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Acceso múltiple con prevención de colisiones para comunicaciones inalámbricas

Acceso múltiple con prevención de colisiones para redes inalámbricas ( MACAW ) [ 1 ] es un protocolo de control de acceso al medio (MAC) ranurado ampliamente utilizado en redes ...

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Acceso múltiple con prevención de colisiones para redes inalámbricas ( MACAW ) [ 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 inalámbricas (WSN). [ 2 ] El mecanismo RTS/CTS de IEEE 802.11 se adopta de este protocolo. [ 3 ] [ 4 ] Utiliza la secuencia de tramas RTS-CTS-DS-DATA-ACK para la transferencia de datos, a veces precedida por una secuencia de tramas RTS-RRTS , con el fin 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 la utiliza. [ 1 ]

Principios de funcionamiento

Un ejemplo para ilustrar el principio de MACAW. Se supone que solo los nodos adyacentes están dentro del alcance 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). Tras recibir la CTS, el nodo A envía los datos. Después de la recepción exitosa, el nodo B responde con una trama de acuse de recibo (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 exitosa y competir con los nodos adyacentes por el medio utilizando el mecanismo RTS/CTS. [ 1 ]

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

Cualquier nodo (nodo C y nodo E) que intercepte una trama CTS se abstiene de enviar nada durante el tiempo que debería haberse recibido la trama de datos y el ACK (resolviendo así el problema del terminal oculto ), más un tiempo aleatorio. Tanto las tramas RTS como las CTS contienen información sobre la longitud de la trama de DATOS. Por lo tanto, un nodo utiliza esa información para estimar el tiempo de finalización de 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 intercepta esta trama sabe que el intercambio RTS/CTS fue exitoso. Una estación interceptora (nodo F), que podría haber recibido RTS y DS pero no CTS, retrasa 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 (de A a B) consiste en la siguiente secuencia de tramas:

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

MACAW es un protocolo de ranuras no persistente , lo que significa que, después de que el medio haya estado ocupado (por ejemplo, tras un mensaje CTS), la estación espera un tiempo aleatorio después del inicio de una ranura antes de enviar un mensaje RTS. Esto garantiza un acceso equitativo al medio. Si, por ejemplo, los nodos A, B y C tienen fragmentos de datos para enviar después de un período de ocupación, tendrán la misma probabilidad de acceder al medio, ya que se encuentran dentro del alcance de transmisión entre sí.

RRTS

Fuente: [ 1 ]

El nodo D desconoce 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 dentro del alcance de transmisión del nodo B. D inicia el proceso enviando una trama RTS al nodo C. El nodo C ya ha pospuesto su transmisión hasta que finalice la transferencia de datos actual entre el nodo A y el nodo B (para evitar interferencias de canal 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 fue exitoso debido a una colisión y, por lo tanto, procede a retroceder (utilizando un algoritmo de retroceso exponencial ).

Si el nodo A tiene varios fragmentos de datos para enviar, el único momento en que el nodo D puede iniciar una transferencia de datos con éxito es durante los breves intervalos entre la finalización de la transferencia de datos del nodo A y la finalización de la siguiente solicitud de transferencia de datos 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 breve intervalo de tiempo no es alta. Para aumentar la equidad entre nodos, MACAW introduce un nuevo mensaje de control llamado "Solicitud de solicitud de envío" (RRTS).

Ahora bien, cuando el nodo C, que no puede responder antes debido a la transmisión en curso entre los nodos A y 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 se inicia el intercambio normal de mensajes. Los demás nodos que escuchan un RRTS esperan dos intervalos de tiempo, tiempo suficiente para saber si se produce un intercambio RTS-CTS exitoso.

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

  1. Trama “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. Trama “Solicitud de envío” (RTS) de D a C
  4. Trama “Listo para enviar” (CTS) de C a D
  5. Trama de “envío de datos” (DS) de D a C
  6. Fragmento de datos del marco de D a C,
  7. Marco de acuse de recibo (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 al número de secuencia o utiliza estados del canal inalámbrico para controlar las probabilidades de acceso de modo que un nodo con un buen estado del canal tenga una mayor probabilidad de éxito en la contención. [ 5 ] Esto reduce el número de colisiones.

Problemas sin resolver

MACAW generalmente no resuelve el problema del terminal expuesto . 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 dentro del rango de transmisión del nodo A y no puede escuchar la señal RTS del nodo G, ya que está expuesto a interferencia de cocanal . El nodo G asume que su RTS no fue exitosa debido a una colisión y, por lo tanto, retrocede antes de intentarlo de nuevo. En este caso, la solución proporcionada por el mecanismo RRTS no mejorará mucho la situación, ya que las tramas de DATOS enviadas desde B son bastante largas en comparación con las demás tramas. La probabilidad de que F esté expuesto a la transmisión de A es bastante alta. El nodo F no tiene idea de ningún nodo interesado en iniciar la transferencia de datos hacia él, hasta que G transmite una señal RTS entre las transmisiones de A.

Además, es posible que MACAW no se comporte con normalidad en la multidifusión .

Véase también

Referencias

  1. 1 2 3 4 5 6 7 8 Vaduvur Bharghavan; et  al. (1994-08-01). "MACAW: Un protocolo de acceso al medio para LAN inalámbricas" (PDF) . En las Actas de la Conferencia ACM SIGCOMM (SIGCOMM '94), agosto de 1994, páginas 212-225 . Recuperado el 18 de enero de 2007 .{{cite journal}}: Para citar una revista se requiere |journal=( ayuda )
  2. 1 2 Wei Ye; et al. (2002-06-01). "Un protocolo MAC de bajo consumo energético para redes de sensores inalámbricas" (PDF) . INFOCOM 2002. Archivado del original (PDF) el 4 de noviembre de 2006. Recuperado el 26 de noviembre de 2006 . {{cite journal}}: Para citar una revista se requiere |journal=( ayuda )
  3. ↑ Wei Ye; et al. (1 de junio de 2004). "Control de acceso al medio con suspensión adaptativa coordinada para redes de sensores inalámbricas" (PDF) . IEEE/ACM Transactions on Networking, vol. 12, n.º 3, págs. 493-506, junio de 2004. Archivado del original (PDF) el 9 de diciembre de 2006. Consultado el 27 de diciembre de 2006 . {{cite journal}}: Para citar una revista se requiere |journal=( ayuda )
  4. ↑ Karl, Holger (2005). Protocolos y arquitecturas para redes de sensores inalámbricas . Wiley. pág . 117. ISBN  0-470-09510-5.
  5. 1 2 Guowang Miao ; Guocong Song (2014). Diseño de redes inalámbricas eficientes en energía y 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 Wireless Personal Communications (WPS), Springer
  8. ↑ P. Venkata Krishna y N.Ch.SN Iyengar “Diseño de control de acceso al medio secuenciado para mejorar el rendimiento de las redes inalámbricas” Journal of Computing and Information Technology (CIT Journal), Vol. 16, No. 2, pp. 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 optimizar 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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