Πρωτόκολλα Ελέγχου προσπέλασης μέσου Πρόβλημα: ταυτόχρονη μετάδοση δύο ή περισσότερων κόμβων στο ίδιο κανάλι (μήκος κύματος). Ένα τέτοιο γεγονός ονομάζεται σύγκρουση. Ένα πρωτόκολλο MAC έχει συνήθως ως στόχο την αποφυγή των συγκρούσεων καναλιών και τον προσδιορισμό των διαδικασιών με βάση τις οποίες θα γίνονται οι επιλογές όπου είναι απαραίτητο.
Παράμετροι διαφοροποίησης πρωτοκόλλων Πρωτόκολλα προανάθεσης: Δεν υπάρχει κανάλι ελέγχου. Οι μεταδότες ή οι αποδέκτες έχουν προκαθορισμένο μήκος κύματος. Πρωτόκολλα με συντονισμό πριν τη μετάδοση: Απαιτείται η χρήση ενός μήκους κύματος ως καναλιού ελέγχου για συντονισμό μεταξύ των κόμβων.
TT-FR FT-FR TT-TR FT-TR xt-xr x: Tunable η Fixed π.χ. ΤΤ-FR : Tunable Tranceiver Fixed Receiver CC : Control Channel
Παράμετροι διαφοροποίησης πρωτοκόλλων Πρωτόκολλα κρατήσεων με συντονισμό πριν την μετάδοση (πές και ξεκίνα) Πρίν την μετάδοση ο κόμβος εκπέμπει ένα πακέτο στο κανάλι ελέγχου για να ενημερώσει τους πιθανούς προορισμούς και στην συνέχεια μεταδίδει τα δεδομένα. Πλήθος των καναλιών δεδομένων και των καναλιών ελέγχου. Συγχρονισμός. Ένα πρωτόκολλο καλείται σύγχρονο εάν υπάρχει κοινό ρολόι και τα κανάλια δεδομένων διαιρούνται σε χρονοθυρίδες. Διαφορετικά το πρωτόκολλο καλείται ασύγχρονο.
Υλικός εξοπλισμός ανα κόμβο. Ενεργές λειτουργίες στον ομφαλό (HUB), όχι απλά παθητική σύζευξη. Δυνατότητα προσαρμογής με βάση τις πληροφορίες δικτύου. Καθυστερήσεις συντονισμού ή μεταγωγής στους πομποδέκτες. Εύρος συντονισμού.
Παράμετροι διαφοροποίησης πρωτοκόλλων Μέγεθος πακέτου: σταθερό ή μεταβλητό. Διεκπεραιωτική ικανότητα του δικτύου: πόσο αποδοτικά χρησιμοποιείται το εύρος ζώνης. Πολιτική χειρισμού συγκρούσεων.
Πρωτόκολλα σταθερής ανάθεσης I-TDMA (Interleaved time division multiple access) Μοντέλο δικτύου : WDM εκπομπής επιλογής τοπολογίας αστέρα, με Ν κόμβους και W μήκη κύματος. Κάθε κόμβος διαθέτει ένα μεταβλητό μεταδότη με αμελητέο χρόνο συντονισμού και με εύρος που καλύπτει και τα W μήκη κύματος. Κάθε κόμβος διαθέτει ένα σταθερό αποδέκτη συντονισμένο στο κανάλι βάσης. Το μέγεθος των πακέτων είναι σταθερό και ο χρόνος διαιρείται σε θυρίδες. Ο χρόνος διαιρείται σε κύκλους και σε κάθε κόμβο του δικτύου αντιστοιχεί μια θυρίδα ανα κύκλο κατα την οποία μπορεί να μεταδώσει σε οποιοδήποτε κανάλι. Κάθε μεταδότης διαθέτει ουρά στη οποία αποθηκεύονται τα προς μετάδοση πακέτα. Κατα τη χρονική στιγμή που του έχει ανατεθεί απο το πρωτόκολλο ο κόμβος μεταδίδει το πακέτο στην κορυφή της ουράς αφού συντονίσει το μεταδότη στο κανάλι βάσης του κόμβου προορισμού.
