الوصول المتعدد مع تجنب الاصطدام للشبكات اللاسلكية

📅 آخر تحديث: ١ أغسطس ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ١ أغسطس ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 1 صور
الموسوعة الحرة

بروتوكول MACAW ( الوصول المتعدد مع تجنب التصادم للشبكات اللاسلكية ) [ 1 ] هو بروتوكول تحكم في الوصول إلى الوسائط (MAC) مُقسّم إلى فترات زمنية، ويُستخدم على نطاق واسع في الشبكات المخصصة . [ 2 ] كما أنه يُعدّ أساسًا للعديد من بروتوكولات MAC الأخرى المستخدمة في شبكات الاستشعار اللاسلكية (WSN). [ 2 ] وقد تم اعتماد آلية IEEE 802.11 RTS/CTS من هذا البروتوكول. [ 3 ] [ 4 ] ويستخدم تسلسل إطارات RTS-CTS-DS-DATA-ACK لنقل البيانات، ويسبقه أحيانًا تسلسل إطارات RTS-RRTS ، وذلك بهدف حل مشكلة العقدة المخفية . [ 1 ] وعلى الرغم من أن البروتوكولات القائمة على MACAW، مثل S-MAC ، تستخدم استشعار الناقل بالإضافة إلى آلية RTS/CTS، إلا أن MACAW لا يستخدم استشعار الناقل. [ 1 ]

مبادئ التشغيل

مثال لتوضيح مبدأ MACAW. يُفترض أن العقد المتجاورة فقط هي التي تقع ضمن نطاق الإرسال لبعضها البعض.

لنفترض أن العقدة A لديها بيانات لنقلها إلى العقدة B. تبدأ العقدة A العملية بإرسال إطار طلب إرسال (RTS) إلى العقدة B. ترد العقدة B (العقدة الوجهة) بإطار جاهزية للإرسال (CTS). بعد استلام CTS، ترسل العقدة A البيانات. بعد نجاح الاستلام، ترد العقدة B بإطار تأكيد (ACK). إذا كان على العقدة A إرسال أكثر من جزء بيانات واحد، فعليها الانتظار لفترة عشوائية بعد كل عملية نقل بيانات ناجحة، والتنافس مع العقد المجاورة على الوسيط باستخدام آلية RTS/CTS. [ 1 ]

أي عقدة تستقبل إطار RTS (على سبيل المثال، العقدة F أو العقدة E في الرسم التوضيحي) تمتنع عن إرسال أي شيء حتى يتم استلام إطار CTS، أو بعد انتظار فترة زمنية محددة. إذا لم يتبع إطار RTS الملتقط إطار CTS، فإن أقصى وقت انتظار يساوي وقت انتشار إطار RTS ووقت استجابة العقدة الوجهة. [ 1 ]

أي عقدة (العقدة C والعقدة E) تستمع إلى إطار CTS تمتنع عن إرسال أي بيانات حتى يتم استلام إطار البيانات وإشارة التأكيد (حل مشكلة المحطة الطرفية المخفية )، بالإضافة إلى وقت عشوائي. يحتوي كل من إطاري RTS وCTS على معلومات حول طول إطار البيانات. وبالتالي، تستخدم العقدة هذه المعلومات لتقدير وقت اكتمال إرسال البيانات. [ 1 ]

قبل إرسال إطار بيانات طويل، تُرسل العقدة A إطار إرسال بيانات قصيرًا (DS)، يُقدّم معلومات حول طول إطار البيانات. كل محطة تستقبل هذا الإطار تعلم أن تبادل RTS/CTS قد نجح. أما المحطة التي تستقبل هذا الإطار (العقدة F)، والتي قد تكون استقبلت RTS وDS ولكن ليس CTS، فتؤجل إرسالها إلى ما بعد الموعد المفترض لاستلام إطار ACK بالإضافة إلى فترة زمنية عشوائية. [ 1 ]

باختصار، تتكون عملية نقل البيانات الناجحة (من A إلى B) من التسلسل التالي للإطارات:

  1. إطار "طلب الإرسال" (RTS) من A إلى B
  2. إطار "جاهز للإرسال" (CTS) من B إلى A
  3. إطار "إرسال البيانات" (DS) من A إلى B
  4. إطار بيانات من A إلى B، و
  5. إطار الإقرار (ACK) من B إلى A.

