- Chương 6 -Kỹ thuật truy nhập trong mạng LANKỹ thuật truy nhập trong mạng LAN

1

6.1. Tổng quan về các phương pháp truy nhậpMedium Sharing TechniquesCác phương pháp điều

Khiể t hậ kê h t ề StaticChannelization

Dynamic MediumAccess Control

Khiển truy nhập kênh truyền

Scheduling Random Access

(1) Static Channelization – Kênh truyền tĩnh(1) Static Channelization – Kênh truyền tĩnhTài nguyên truyền dẫn của kênh truyền được chia nhỏ và cấp phát cho mỗi người sử dụngỗ gườ sử dụ g

Ưu điểm: Không xung đột, tính bình đẳng – Mỗi nút được ấn định truyền dẫn ở tốc độ R/N trong suốt thời gian truyền thông

Nhược điểm: người sử dụng chỉ được cấp phát một phần nhỏ trong tài nguyên truyền dẫn của kênh truyền kể cả khi người dùng khác không truyền thông trên kênh truyền

2

Các phương pháp điều khiển truy nhập kênh truyền

(2) Dynamic Medium Access – Truy nhập kênh truyền độngƯu điểm: Khi truy nhập kênh truyền, mỗi nút sử dụng tối đa tài nguyên

truyền dẫn, và hoạt động ở tốc độ lớn nhất có thể

Nhược điểm: Không cho phép đồng thời nhiều người dùng truy nhập kênh truyền Khi có nhiều hơn hai người dùng truy nhập kênh truyền xảy ra xungtruyền. Khi có nhiều hơn hai người dùng truy nhập kênh truyền xảy ra xung đột (collision). Xung đột có thể hạn chế thông qua cơ chế điều hành truy nhập hoặc điều khiển truy nhập ngẫu nhiên

Ring NetworkBus Network

3

Các phương pháp điều khiển truy nhập kênh truyền

4

6.2. Điều khiển truy nhập kênh truyền độngALOHA – Phương pháp truy nhập ngẫu nhiên được phát triển sớm nhất (1970s) – vẫn được sử dụng cho mạng truyền dẫn không dây, mạng tổ ong do tính chất đơn giản

Một trạm phát khi có dữ liệu cần truyền sẽ thực hiện truy nhập và phát dữ liệu lênsẽ thực hiện truy nhập và phát dữ liệu lên kênh truyền với độ trễ nhỏ nhất có thể, và chờ nhận dữ liệu phản hồi ACKNế ó hiề h h i t ù tNếu có nhiều hơn hai trạm cùng truy

nhập kênh truyền cùng lúc, tín hiệu phát lên bởi mỗi trạm sẽ giao thoa và gây ra lỗi

ACKdata

dữ liệu xảy ra xung độtNếu một trạm không nhận được ACK

trong khoảng thời gian timeout (tương ứng datavới 2 lần thời gian trễ lan truyền tín hiệu),Một trạm sẽ thiết lập khoảng thời gian chờ ngẫu nhiên - backoff time (để giảm thiểu g ( gkhả năng xảy ra xung đột trong những lần truyền kế tiếp)Trạm phát sẽ truyền lại gói dữ liệu bị lỗiTrạm phát sẽ truyền lại gói dữ liệu bị lỗi

do xung đột sau khoảng thời gian backofftime 5

6.2.1. ALOHA

Xung đột dữ liệu

1.1 1.2

TransmissionStation 1

1.3

TransmissionTime(F)

2.1 2 2Station 2

2.2

R

Station 33.1

R3.2

Xung đột hoàn toàn

Xung đột Một phần

Broadcastchannel

6

ALOHA

Chu kỳ tổn thương- Vulnerable Period-

Giả thiết kích thước khung là cố định và có giá trị là (L) và khoảng thời gian phát đi các bít của một khung lênh kênh truyền- Vulnerable Period- khoảng thời gian phát đi các bít của một khung lênh kênh truyền là (X=L/R)

Chỉ định một khung bắt đầu được phát đi tại thời điểm Kh ẽ đ ề hà h ô ế khô óto Khung sẽ được truyền thành công nếu không có xung

đột dữ liệu xảy ra, hay không có một trạm khác phát đi dữ liệu trong khoảng thời gian [t0, t0+X], hoặc trong khoảng ệ g g g ặ g gthời gian tương ứng với X trước khi trạm gửi dữ liệu lên kênh truyền (trong khoảng thời gian từ [t0 -X, t0]