. Βέλτιστη αυτοδρομολόγηση: Κάθε κόμβος διαθέτει το δικό του κανάλι βάσης (W=N). Μερική αυτοδρομολόγηση: Δύο ή περισσότεροι κόμβοι μοιράζονται το ίδιο κανάλι βάσης (N>W).
Χάρτης ανάθεσης μεταδοτών/αποδεκτών με N=W=5 σε I-TDMA
Απόδοση Υψηλή απόδοση σε υψηλό φόρτο Χαμηλή απόδοση σε χαμηλό φόρτο
Πρωτόκολλα σταθερής ανάθεσης I-TDMA* (Interleaved time division multiple access) Σε κάθε μεταδότη υπάρχουν τόσες ουρές όσες και τα μήκη κύματος (W).
I-TDMA* method 0 Εφαρμόζεται όταν WT N όπου T είναι ο χρόνος που χρειάζεται ένας κόμβος να ολοκληρώσει την μετάδοσή ενός πακέτου σε ένα δεδομένο κανάλι. Εάν α είναι ο χρόνος που απαιτείται για τον συντονισμό και εάν η μετάδοση διαρκεί όσο μαι χρονοθυρίδα τότε Τ= α + 1 (σε χρονοθυρίδες). Μήκος κύκλου: Ν για W<N, N-1 για W=N Βασικοί κανόνες : Στο κανάλι 0 θα μεταδώσει ο κόμβος i την στιγμή (i+1)mod N Ο κόμβος αλλάζει κανάλι κάθε Τ χρονοθυρίδες.
I-TDMA* method 1 Εφαρμόζεται όταν WT > N όπου T είναι ο χρόνος που χρειάζεται ένας κόμβος να ολοκληρώσει την μετάδοσή ενός πακέτου σε ένα δεδομένο κανάλι. Μήκος κύκλου: WΤ ισούται με το χρόνο που απαιτεί κάθε μεταδότης για να συντονιστεί και να μεταδώσει σε όλα τα μήκη κύματος που χρησιμοποιούνται στο σύστημα. Η μέθοδος αποτελεί επέκταση της I-TDMA method0 Βασικοί κανόνες : Στο κανάλι 0 θα μεταδώσει ο κόμβος i την στιγμή (i+1)mod N Ο κόμβος αλλάζει κανάλι κάθε Τ χρονοθυρίδες.
I-TDMA* method 2 Εφαρμόζεται επίσης όταν WT > N Μειώνεται το μέγεθος του κύκλου για καλύτερη απόδοση σε συνθήκες χαμηλού φόρτου, αφού μικρότερος κύκλος συνεπάγεται γρηγορότερη προσπέλαση. Μήκος κύκλου: N Η ανάθεση των καναλιών στους κόμβους είναι σταθερή και ίδια με την I-TDMA όταν Τ=1 (α=0). Υπάρχει περίπτωση ένας κόμβος να μην προλάβει να μεταδώσει σε κανάλι που του έχει ανατεθεί λόγω αδυναμίας συντονισμού (δεν έχει τον χρόνο να συντονίσει τον μεταδότη). Αυτό συμβαίνει επειδή WT>N δηλαδή ο χρόνος συντονισμού και μετάδοσης σε όλα τα κανάλια είναι μεγαλύτερος από τον κύκλο.
