Множественный доступ с контролем несущей

В ЛС расстояния между станциями достаточно малы. В таких условиях факт занятости общей среды передачи любая из станций может обнаружить посредством ее «прослушивания» – процедуры, получившей название «контроль несущей». Кроме этого, общая среда передачи в виде медного или оптического кабеля создает возможность постоянного контроля ее аналогового состояния и, благодаря этому, непосредственной фиксации факта коллизии. Эти обстоятельства позволяют существенно, в сравнении с алгоритмом ALOHA, сократить период уязвимости. Действительно, период времени, в течение которого может возникнуть коллизия (период уязвимости), в локальной сети определяется временем распространения сигнала () от станции, начавшей передачу (пусть станции А), до наиболее удаленной от нее станции сети. Если в этом временном интервале ни одна другая станция не предпримет попытку начать передачу, то «захват» канала станцией А можно считать состоявшимся. Однако, если такая попытка будет предпринята, то станция А узнает об этом самое позднее через секунд с момента начала передачи.

В общем случае, любая реализация множественного доступа с контролем несущей (МДКН) должна обеспечивать индикацию состояния среды (занята/свободна), выбор момента начала передачи кадра и управление поведением станции при обнаружении коллизии. Существующие варианты алгоритма МДКН отличаются, главным образом, логикой управления станцией, имеющей кадр для передачи, в условиях обнаружения занятости канала. Так называемый, настойчивый алгоритм МДКН (рис. 4.8) предусматривает, что станция, обнаружив занятость среды, будет продолжать непрерывно «слушать» ее и начнет передачу своего кадра как только среда освободится.

Ясно, что если в состоянии ожидания доступа к среде находились несколько станций, то возникновение коллизии в момент освобождения среды неминуемо. Для уменьшения вероятности таких ситуаций, станции, вовлеченные в коллизию, выполняют специальную процедуру «отката», результатом которой является вычисление каждой из них длительности задержки (t_s), по истечении которой они начинает повторное прослушивание среды. Этот интервал ожидания является псевдослучайной величиной, равномерно распределенной в некотором интервале. В целом, эти алгоритмы характеризуются довольно высоким уровнем вероятности коллизий.

Ненастойчивый алгоритм МДКН (рис. 4.9) старается уменьшить вероятность возникновения коллизии. Если станция обнаружила занятость канала, она сразу выполняет откат и вычисляет время задержки до начала следующей попытки прослушивания среды (t_s). Благодаря немедленному выполнению отката и псевдослучайному характеру выбора значения t_s, риск возникновения коллизии уменьшается. В сравнении с настойчивым алгоритмом МДКН, производительность МАС-протокола при высоких нагрузках повышается, но среднее время задержки передачи (t_d) в условиях низких нагрузок оказывается большим.

р -настойчивый алгоритм МДКН комбинирует элементы рассмотренных выше подходов.

Обнаружив, что среда занята, станция продолжает прослушивание до момента ее освобождения. Зафиксировав, что канал передачи свободен, станция с заданной вероятностью р начинает передачу кадра и с вероятностью (1-р) делает паузу длительностью , по истечению которой вновь прослушивает среду. Если среда остается свободной, то с вероятностью p передача кадра начнется и с вероятностью (1-р) будет отложена еще на . Так продолжается до тех пор, пока кадр не будет передан. Этот алгоритм стремится «размазать» во времени попытки начала передачи ожидающими доступа к среде станциями и увеличивает вероятность того, что начавшие передачу станции благополучно ее завершат. Представленные на рис. 4.11 зависимости S(G) соответствуют настойчивому алгоритму МДКН (для ненастойчивого алгоритма зависимости качественно аналогичны, но сдвинуты вправо). Параметром графиков является значение нормированной задержки распространения сигнала в среде передачи . Кривые рис. 4.11 хорошо иллюстрируют весьма высокую чувствительность алгоритмов случайного доступа к величине задержки распространения сигнала «из конца в конец» (интервал уязвимости). Так, при значении а=1 максимальная производительность канала не превышает 16% его пропускной способности, в то время, как при , производительность алгоритма уже достигает 53%. (Для ненастойчивых алгоритмов этот рост еще более значительный – от 14% до 81%).

При малых значениях параметра а как настойчивые, так и ненастойчивые алгоритмы благодаря механизму контроля состояния среды позволяют получить относительно высокие значения производительности (в сравнении с алгоритмом ALOHA). Но с увеличением значения этого параметра максимально достижимая производительность алгоритмов МДКН заметно падает. Отметим также, что ненастойчивые алгоритмы МДКН имеют более широкий диапазон нагрузок, при которых их производительность остается приемлемой.

Сократить затраты пропускной способности среды, возникающие вследствие коллизий, и, тем самым, повысить производительность алгоритма случайного доступа к среде можно посредством быстрого прекращения передачи кадров, вовлеченных в коллизию. Алгоритм множественного доступа с контролем несущей и обнаружением коллизий (МДКН/ОК), Carrier Sensing Multiple Access with Collision Detection (CSMA/CD), наряду со стратегией p- настойчивости в доступе к среде, использует и быстрое прекращение передачи коллизионных кадров. При этом, станции, вовлеченные в коллизию, прекращают передачу своих кадров и, с целью надежного ее обнаружения всеми другими узлами сети, посылают в среду короткий специальный сигнал.