بروتوكول MACAW هو بروتوكول غير مستمر يعتمد على فترات زمنية محددة ، ما يعني أنه بعد انشغال الوسيط، مثلاً بعد إرسال رسالة CTS، تنتظر المحطة فترة زمنية عشوائية بعد بداية الفترة الزمنية المحددة قبل إرسال رسالة RTS. ينتج عن ذلك وصول عادل إلى الوسيط. فإذا كان لدى العقد A وB وC، على سبيل المثال، أجزاء بيانات لإرسالها بعد فترة انشغال، فسيكون لديها نفس فرصة الوصول إلى الوسيط لأنها تقع ضمن نطاق إرسال بعضها البعض.

RRTS

المصدر: [ 1 ]

لا يعلم العقد D بعملية نقل البيانات الجارية بين العقدتين A وB. لدى العقد D بيانات لإرسالها إلى العقدة C، التي تقع ضمن نطاق إرسال العقدة B. يبدأ D العملية بإرسال إطار RTS إلى العقدة C. وقد أرجأت العقدة C إرسالها بالفعل حتى اكتمال عملية نقل البيانات الحالية بين العقدتين A وB (لتجنب التداخل في القناة عند العقدة B). لذا، على الرغم من استلامها إطار RTS من العقدة D، فإنها لا ترد بإطار CTS. تفترض العقدة D أن إطار RTS الخاص بها لم ينجح بسبب التصادم، وبالتالي تتراجع ( باستخدام خوارزمية التراجع الأسي ).

إذا كان لدى العقدة A عدة أجزاء بيانات لإرسالها، فإن اللحظة الوحيدة التي يمكن فيها للعقدة D بدء نقل البيانات بنجاح هي خلال فترات زمنية قصيرة بين إتمام العقدة A لنقل البيانات وإتمام العقدة B لطلب نقل البيانات التالي (CTS) للعقدة A. ومع ذلك، نظرًا لفترة التراجع الزمنية للعقدة D، فإن احتمالية الاستحواذ على الوسيط خلال هذه الفترة الزمنية القصيرة ليست عالية. ولزيادة العدالة بين العقد، يقدم بروتوكول MACAW رسالة تحكم جديدة تسمى "طلب طلب الإرسال" (RRTS).

عندما تُرسل العقدة C، التي لا تستطيع الرد سابقًا بسبب استمرار الإرسال بين العقدتين A وB، رسالة RRTS إلى العقدة D خلال فترة التنافس التالية، فإن مُستقبِل رسالة RRTS (العقدة D) يستجيب فورًا برسالة RTS، ويبدأ تبادل الرسائل المعتاد. أما العقد الأخرى التي تستمع إلى رسالة RRTS، فتنتظر فترتين زمنيتين، وهما مدة كافية للتأكد من نجاح عملية تبادل RTS-CTS.

باختصار، قد تتكون عملية النقل في هذه الحالة من التسلسل التالي من الإطارات بين العقدة D والعقدة C:

  1. إطار "طلب الإرسال" (RTS) من D إلى C
  2. إطار "طلب إرسال" (RRTS) من C إلى D (بعد تأخير قصير)
  3. إطار "طلب الإرسال" (RTS) من D إلى C
  4. إطار "جاهز للإرسال" (CTS) من C إلى D
  5. إطار "إرسال البيانات" (DS) من D إلى C
  6. إطار بيانات مجزأ من D إلى C،
  7. إطار الإقرار (ACK) من C إلى D

بحث مستمر

تم تطوير خوارزميات تراجع إضافية وإجراء بحوث عليها لتحسين الأداء. [ 5 ] [ 6 ] [ 7 ] [ 8 ] [ 9 ] يعتمد المبدأ الأساسي على استخدام تقنيات التسلسل، حيث يحتفظ كل عقدة في الشبكة اللاسلكية بعداد يحد من عدد المحاولات بحيث يكون أقل من أو يساوي رقم التسلسل، أو استخدام حالات القناة اللاسلكية للتحكم في احتمالات الوصول، بحيث يكون للعقدة ذات حالة القناة الجيدة احتمال أكبر للنجاح في التنافس. [ 5 ] وهذا يقلل من عدد التصادمات.