Κανόνες ανάθεσης καναλιών (συντονισμού) στο I-TDMA method2 Έστω c[i,j] το κανάλι που έχει ανατεθεί στον κόμβο i για τη χρονοθυρίδα j Δηλαδή αν c[i,j] = λ τότε ο κόμβος i θα μεταδώσει σε κανάλι λ την στιγμή j όπου 0 i N-1, 1 j N, 0 λ W-1 c[i,j] = null σημαίνει οτι δεν έχει ανατεθεί κανάλι στον κόμβο i για την χρονοθυρίδα j. Μετά απο μετάδοση του κόμβου i στο κανάλι c[i,j] : εάν c[i,1+(j+α)modν] null και η ουρά του κόμβου για το συγκεκριμένο κανάλι δεν είναι κενή τότε ο κόμβος αρχίζει να συντονίζει το μεταδότη του στο κανάλι c[i,1+(j+α)modν] διαφορετικά ο κόμβος περιμένει και στην επόμενη χρονοθυρίδα ελέγχει ξανά με j=j+1
Μειονέκτημα της I-TDMA method2 Η μέθοδος I-TDMA method2 μπορεί να παρουσιάσει δυσλειτουργία σε συγκεκριμένες περιπτώσεις. π.χ. παρατηρούμε οτι αν υπάρχουν συνεχώς δεδομένα προς αποστολή στα κανάλια 0 και 2 δεν θα είναι δυνατή η αποστολή δεδομένων στο κανάλι 1. Το παραπάνω πρόβλημα μπορεί να ξεπεραστεί με την προσθήκη επιπλέον χρονοθυρίδας.
R-TDMA (Random TDMA) Πρόκειται για άλλη μια ενδιαφέρουσα παραλλαγή του TDMA. Βασίζεται στην υπόθεση οτι ο μεταβλητός μεταδότης ενός κόμβου έχει περιορισμένο εύρος συντονισμού. Άρα κάθε κόμβος μπορεί να μεταδώσει σε ένα υποσύνολο των W μηκών κύματος. Επιπλέον κάθε κόμβος i διαθέτει έναν αριθμό απο r i σταθερούς αποδέκτες και στη γενική περίπτωση ισχύει r i r j. Συνεπώς η αρχιτεκτονική χαρακτηρίζεται ως TT-FR ri. Αυτό συνεπάγεται ότι οι αποδέκτες μπορούν να λαμβάνουν δεδομένα ταυτόχρονα στα αντίστοιχα μήκη κύματος. Προυποθέσεις: Κάθε κανάλι βρίσκεται εντός του εύρους συντονισμού τουλάχιστον ενός κόμβου του συστήματος. Τουλάχιστον ένας κόμβος στο σύστημα έχει έναν αποδέκτη συντονισμένο σταθερά σε ένα κανάλι, για όλα τα κανάλια. Δηλαδή σε κάθε κανάλι μπορεί να γίνει λήψη τουλάχιστο απο έναν κόμβο. Για κάθε πιθανό ζεύγος κόμβων αποστολέα-παραλήπτη υπάρχει τουλάχιστο ένα κανάλι μέσω του οποίου μπορούν να επικοινωνήσουν.
Πρωτόκολλο ανάθεσης καναλιών Πριν την έναρξη κάθε χρονοθυρίδας όλοι οι κόμβοι τρέχουν έναν κοινό κατανεμημένο αλγόριθμο ο οποίος καθορίζει τους κόμβους που θα μεταδώσουν κατα την επόμενη χρονοθυρίδα.
Ορίζονται οι παρακάτω συμβολισμοί:
Αλγόριθμος αναθέσεων
Όταν ένας κόμβος δρομολογηθεί για μετάδοση σε ένα κανάλι, μπορεί να επιλέξει ένα απο τα πακέτα που έχει αποθηκευμένα και προορίζονται για κόμβους που μπορούν να κάνουν λήψη στο συγκεκριμένο κανάλι. Η απόδοση είναι υψηλή απο μέτριο προς υψηλό φορτίο. Μέγιστη απόδοση επιτυγχάνεται όταν ο αριθμός των σταθερά συντονισμένων αποδεκτών ανα κόμβο ισούται με τα διαθέσιμα μήκη κύματος. Δέν υπάρχουν συγκρούσεις (όπως σε όλα τα πρωτόκολλα σταθερής ανάθεσης.