Nếu có một trạm khác gửi dữ liệu lên kênh truyền trongNếu có một trạm khác gửi dữ liệu lên kênh truyền trong các khoảng thời gian trên xảy ra xung đột

Chu kỳ tổn thương = [ t0 – X t0+ X ] (với khung dữ liệuChu kỳ tổn thương = [ t0 – X, t0+ X ] (với khung dữ liệu được phát lên kênh truyền từ một trạm)

Truyền lại nếuThời điểm bắt đầu truyền

tt0t0-X t0+X t0+X+2tprop t0+X+2tprop+B

Backoff period BTruyền lại nếu cần thiết

y

t0+X+2tprop t0 X 2tprop B

Chu kỳ tổn thương Trễ truyền dẫn7

ALOHA

Gọi G là số lượng khung trung bình (bao gồm các khung cần truyền đi và các khung truyền lại) trong suốt quá trình truyền dữ liệu của một trạm

S là số lượng khung truyền thành công trong khoảng thời gian quan sátP : xác suất truyền tốt một khung khi không có xung đột xảy ra với khung

và các khung truyền lại) trong suốt quá trình truyền dữ liệu của một trạm

P0: xác suất truyền tốt một khung khi không có xung đột xảy ra với khung được truyền. Như vậy

S GP= 0S GP=Xét với mỗi trạm, xác suất để các trạm khác truyền đi k khung trong kh ả thời i đ ét t ề đi kh dữ liệ ủ ột t đkhoảng thời gian đang xét truyền đi khung dữ liệu của một trạm được xác định theo phân bố Poisson như sau:

( )k TT λλ −

[ ] ( )!

k TT eP k

k

λλ −

=

ấ ế ố ềXác suất này cho ta biết được số trung bình khung được truyền đi (do các trạm khác) xét trong khoảng thời gian một trạm truyền đi khung dữ liệu của mình. số lượng khung này sẽ quyết định xác suất xảy ra ệ ợ g g y q y ị yxung đột với khung đang xét.

8

ALOHA

λ: Số lượng trung bình khung dữ liệu được phát đi tại một trạm trong một khoảng thời gian. λ = G / X

Như vậy xét trong khoảng thời gian có thể bị tổn thương với khung dữ liệu được phát đi ở một trạm, tương ứng với T = 2X thì xác suất này được xác định như sau:

g

p ộ ạ , g g y ợ ị

[ ]2(2 )k GG eP k−

=[ ]!

P kk

Xác suất không có khung nào được truyền đi trong khoảng thời có thể bị tổnXác suất không có khung nào được truyền đi trong khoảng thời có thể bị tổn thương sẽ là :

[ ]0 2

2(2 )0G

GG eP P P e−

−= = = =[ ] 000!succP P P e= = = =

S 2GS G P G Khi G 0 5Suy ra 20

GS G P Ge−= × = Khi G = 0.5

Có nghĩa là tối đa 18% kênh truyền dành cho quá trình của 1 trạm để dữ liệu g y q ạ ệtruyền đi không bị tác động bởi việc xung đột dữ liệu với các trạm khác

9

Slotted ALOHA - ALOHA Phân chia theo thời gian

T h há à á kh ả thời i đ hi thà h áTrong phương pháp này các khoảng thời gian được chia thành các khe có chiều dài tương ứng với khoảng thời gian phát đi một khung L/R.

Quá trình truyền ở mỗi trạm chỉ bắt đầu tại thời điểm bắt đầu của mộtQuá trình truyền ở mỗi trạm chỉ bắt đầu tại thời điểm bắt đầu của một khe thời gian.

Nguyên tắc xử lý của phương pháp này cũng giống như ở phươngNguyên tắc xử lý của phương pháp này cũng giống như ở phương pháp ALOHA thuần tuý chỉ khác ở điểm là các mốc thời gian được chỉ định trong các khe.

