Множинний доступ з поділом частот

У FDMA мета полягає у поділі частотного діапазону на слоти (щілини) з наступним розділенням сигналів різних користувачів шляхом їх поміщення в окремі частотні щілини. Складність полягає в тому, що частотний діапазон обмежений і що звичайно існує значно більше потенційних користувачів, ніж наявних частотних щілин. Для ефективного використання комунікаційного каналу система повинна мати можливість управління наявними щілинами. У сучасній мобільній телефонній системі (advanced mobile phone system – AMPS) коміркова система, впроваджена в США, розрізняє абонентів, використовуючи окремі частотні щілини через FDMA. Коли один телефонний виклик завершено, то комп’ютер, який керує системою на комірковій базовій станції перепризначає звільнену частотну щілину новому активному абоненту. Ключове завдання системи AMPS полягає в повторному використанні частотних щілин, коли це тільки можливе, щоб сприйняти максимально можливу кількість активних абонентів. У локальній комірці частотні щілини можуть бути повторно використані після завершення відповідного зв’язку між абонентами. Крім того, ті самі частотні щілини можуть бути незалежно використані багатьма абонентами, розташованими в окремих комірках. Ці комірки повинні бути локалізовані достатньо далеко одна від одної, щоб радіосигнал, який використовує ту ж частотну щілину, достатньо послабився.

Множинний доступ з поділом часу

Мета TDMA – це поділ часу на щілини і розділення сигналів від різних користувачів шляхом поміщення цих сигналів в окремі часові щілин. Ускладнення полягає в тому, що запити на використання окремого комунікаційного каналу з’являються випадково, так що можливі ситуації, коли кількість запитів на часові щілини перевищує кількість наявних щілин. У цьому випадку інформація повинна буферизуватися або записуватися в пам’ять, доки часові щілини не звільняться для пересилання даних. Буферизація спричиняє затримки в системі. У комірковій системі IS54 три цифрові сигнали, розшаровані в TDMA, пересилаються в 30-кілогерцовій частотній щілині, зайнятій одним аналоговим сигналом APMS. Буферизація цифрових сигналів і їх розшарування в часі обумовлює додаткову затримку, але ця затримка настільки мала, що вона звичайно не реєструється абонентами при зв’язку. Отже, система IS54 використовує особливості обидвох систем TDMA та FDMA.

Множинний доступ з розпізнанням носія

Одним із методів випадкового досупу, який обмежує можливість колізій, є множинний доступ з розпізнанням носія (carrier-sense multiple assess - CSMA).

Розпізнання носія (carrier sense):

· В локальних мережах – це поведінка станції з метою виявлення, чи інші станції здійснюють пересилання.

Множинний доступ із розпізнанням носія (carrier sense multiple access - CSMA):

· Схема управління мережею, у якій вузли перевіряють відсутність іншого трафіку перед пересиланням.

 

Множинний доступ із розпізнанням носія і уникненням колізій (carrier sense multiple access with collision avoidance (CSMA/CA):

Протокол управління мережею, у якому

· вживається схема розпізнавання носія;

· станція, яка має намір пересилати, висилає сигнал глушіння;

· після вичікування певний час, достатній для того, щоб усі станції прийняли сигнал глушіння, станція пересилає рамку і,

· якщо станція виявляє сигнал глушіння від інших станцій під час пересилання, то вона припиняє пересилання на випадковий інтервал часу і тоді пробує продовжити його.

У цьому методі вузли спочатку слухають канал і затримують пересилання, якщо виявляють, що канал зайнятий. Внаслідок затримок на поширення та обробку сигналів у каналі можлива ситуація, коли вузли помилково ввжають зайнятий канал вільним і розпочинають пересилання, що викликає колізію пакетів. Однак в CDMA вузли, які пересилають, можуть розпізнати появу колізії, бо не отримують підтвердження пошкодженого пакету. У цьому випадку вузли вичікують випадковий інтервал часу, перш ніж знову ропочати пересилання, запобігаючи цим повторній колізії. Цей метод поширений у пакетних мережах із радіозв’язком.

