferir al nodo B. El nodo A inicia el proceso enviando una trama de solicitud de envío (RTS) al nodo B. El nodo de destino (nodo B) responde con una trama de autorización de envío (CTS). Después de recibir la CTS, el nodo A envía los datos. Después de recibirlos correctamente, el nodo B responde con una trama de confirmación (ACK). Si el nodo A tiene que enviar más de un fragmento de datos, debe esperar un tiempo aleatorio después de cada transferencia de datos correcta y competir con los nodos adyacentes por el medio utilizando el mecanismo RTS/CTS. [1]

Cualquier nodo que escuche una trama RTS (por ejemplo, el nodo F o el nodo E en la ilustración) se abstendrá de enviar nada hasta que reciba una CTS o después de esperar un tiempo determinado. Si la RTS capturada no va seguida de una CTS, el tiempo máximo de espera es el tiempo de propagación de la RTS y el tiempo de respuesta del nodo de destino. [1]

Cualquier nodo (nodo C y nodo E) que escuche una trama CTS se abstendrá de enviar nada durante el tiempo que falta hasta que se reciba la trama de datos y el ACK (lo que resuelve el problema de la terminal oculta ), más un tiempo aleatorio. Tanto las tramas RTS como CTS contienen información sobre la longitud de la trama DATA. Por lo tanto, un nodo utiliza esa información para estimar el tiempo necesario para completar la transmisión de datos. [1]

Antes de enviar una trama de DATOS larga, el nodo A envía una trama de Envío de Datos (DS) corta, que proporciona información sobre la longitud de la trama de DATOS. Cada estación que escucha esta trama sabe que el intercambio RTS/CTS fue exitoso. Una estación que escucha (nodo F), que podría haber recibido RTS y DS pero no CTS, pospone sus transmisiones hasta después de que se debería haber recibido la trama ACK más un tiempo aleatorio. [1]

En resumen, una transferencia de datos exitosa (A a B) consta de la siguiente secuencia de tramas:

  1. Cuadro “Solicitud de envío” (RTS) de A a B
  2. Cuadro “Listo para enviar” (CTS) de B a A
  3. Trama de “Envío de datos” (DS) de A a B
  4. Fragmento de datos del marco de A a B, y
  5. Marco de reconocimiento (ACK) de B a A.

MACAW es un protocolo de ranuras no persistente, lo que significa que después de que el medio ha estado ocupado, por ejemplo después de un mensaje CTS, la estación espera un tiempo aleatorio después del inicio de una ranura de tiempo antes de enviar un RTS. Esto da como resultado un acceso justo al medio. Si, por ejemplo, los nodos A, B y C tienen fragmentos de datos para enviar después de un período de actividad, tendrán la misma oportunidad de acceder al medio ya que están dentro del rango de transmisión entre sí.

RRTS[1]

El nodo D no tiene conocimiento de la transferencia de datos en curso entre el nodo A y el nodo B. El nodo D tiene datos para enviar al nodo C, que se encuentra en el rango de transmisión del nodo B. El nodo D inicia el proceso enviando una trama RTS al nodo C. El nodo C ya ha postergado su transmisión hasta que se complete la transferencia de datos actual entre el nodo A y el nodo B (para evitar interferencias entre canales en el nodo B). Por lo tanto, aunque recibe RTS del nodo D, no responde con CTS. El nodo D supone que su RTS no tuvo éxito debido a una colisión y, por lo tanto, procede a dar marcha atrás (utilizando un algoritmo de retroceso exponencial ).

Si A tiene varios fragmentos de datos para enviar, el único instante en el que el nodo D puede iniciar una transferencia de datos con éxito es durante los pequeños intervalos entre el momento en que el nodo A ha completado la transferencia de datos y la finalización de la siguiente CTS del nodo B (para la siguiente solicitud de transferencia de datos del nodo A). Sin embargo, debido al período de espera del nodo D, la probabilidad de capturar el medio durante este pequeño intervalo de tiempo no es alta. Para aumentar la equidad por nodo, MACAW introduce un nuevo mensaje de control llamado "Solicitud de solicitud de envío" (RRTS).

Ahora, cuando el nodo C, que no puede responder antes debido a la transmisión en curso entre el nodo A y el nodo B, envía un mensaje RRTS al nodo D durante el siguiente período de contención, el receptor del RRTS (nodo D) responde inmediatamente con un RTS y comienza el intercambio normal de mensajes. Otros nodos que escuchan un RRTS lo aplazan durante dos intervalos de tiempo, tiempo suficiente para saber si se produce un intercambio RTS-CTS exitoso.