Παράδειγμα Έστω σύστημα με Ν=4, W=3, α=0 Οι δυνατοί συντονισμοί των μεταδοτών είναι Κανάλι 0 2,3 1 0 2 1,2 Μεταδότες Δώστε ένα πιθανό πίνακα συντονισμού αποδεκτών και βρείτε τον χάρτη ανάθεσης για την 1η χρονοθυρίδα παράγοντας τυχαίους αριθμούς
TDMA TT-TR Οι κόμβοι διαθέτουν μεταβλητό μεταδότη και μεταβλητό αποδέκτη (TT-TR) Ο αποδέκτης μπορεί να συντονιστεί σε όλο το εύρος διαθέσιμων καναλιών σε αμελητέο χρόνο Η ανάθεση καναλιών γίνεται σε ζεύγος κόμβων. Όταν σε ενα ζεύγος (i,j) ανατίθεται ενα κανάλι για συγκεκριμένη χρονοθυρίδα σημαίνει ότι ο κόμβος i έχει δικαίωμα να μεταδώσει στον κόμβο j στο κανάλι που τους έχει ανατεθεί.
Παράδειγμα χάρτη ανάθεσης TDMA TT-TR N=3, W=2, a=0 Κανάλια Ζεύγη κόμβων 0 (0,1) (0,2) (1,0) (0,1) 1 (1,2) (2,0) (2,1) (1,2) Χρονοθυρίδες 1 2 3 4 Κύκλοι: <-------- 1ος ----> <--- 2ος
Destination Allocation TDMA TT-TR Κατα την διάρκεια μιας χρονοθυρίδας δίνεται άδεια επικοινωνίας σε περισσότερα απο ενα ζεύγη κόμβων ανα κανάλι, με τον περιορισμό ότι θα επιλέξουν τον ίδιο κόμβο ως προορισμό. Με αυτό τον τρόπο ελαττώνουμε τις καθυστερήσεις προσπέλασης εισάγωντας όμως την πιθανότητα συγκρούσεων
Παράδειγμα χάρτη ανάθεσης DA TDMA TT-TR N=4, W=2, a=0 Κανάλια 0 (0,1) (2,1) Ζεύγη κόμβων (0,3) (0,2) (3,1) (0,1) (2,1) 1 (1,2) (3,2) (1,0) (2,0) (3,0) (2,3) (1,3) (1,2) (3,2) Χρονοθυρίδες 1 2 3 4 1 Κύκλοι: <-------- 1ος ----> <--- 2ος
Source Allocation TDMA TT-TR Κατα την διάρκεια μιας χρονοθυρίδας δίνεται άδεια επικοινωνίας σε Ν-1 ζεύγη κόμβων να επικοινωνήσουν στο ίδιο κανάλι, με τον περιορισμό να είναι κοινός ο αποστολέας. Με αυτό τον τρόπο ελαττώνουμε τις καθυστερήσεις προσπέλασης εισάγωντας όμως την πιθανότητα συγκρούσεων αποδέκτη.
Παράδειγμα χάρτη ανάθεσης SA TDMA TT-TR N=4, W=2, a=0 Κανάλια Ζεύγη κόμβων 0 (0,1) (0,2) (0,3) (2,0) (2,1) (2,3) (0,1) (0,2) (0,3) (2,0) (2,1) (2,3) 1 (1,0) (1,2) (1,3) (3,0) (3,1) (3,2) (1,0) (1,2) (1,3) Χρονοθυρίδες 1 2 1 2 Κύκλοι: <-------- 1ος ----> <--- 2ος (3,0) (3,1) (3,2)
Παράδειγμα χάρτη ανάθεσης SA TDMA TT-TR N=4, W=2, a=0 Κανάλια Ζεύγη κόμβων 0 (0,1) (0,2) (0,3) (2,0) (2,1) (2,3) (0,1) (0,2) (0,3) (2,0) (2,1) (2,3) 1 (1,0) (1,2) (1,3) (3,0) (3,1) (3,2) (1,0) (1,2) (1,3) Χρονοθυρίδες 1 2 1 2 Κύκλοι: <-------- 1ος ----> <--- 2ος (3,0) (3,1) (3,2)