Важливо мінімізувати час, який втрачає комунікаційний канал у стані колізії, оскільки тоді вузли не мають доступу до каналу навіть при наявності інформації для пересилання. Якщо вузол може одночасно передавати і приймати (звичайно це можливе в провідних і оптоволоконних мережах, але не в мережах із радіозв’язком), то він зупиняє передавання негайно після виявлення колізії, що переводить канал у безколізійний стан на так довго, як це можливе. Цей процес називають множинним доступ з розпізнанням носія і виявленням колізій (carrier-sense multiple assess with collision detection –CSMA/CD); він використовується в поширених мережах Ethernet.

Множинний доступ із розпізнанням носія і виявленням колізій (carrier sense multiple access with collision detection (CSMA/CD):

Протокол управління мережею, у якому

· вживається схема розпізнавання носія і

· станція, яка пересилає дані, при виявленні іншого сигналу під час пересилання рамки припиняє висилання цієї рамки, висилає сигнал глушіння і потім вичікує випадковий інтервал часу, перш ніж пробувати повторно вислати цю ж рамку.

Множинний доступ із роширенням спектру

Оскільки колізії погіршують характеристики мережі, то були опрацьовані методи, які дозволяють множинне пересилання через широкомовну мережу без неминучого взаємного пошкодження пакетів. Один із найбільш успішних методів називають множинним доступом із розширенням спектру (spread-spectrum multiple access – SSMA). У SSMA одночасні пересилання можуть бути причиною тільки незначного збільшення ймовірності помилкових бітів для кожного користувача, якщо канал не надто перевантажений. Безпомилкові пакети можуть бути знайдені за допомогою придатного контрольного коду. Недоліки SSMA полягають у потребі ширшої ширини смуги для сигналу, більшій вартості обладнання і складності порівняно з звичайним ALOHA або CSMA.

Множинний доступ з кодовим поділом (Code Division Multiple Access – CDMA) – це метод мультиплексування (безпровідних) користувачів із використанням ортогональних кодів розрізнення. Всі користувачі можуть пересилати водночас і для кожного наявна повна частотна смуга для пересилання. CDMA також відоми1 як множинний доступ з розширенням спектру (Spread Spectrum Multtiple Access – SSMA). CDMA не потребує виділення смуги для користувача, ані синхронізації індивідуальних користувачів, як FDMA. Користувач CDMA має повну смугу частот увесь час, однак якість комунікації знижується із зростанням кількості користувачів (зростає коефіцієнт помилковості бітів – BER).

У CDMA кожен користувач:

· має власний PN-код;

· використовує ту саму радіочастотну смугу;

· пересилає незалежно (асинхронно або синхронно).

Кореляція прийнятого розширеного спектру сигналу rx_b в основній смузі з PN-послідовністю користувача 1 звужує тільки сигнал користувача 1. Інші користувачі створюють лише шум N_u для користувача 1. Тільки та частина шумів, викликаних іншими користувачами, яка попадає в інформаційну смугу частот [-R_s, +R_s] приймача, може викликати завади для бажаного сигналу.

Система PN-кодів повинна мати такі властивості:

· автокореляцію для доброї синхронізації;

· низьку кроскореляцію (ортогональні коди) для низького MAI.

Придатні коди:

· коди Голда (Gold codes), коди Kasami (для асинхронного CDMA);

· коди Гадамара-Волша (Hadamard-Walsh) (для синхронного CDMA).

Архітектура мереж

Два фундаментальні елементи формують мережу: її архітектура та впроваджені протоколи. Архітектура мережі залежить від ряду ключових факторів: затримки (ширини смуги), географічних, організації користувачів (сключно із їх спільнотами щодо використання комунікацій), носіїв інформації, а також від комунікаційних послуг. Архітектура мережі оптимізується з урахуванням цих факторів різним чином: для мінімізації коштів транспорту інформації, часу пересилання, для впровадження надійності та захисту інформації, для інтеграції різних носіїв інформації і т.п., щоб задовільнити потреби користувачів; при цьому виникає дилема використання виділених, універсальних або повсюдних (публічних) мереж. Протоколи забезпечують мережеві послуги організованим чином, наприклад, у спосіб, описаний еталонною семирівневою моделлю OSI. Вона структурує комунікаційні обміни і сприяє якості послуг, потрібній замовнику.