10

Slotted ALOHA

Chu kì tổn thương với mỗi khung dữ liệu được truyền đi :g g ệ ợ yXét quá trình truyền đi dữ liệu của một trạm tại thời điểm t0. Giải thiếtkhung dữ liệu chuẩn bị truyền đã sẵn sàng tại thời điểm trong khe thời giang ệ ị y g ạ g g[k , k + 1]

Với phương pháp sloted ALOHA, một gói dữ liệu được truyền đi thànhp g p p ộ g ệ ợ ycông nếu không có khung dữ liệu nào khác đến (hay đi qua) trạm đangchuẩn bị phát khung dữ liệu của mình trong khoảng thời gian từ [t0 + X, t0]

Khoảng thời gian có thể bị tổn thương với khung dữ liệu sẽ là [t0 - X, t0]

11

Slotted ALOHA

0( ) GGG e−

[ ]k GG e−

0( )

0!GG eP e−= =[ ]

!G eP k

k=Như vậy Suy ra

GS G P G −0

GS G P Ge= × =Smax = 0.36 khi G = 0.5. Như vậy số lượng khung truyền đi thành công với phương pháp này cao hơn ALOHA thuần tuýphương pháp này cao hơn ALOHA thuần tuý.

Slotted ALOHA giảm thiểu khả ă â đột hnăng gây ra xung đột nhưng

làm tăng khoảng thời gian trễ trong quá trình truyền

12

6.2.2. CSMA

–Với phương pháp truy nhập ALOHA, Mỗi nút quyết địnhtruyền độc lập với nút mạng khác trên kênh truyền chia sẻ

Nhược điểm của ALOHA truyền độc lập với nút mạng khác trên kênh truyền chia sẻ

1 Nút không quan tâm đến các nút khác có thực hiệntruyền dữ liệu lên kênh truyền hay không.

ề ế

của ALOHA

1 nút sẽ không dừng quá trình truyền nếu có xung độtxảy ra, không có khả năng phát hiện được xung đột

CSMA – Giản thiểu xác suất xảy ra xung đột bằng cơ chế xác định trạngthái kênh truyền trước khi phát dữ liệu:

ắCảm nhận sóng mang - carrier sensing: Nút sẽ “lắng nghe”(listens) kênh truyền trước khi truyền, nếu cảm nhận kênhtruyền rỗi thực hiện truyền đi khung dữ liệutruyền rỗi thực hiện truyền đi khung dữ liệu

Nếu cảm nhận kênh truyền kênh truyền bận Chờ saukhoảng thời gian ngẫu nhiên sẽ thực hiện quá trình cảm nhận

h t h t h t h t

khoảng thời gian ngẫu nhiên sẽ thực hiện quá trình cảm nhậnkênh để truyền đi dữ liệu

host host host host

13

Truy nhập kênh truyền cảm nhận sóng mạng - CSMA

Chu kỳ tổn thương – vulnerable period = tprop

Chú ý: Nếu tprop > tframe, CSMA không hiệu quả bằng phương pháp truy nhập kênh truyền ALOHA phân chia theo thời gian.

Các kiểu CSMA – Các chỉ định xử lý với CSMA khi kênh truyền ị ý ybận:

Non-Persistent CMSA: Chờ sau khoảng thời gian back-off, thực hiện cảm nhận kênh truyền để truyền lại Trễ lớn

1-Persistent CMSA: Bắt đầu truyền ngay lập tức sau khi kênh truyền chuyển sang trạng thái rỗi trễ thấp

P-Persistent CMSA : Chờ đến khi kênh truyền rỗi, quyết định truyền ấvới xác suất p

14

1-persistent CSMA

Thuật toán xử lý của “1-persisten CSMA “Thuật toán xử lý của 1 persisten CSMA

15

nonpersistent CSMA

- Trước khi truyền đi một khung, trạm sẽ cảm nhận trạng thái của ạ ậ ạ gkênh truyền. Nếu không có dữ liệu nào đang được truyền trên kênh truyền tức là kênh truyền rỗi thì thìtruyền tức là kênh truyền rỗi thì thì trạm sẽ ngay lập tức truyền đi dữ liệu của mình

- Nếu kênh truyền đang được dùng, thì trạm sẽ chờ một khoảng thời gian ngâu nhiên và thực hiệnthời gian ngâu nhiên và thực hiện lại bước trên để có thể truyền đi dữ liệu của mình

Như vậy khác với giao thức ‘1 persident’ CSMA thì phương thức này không thực hiện truyền ngay dữ liệu đi mà vẫn tiến hành xác định trạng thái rỗi của đường ị ạ g gtruyền trước khi gửi đi gói dữ liệu của mình sau một khoảng thời gian ngẫu nhiên backoff.

