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Acceso múltiple con detección de portadora y prevención de colisiones

El acceso múltiple con detección de portadora y prevención de colisiones ( CSMA/CA ) en redes informáticas es un método de acceso múltiple en 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.

Esto es particularmente importante para las redes inalámbricas, donde la alternativa con detección de colisiones CSMA/CD no es posible debido a que los transmisores inalámbricos desensibilizan (apagan) 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 .

Algoritmo simplificado de CSMA/CA

Detalles

La prevención de colisiones se utiliza para mejorar el rendimiento del método CSMA al intentar dividir el canal de manera más o menos equitativa entre todos los nodos de transmisión dentro del dominio de colisión.

  1. Detección de portadora : antes de transmitir, un nodo primero escucha el medio compartido (por ejemplo, escucha 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 y que no se detecta en esta etapa.
  2. Prevención de colisiones : si se escucha otro nodo, esperamos un período de tiempo (generalmente aleatorio) para que el nodo deje de transmitir antes de escuchar nuevamente en busca de un canal de comunicaciones libre.
  • En este punto, se puede utilizar opcionalmente la solicitud de envío/autorización de envío (RTS/CTS) para mediar el acceso al medio compartido. Esto ayuda a aliviar en cierta medida el problema de los nodos ocultos porque, por ejemplo, en una red inalámbrica, el punto de acceso solo emite una autorización de envío a un nodo a la vez. Sin embargo, las implementaciones inalámbricas 802.11 no suelen implementar RTS/CTS para todas las transmisiones; pueden desactivarlo por completo o, al menos, no utilizarlo para paquetes pequeños (la sobrecarga de RTS, CTS y transmisión es demasiado grande para transferencias de datos pequeñas).
  • Transmisión : si el medio se identificó como libre 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 eclipsará cualquier intento de escuchar). Continuando con el ejemplo inalámbrico, el nodo espera la recepción de un paquete de reconocimiento del punto de acceso para indicar que el paquete se recibió y se realizó la suma de comprobación correctamente. Si dicho reconocimiento no llega de manera oportuna, asume que el paquete colisionó con alguna otra transmisión, lo que hace que el nodo ingrese en un período de retroceso exponencial binario antes de intentar volver a transmitir.

Aunque CSMA/CA se ha utilizado en una variedad de sistemas de comunicación por cable, es particularmente beneficioso en una LAN inalámbrica debido a un 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 "estación oculta". [6] 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 de forma predeterminada. 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, depende de que el AP (o el "receptor" para redes ad hoc) conceda a una estación el derecho exclusivo de transmitir durante un período de tiempo determinado después de solicitarlo (Solicitud de envío/Autorización de envío). [7]

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 nivel de ruido (el nivel de ruido térmico es de alrededor de -101 dBm para canales de 20 MHz). [8] Por otro lado, los transmisores ignorarán a 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 sean Wi-Fi 6 , está entre -76 y -80 dBm. [9]

Intercambio IEEE 802.11 RTS/CTS

El CSMA/CA puede complementarse opcionalmente con el intercambio de un paquete de solicitud de envío (RTS) enviado por el emisor S y un paquete de autorización de envío (CTS) enviado por el receptor previsto R. De esta manera, se alerta a todos los nodos dentro del alcance del emisor, el receptor o ambos para que no transmitan durante la transmisión principal. Esto se conoce como intercambio RTS/CTS IEEE 802.11 . La implementación de RTS/CTS ayuda a resolver parcialmente el problema de los nodos ocultos que se encuentra a menudo en las redes inalámbricas. [10] [11]

Actuación

El rendimiento de CSMA/CA se basa en gran medida en la técnica de modulación utilizada para transmitir los datos entre nodos. Los estudios muestran que, en condiciones ideales de propagación (simulaciones), el espectro ensanchado por 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 de lejos al DSSS en lo que respecta 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

Véase también

Referencias

  1. ^ "Norma federal 1037C". Its.bldrdoc.gov . Consultado el 9 de septiembre de 2012 .
  2. ^ "American National Standard T1.523-2001, Telecom Glossary 2000". Atis.org. Archivado desde el original el 2008-03-02 . Consultado el 2012-09-09 .
  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. ^ ab Viral V. Kapadia; Sudarshan N. Patel; Rutvij H. Jhaveri (2010). "Estudio comparativo del problema del nodo oculto y su solución 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. ^ "¿Cómo afectan la detección de portadora y la interferencia al rendimiento de Wi-Fi?" (PDF) . Consultado el 15 de marzo de 2023 .
  7. ^ Park, Kihong. "Wireless Lecture Notes" (PDF) . Purdue . Consultado el 28 de septiembre de 2012 .
  8. ^ "Unión de canales en WiFi y física de radiofrecuencia | Computación en red".
  9. ^ Efecto de la interferencia de canales adyacentes en WLAN IEEE 802.11 - Eduard García Villegas; Elena López-Aguilera; Rafael Vidal; Josep Paradells (2007)
  10. ^ Comer, Douglas. (2009). Redes informáticas e Internet. Upper Saddle River, NJ: Pearson Education Inc. ISBN 0-13-504583-5
  11. ^ "MIT Lecture - Communication Systems Engineering. Dr. Eytan Modiano" (PDF) . Archivado (PDF) desde el original el 2010-06-13 . Consultado el 2012-09-09 .

Enlaces externos