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El acceso múltiple con detección de portadora con evitación de colisiones ( CSMA / CA ) en redes informáticas es un método de acceso múltiple de red en el que se utiliza la detección de portadora , pero los nodos intentan evitar colisiones iniciando la transmisión solo después de que se detecta que el canal está "inactivo" . [1] [2] Cuando transmiten, los nodos transmiten sus paquetes de datos en su totalidad.

Es particularmente importante para las redes inalámbricas, donde la detección de colisiones del CSMA / CD alternativo no es posible debido a que los transmisores inalámbricos anulan la detección de sus receptores durante la transmisión de paquetes.

CSMA / CA no es confiable debido al problema del nodo oculto . [3] [4]

CSMA / CA es un protocolo que opera en la capa de enlace de datos (capa 2) del modelo OSI .

Algoritmo simplificado de CSMA / CA

Detalles [ editar ]

La prevención de colisiones se usa para mejorar el rendimiento del método CSMA al intentar dividir el canal de manera algo equitativa entre todos los nodos transmisores dentro del dominio de colisión.

  1. Carrier Sense : antes de transmitir, un nodo escucha primero el medio compartido (como escuchar señales inalámbricas en una red inalámbrica) para determinar si otro nodo está transmitiendo o no. Tenga en cuenta que el problema del nodo oculto significa que otro nodo puede estar transmitiendo, lo que no se detecta en esta etapa.
  2. Evitación de colisiones : si se escuchó otro nodo, esperamos un período de tiempo (generalmente aleatorio) para que el nodo deje de transmitir antes de volver a escuchar un canal de comunicación libre.
  • La solicitud para enviar / despejar para enviar (RTS / CTS) se puede utilizar opcionalmente en este punto para mediar en el acceso al medio compartido. De alguna manera, esto ayuda a aliviar el problema de los nodos ocultos porque, por ejemplo, en una red inalámbrica, el punto de acceso solo emite una autorización para enviar a un nodo a la vez. Sin embargo, las implementaciones inalámbricas de 802.11 no suelen implementar RTS / CTS para todas las transmisiones; pueden apagarlo por completo, o al menos no usarlo para paquetes pequeños (la sobrecarga de RTS, CTS y la transmisión es demasiado grande para transferencias de datos pequeñas).
  • Transmisión : si el medio se identificó como claro o el nodo recibió un CTS para indicar explícitamente que puede enviar, envía la trama en su totalidad. A diferencia de CSMA / CD , es muy difícil para un nodo inalámbrico escuchar al mismo tiempo que transmite (su transmisión empequeñecerá cualquier intento de escuchar). Continuando con el ejemplo inalámbrico, el nodo espera la recepción de un paquete de acuse de recibo del punto de acceso para indicar que el paquete se recibió y la suma de verificación fue correcta. Si tal acuse de recibo no llega de manera oportuna, se supone que el paquete colisionó con alguna otra transmisión, lo que hace que el nodo entre en un período de retroceso exponencial binario antes de intentar retransmitir.

Aunque CSMA / CA se ha utilizado en una variedad de sistemas de comunicación por cable, es particularmente beneficioso en una LAN inalámbrica debido al problema común de que varias estaciones pueden ver el punto de acceso, pero no entre sí. Esto se debe a las diferencias en la potencia de transmisión y la sensibilidad de recepción, así como a la distancia y la ubicación con respecto al AP. [5] Esto hará que una estación no pueda 'escuchar' la transmisión de otra estación. Este es el llamado problema del " nodo oculto " o de la "estación oculta". Los dispositivos que utilizan estándares basados ​​en 802.11 pueden disfrutar de los beneficios de la prevención de colisiones (protocolo de enlace RTS / CTS, también función de coordinación de puntos), aunque no lo hacen por defecto. De forma predeterminada, utilizan un mecanismo de detección de portadora llamado "retroceso exponencial" o ( función de coordinación distribuida ) que se basa en que una estación intente "escuchar" la transmisión de otra estación antes de enviarla. CA o PCF se basa en que el AP (o el 'receptor' para redes Ad hoc) otorgue a una estación el derecho exclusivo de transmitir durante un período de tiempo determinado después de solicitarlo (Solicitud para enviar / Borrar para enviar). [6]

CSMA-CA requiere una determinación de si un canal está 'inactivo', incluso cuando se utilizan estándares incompatibles y frecuencias de transmisión superpuestas. Según los estándares, para los transmisores 802.11 / Wi-Fi en el mismo canal, los transmisores deben turnarse para transmitir si pueden detectarse entre sí incluso 3 dB por encima del piso de ruido (el piso de ruido térmico es de alrededor de -101 dBm para canales de 20 MHz) . [7] Por otro lado, los transmisores ignorarán los transmisores con estándares incompatibles o en canales superpuestos si la intensidad de la señal recibida de ellos está por debajo de un umbral P th que, para sistemas que no son Wi-Fi 6 , está entre -76 y -80 dBm. . [8]

Intercambio IEEE 802.11 RTS / CTS [ editar ]