á ấ ả ộ ấ á ớ ậXác suất xảy ra xung đột sẽ thấp hơn phương pháp trước, tuy vậy thời gian truyền dữ liệu của trạm sẽ dài hơn.

16

p-persistent CSMA

ố ằP là một số nằm giữa 0 và 1

Phía phát truyền đi khung dữ liệu của ì h ới á ất là ế h kê hmình với xác suất là p nếu như kênh

truyền rỗi để giảm xác suất xảy ra xung đột với trường hợp cả 2 trạm đều xác định kê h ề ỗi à ề đi d liệ ủkênh truyền rỗi và truyền đi dữ liệu của mình tại một thời điểm.

Thời gian cũng được chia thành các khe và chỉ định các trạm chỉ được truyền đi dữ liệu tại thời điểm bắt đầu của một khung.

Xác suất xảy ra xung đột với phương pháp này phụ thuộc vào giá trị p, tuy vậy hiệu suất của phương pháp này có thể cao hơn so với các phương pháp CSMA vừa đề cập

17

CSMA/CD

CSMA with Collision Detection – CSMA/CD

CSMA/CD là phương pháp điều khiển truy nhập cảm nhận sóng mang và xác định xung đột.ị g ộ

Phía phát sẽ luôn lắng nghe kênh truyền để xác định xung đột trong suốt quá trình truyền đi dữ liệu của mình. (cơ chế xác định xung đột)

Quá trình sẽ bị huỷ ngay khi xác định có xung đột xảy ra.

CSMA/CD được áp dụng tốt cho mạng LAN sử dụng dây dẫn để kết nối giữa các nút mạng Khi đó việc xác địnhcác nút mạng. Khi đó việc xác định xung đột có thể thực hiện dễ dàng bằng cách so sánh mức tín hiệu phát đi và tín hiệu nhận được tại một trạmđi và tín hiệu nhận được tại một trạm

Với mạng LAN không dây thì cơ chế xác định xung đột tương đối phức tạp

18

CSMA/CD

Nguyên tắc xử lý của CSMA/CDTrước khi truyền đi một khung dữ liệu thì một trạm sẽ xác định xem kênh

truyền có rỗi hay không. Nếu kênh truyền rỗi thì trạm sẽ ngay lập tức truyền đi dữ liệu của mình.liệu của mình.

Trong quá trình truyền trạm sẽ lắng nghe kênh truyền để xác định xung đột đối với khung dữ liệu mà nó vừa gửi đi.

Nế kê h t ề bậ thì ó ẫ tiế t lắ h à hờ h đế khi kê hNếu kênh truyền bận thì nó vẫn tiếp tục lắng nghe và chờ cho đến khi kênh truyền rỗi.

Trong quá trình truyền dẫn nếu trạm xác định được có xung đột xảy ra thì nó sẽ dừng ngay lập tức việc truyền dữ liệu đi và chờ một khoảng thời gian ngẫu nhiên sau đó sẽ quay trở lại bước trên. Trong quá trình chờ trạm sẽ phát lên kênh truyền một chuỗi bít để “tranh chấp kênh truyền” với các trạm kháctruyền một chuỗi bít để tranh chấp kênh truyền với các trạm khác

19

CSMA/CD

20

CSMA/CD

Xác định xung đột đối với khung dữ liệu

T là khoảng thời gian lan truyền tín hiệu của một khung dữ liệuTprog là khoảng thời gian lan truyền tín hiệu của một khung dữ liệu.Khoảng thời gian xác định xung đột ứng với mỗi khung là 2Tprog.

T càng lớn tăng xác suất xảy ra xung đột tăng thời gian xử lý (thời gianTprog càng lớn tăng xác suất xảy ra xung đột , tăng thời gian xử lý (thời gian trễ) khi có xung đột xảy ra

CSMA chỉ áp dụng tốt với mạng có kích thước nhỏ (kết nối giữa các phầnCSMA chỉ áp dụng tốt với mạng có kích thước nhỏ (kết nối giữa các phần tử ngắn). Khi mạng có kích thước lớn thì phương pháp ALOHA cho hiệu quả tốt hơn

CSMA/CD yêu cầu kích thước khung thông tin đủ lớn để TF > 2Tprog.21