مشاكل لم يتم حلها

لا يحل بروتوكول MACAW عادةً مشكلة الطرفية المكشوفة . لنفترض أن العقدة G لديها بيانات لإرسالها إلى العقدة F في مثالنا. لا تملك العقدة G أي معلومات حول نقل البيانات الجاري من A إلى B. تبدأ العقدة G العملية بإرسال إشارة RTS إلى العقدة F. تقع العقدة F ضمن نطاق إرسال العقدة A، ولا يمكنها استقبال إشارة RTS من العقدة G، نظرًا لتعرضها لتداخل القنوات . تفترض العقدة G أن إشارة RTS الخاصة بها لم تنجح بسبب التصادم، وبالتالي تتراجع قبل المحاولة مرة أخرى. في هذه الحالة، لن يُحسّن الحل الذي توفره آلية RRTS الوضع كثيرًا، لأن إطارات البيانات المرسلة من B طويلة نسبيًا مقارنةً بالإطارات الأخرى. احتمال تعرض F للإرسال من A مرتفع جدًا. لا تملك العقدة F أي فكرة عن أي عقدة مهتمة ببدء نقل البيانات إليها، إلى أن تُرسل G إشارة RTS بالصدفة بين عمليات الإرسال من A.

علاوة على ذلك، قد لا يتصرف برنامج MACAW بشكل طبيعي في البث المتعدد .

انظر أيضاً

مراجع

  1. 1 2 3 4 5 6 7 8 فادوفور بهارغافان وآخرون  (1994-08-01). "MACAW: بروتوكول الوصول إلى الوسائط لشبكات LAN اللاسلكية" (ملف PDF) . في وقائع مؤتمر ACM SIGCOMM (SIGCOMM '94)، أغسطس 1994، الصفحات 212-225 . تم الاطلاع عليه بتاريخ 18 يناير 2007 .{{cite journal}}يتطلب الاستشهاد بالمجلة ( مساعدة )|journal=
  2. 1 2 وي يي وآخرون (2002-06-01). "بروتوكول MAC موفر للطاقة لشبكات الاستشعار اللاسلكية" (ملف PDF) . مؤتمر INFOCOM 2002. مؤرشف من النسخة الأصلية (PDF) بتاريخ 2006-11-04 . تم الاطلاع عليه بتاريخ 2006-11-26 . {{cite journal}}يتطلب الاستشهاد بالمجلة ( مساعدة )|journal=
  3. ↑ وي يي وآخرون (1 يونيو 2004). "التحكم في الوصول إلى الوسائط مع وضع السكون التكيفي المنسق لشبكات الاستشعار اللاسلكية" (ملف PDF) . مجلة IEEE/ACM للمعاملات في الشبكات، المجلد 12، العدد 3، الصفحات 493-506، يونيو 2004. مؤرشف من النسخة الأصلية (PDF) بتاريخ 9 ديسمبر 2006. تم الاطلاع عليه بتاريخ 27 ديسمبر 2006 . {{cite journal}}يتطلب الاستشهاد بالمجلة ( مساعدة )|journal=
  4. ↑ كارل ، هولجر (2005). بروتوكولات وهياكل شبكات الاستشعار اللاسلكية . وايلي. ص 117. ISBN  0-470-09510-5.
  5. 1 2 غووانغ مياو ؛ غوكونغ سونغ (2014). تصميم شبكات لاسلكية موفرة للطاقة والطيف . مطبعة جامعة كامبريدج . ISBN 978-1107039889.
  6. ↑ ب. فينكاتا كريشنا، سوديب ميسرا، محمد س. عبيدات ، و ف. ساريثا، "خوارزمية التراجع الافتراضي: تحسين للتحكم في الوصول إلى الوسائط 802.11 لتحسين أداء الشبكات اللاسلكية" في معاملات IEEE في تكنولوجيا المركبات (VTS)، 2010
  7. ↑ سوديب ميسرا، بي. فينكاتا كريشنا، وكيران إسحاق أبراهام، "حلول الأتمتة التعليمية للوصول إلى الوسائط مع حجز القنوات في الشبكات اللاسلكية"، قُبل للنشر في مجلة الاتصالات الشخصية اللاسلكية (WPS)، سبرينغر
  8. ↑ P. Venkata Krishna & N.Ch.SN Iyengar “Design of Sequencing Medium Access Control to improve the performance of Wireless Networks” Journal of Computing and Information Technology (CIT Journal), Vol. 16, No. 2, pp. 81-89, June 2008.
  9. ↑ P.Venkata Krishna & N.Ch.SNIyengar, 'Sequencing Technique – An Enhancement to 802.11 Medium Access Control to improve the performance of Wireless Networks', Int. J. Communication Networks and Distributed Systems, Vol.1, No.1, pp 52-70, 2008