En resumen, una transferencia puede en este caso consistir en la siguiente secuencia de tramas entre el nodo D y C:

  1. Cuadro “Solicitud de envío” (RTS) de D a C
  2. Trama “Solicitud de solicitud de envío” (RRTS) de C a D (después de un breve retraso)
  3. Cuadro “Solicitud de envío” (RTS) de D a C
  4. Cuadro “Listo para enviar” (CTS) de C a D
  5. Trama de “Envío de datos” (DS) de D a C
  6. Fragmento de datos de D a C,
  7. Marco de reconocimiento (ACK) de C a D

Investigación en curso

Se han desarrollado e investigado algoritmos de retroceso adicionales para mejorar el rendimiento. [5] [6] [7] [8] [9] El principio básico se basa en el uso de técnicas de secuenciación donde cada nodo en la red inalámbrica mantiene un contador que limita el número de intentos a menor o igual que el número de secuencia o utiliza estados de canal inalámbrico para controlar las probabilidades de acceso de modo que un nodo con un buen estado de canal tenga una mayor probabilidad de éxito en la contención. [5] Esto reduce el número de colisiones.

Problemas sin resolver

MACAW no suele resolver el problema de la terminal expuesta . Supongamos que el nodo G tiene datos para enviar al nodo F en nuestro ejemplo. El nodo G no tiene información sobre la transferencia de datos en curso de A a B. Inicia el proceso enviando una señal RTS al nodo F. El nodo F está en el rango de transmisión del nodo A y no puede oír la RTS del nodo G, ya que está expuesto a interferencias cocanales . El nodo G supone que su RTS no tuvo éxito debido a una colisión y, por lo tanto, retrocede antes de volver a intentarlo. En este caso, la solución proporcionada por el mecanismo RRTS no mejorará mucho la situación, ya que los marcos de DATOS enviados desde B son bastante largos en comparación con los otros marcos. La probabilidad de que F esté expuesto a la transmisión desde A es bastante alta. El nodo F no tiene idea de que haya algún nodo interesado en iniciar una transferencia de datos hacia él, hasta que G transmite un RTS entre transmisiones desde A.

Además, es posible que MACAW no se comporte normalmente en multidifusión .

Véase también

Referencias

  1. ^ abcdefgh Vaduvur Bharghavan; et al. (1994-08-01). "MACAW: A Medium Access Protocol for Wireless LAN's" (PDF) . En las actas de la conferencia ACM SIGCOMM (SIGCOMM '94), agosto de 1994, páginas 212-225 . Consultado el 18 de enero de 2007 . {{cite journal}}: Requiere citar revista |journal=( ayuda )
  2. ^ ab Wei Ye; et al. (1 de junio de 2002). "Un protocolo MAC energéticamente eficiente para redes de sensores inalámbricos" (PDF) . INFOCOM 2002. Archivado desde el original (PDF) el 4 de noviembre de 2006. Consultado el 26 de noviembre de 2006 . {{cite journal}}: Requiere citar revista |journal=( ayuda )
  3. ^ Wei Ye; et al. (1 de junio de 2004). "Medium Access Control With Coordinated Adaptive Sleeping for Wireless Sensor Networks" (PDF) . IEEE/ACM Transactions on Networking, vol. 12, n.º 3, págs. 493-506, junio de 2004. Archivado desde el original (PDF) el 9 de diciembre de 2006. Consultado el 27 de diciembre de 2006 . {{cite journal}}: Requiere citar revista |journal=( ayuda )
  4. ^ Karl, Holger (2005). Protocolos y arquitecturas para redes de sensores inalámbricos . Wiley. pág. 117. ISBN 0-470-09510-5.
  5. ^ ab Guowang Miao ; Guocong Song (2014). Diseño de redes inalámbricas con eficiencia energética y de espectro . Cambridge University Press . ISBN 978-1107039889.
  6. ^ P. Venkata Krishna, Sudip Misra, Mohhamed S. Obaidat y V. Saritha, “Algoritmo de retroceso virtual: una mejora del control de acceso al medio 802.11 para mejorar el rendimiento de las redes inalámbricas” en IEEE Trans. on Vehicular Technology (VTS), 2010
  7. ^ Sudip Misra, P. Venkata Krishna y Kiran Issac Abraham, “Solución de autómatas de aprendizaje para acceso al medio con reserva de canal en redes inalámbricas”, aceptado en Comunicaciones personales inalámbricas (WPS), Springer
  8. ^ P. Venkata Krishna y N.Ch.SN Iyengar “Diseño de control de acceso al medio de secuenciación para mejorar el rendimiento de las redes inalámbricas” Journal of Computing and Information Technology (CIT Journal), vol. 16, n.º 2, págs. 81-89, junio de 2008.
  9. ^ P. Venkata Krishna y N. Ch. SNIyengar, 'Técnica de secuenciación: una mejora del control de acceso al medio 802.11 para mejorar el rendimiento de las redes inalámbricas', Int. J. Communication Networks and Distributed Systems, vol. 1, n.º 1, págs. 52-70, 2008
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