CSMA / CA se puede complementar opcionalmente con el intercambio de un paquete de solicitud de envío (RTS) enviado por el remitente S, y un paquete Clear to Send (CTS) enviado por el receptor previsto R, alertando así a todos los nodos dentro del alcance del remitente , receptor o ambos, para no transmitir durante la transmisión principal. Esto se conoce como intercambio IEEE 802.11 RTS / CTS . La implementación de RTS / CTS ayuda a resolver parcialmente el problema del nodo oculto que a menudo se encuentra en las redes inalámbricas. [9] [10]

Rendimiento [ editar ]

El rendimiento de CSMA / CA se basa en gran medida en la técnica de modulación utilizada para transmitir los datos entre nodos. Los estudios demuestran que, en condiciones ideales de propagación (simulaciones), el espectro ensanchado de secuencia directa (DSSS) proporciona el mayor rendimiento para todos los nodos de una red cuando se utiliza junto con CSMA / CA y el intercambio IEEE 802.11 RTS / CTS en condiciones de carga de red ligera. . El espectro ensanchado por salto de frecuencia (FHSS) sigue muy lejos del DSSS con respecto al rendimiento con un rendimiento mayor una vez que la carga de la red se vuelve sustancialmente pesada. Sin embargo, el rendimiento es generalmente el mismo en condiciones del mundo real debido a factores de propagación de radio. [4]

Uso [ editar ]

  • GNET: uno de los primeros protocolos de LAN patentados
  • LocalTalk de Apple implementó CSMA / CA en un bus eléctrico usando una señal de interferencia de tres bytes.
  • 802.11 RTS / CTS implementa la detección de portadora virtual utilizando una solicitud corta para enviar y borrar para enviar mensajes para WLAN ( aunque 802.11 se basa principalmente en la detección de portadora física ).
  • IEEE 802.15.4 (PAN inalámbrico) utiliza CSMA / CA
  • NCR WaveLAN : uno de los primeros protocolos de red inalámbrica patentados
  • InicioPNA
  • Redes de bus
  • El estándar ITU-T G.hn , que proporciona una forma de crear una red de área local de alta velocidad (hasta 1 Gigabit / s) utilizando cableado doméstico existente ( líneas eléctricas , líneas telefónicas y cables coaxiales ), utiliza CSMA / CA como un método de acceso al canal para flujos que no requieren calidad de servicio garantizada , específicamente la variante CSMA / CARP .

Ver también [ editar ]

  • El cargador Envia multiples accesos
  • Carrier Sense Acceso múltiple con detección de colisiones
  • CSMA / CARP
  • IEEE 802.11 RTS / CTS
  • Vector de asignación de red
  • Retroceso exponencial binario truncado

Referencias [ editar ]

  1. ^ "Estándar federal 1037C" . Its.bldrdoc.gov . Consultado el 9 de septiembre de 2012 .
  2. ^ "Estándar nacional estadounidense T1.523-2001, Glosario de telecomunicaciones 2000" . Atis.org. Archivado desde el original el 2 de marzo de 2008 . Consultado el 9 de septiembre de 2012 .
  3. ^ "Estudio de diferentes implementaciones basadas en CSMA / CA IEEE 802.11, Universitat Politècnica de Catalunya" (PDF) . Archivado desde el original (PDF) el 6 de marzo de 2012 . Consultado el 9 de septiembre de 2012 .
  4. ↑ a b Viral V. Kapadia; Sudarshan N. Patel; Rutvij H. Jhaveri (2010). "Estudio comparativo de problema y solución de nodo oculto utilizando diferentes técnicas y protocolos, Journal of Computing". arXiv : 1003.4070 [ cs.NI ].
  5. ^ Kaixin Xu; Mario Gerla; Sang Bae. "¿Qué tan efectivo es el protocolo de enlace IEEE 802.11 RTS / CTS en redes ad hoc?" (PDF) . UCLA . Consultado el 28 de septiembre de 2012 .
  6. ^ Parque, Kihong. "Notas de la conferencia inalámbrica" (PDF) . Purdue . Consultado el 28 de septiembre de 2012 .
  7. ^ https://www.networkcomputing.com/wireless-infrastructure/channel-bonding-wifi-and-radio-frequency-physics
  8. ^ Efecto de la interferencia de canal adyacente en WLAN IEEE 802.11 - Eduard García Villegas; Elena López-Aguilera; Rafael Vidal; Josep Paradells (2007)
  9. ^ Comer, Douglas. (2009). Redes informáticas e Internet. Upper Saddle River, Nueva Jersey: Pearson Education Inc. ISBN 0-13-504583-5 . 
  10. ^ "Conferencia del MIT - Ingeniería de sistemas de comunicación. Dr. Eytan Modiano" (PDF) . Consultado el 9 de septiembre de 2012 .
  • Redes de computadoras: un enfoque de sistemas. Peterson y Davie. Morgan Kaufmann , Burlington, MA, Estados Unidos. ISBN 978-0-12-385138-3 . pp128-139 

Enlaces externos [ editar ]

  • Simulación CSMA / CA RTS / CTS