キャリアセンス多重アクセス

キャリア検知多重アクセス( CSMA ) は、電気バスや電磁スペクトルの帯域などの共有伝送媒体で送信する前に、ノードが他のトラフィックが存在しないことを確認する媒体アクセス制御(MAC) プロトコルです。

CSMA では、送信機はキャリアセンスメカニズムを使用して、送信を開始する前に別の送信が進行中かどうかを判断します。つまり、送信を試みる前に別のノードからのキャリア信号の存在を検出しようとします。キャリアが検出されると、ノードは進行中の送信が終了するまで待機してから、独自の送信を開始します。CSMA を使用すると、複数のノードが同じメディアで順番に送信および受信できます。通常、1 つのノードによる送信は、メディアに接続されている他のすべてのノードによって受信されます。

基本的な CSMA のバリエーションには、衝突回避 ( CSMA/CA )、衝突検出 ( CSMA/CD )、および衝突解決技術の追加が含まれます。

アクセスモード

CSMA のバリエーションでは、共有メディアへの送信を開始するタイミングを決定するために、さまざまなアルゴリズムが使用されます。これらのアルゴリズムの主な特徴は、送信を開始する際の積極性または持続性です。より積極的なアルゴリズムでは、送信をより迅速に開始し、メディアの利用可能な帯域幅をより多く使用します。通常、これは他の送信機との衝突の可能性が増すという代償を伴います。

1-永続的: 1-持続 CSMA は、積極的な送信アルゴリズムです。送信ノードが送信準備ができると、送信メディアがアイドル状態かビジー状態かを検知します。アイドル状態の場合は、直ちに送信します。ビジー状態の場合は、アイドル状態になるまで送信メディアを継続的に検知し、その後、メッセージ (フレーム)を無条件 (つまり、確率 = 1) で送信します。衝突が発生した場合、送信者はランダムな時間待機し、同じ手順を再度試行します。1-持続 CSMA は、イーサネットを含む CSMA/CD システムで使用されます。

非永続的: 非持続 CSMA は、非アグレッシブな送信アルゴリズムです。送信ノードがデータを送信する準備ができると、送信メディアがアイドル状態かビジー状態かを検知します。アイドル状態の場合は、すぐに送信します。ビジー状態の場合は、1 持続 CSMA の最後のランダム待機ステップに直接ジャンプしてから、ロジックサイクル全体をもう一度繰り返します。ビジーチャネルをチェックして送信を試みることはないため、この名前が付けられています。このアプローチにより、衝突の可能性が減り、メディア全体のスループットが向上しますが、1 持続と比較して初期遅延が長くなるというペナルティがあります。

P-持続性: このアプローチは、1-持続的 CSMA アクセスモードと非持続的 CSMA アクセスモードの中間に位置します。^[1]送信ノードは、データを送信する準備ができると、伝送媒体がアイドル状態かビジー状態かを検知します。アイドル状態の場合は、すぐに送信する。ビジー状態の場合は、伝送媒体がアイドル状態になるまで継続的に検知し、その後確率pで送信します。ノードが送信しない場合 (このイベントの確率は1-p )、同じ確率p を使用して、ランダムな時間待機してから同じ手順を再試行します。^[2]伝送媒体がビジー状態でない場合は、同じ確率pで再度送信します。この確率的なホールドオフは、フレームが最終的に送信されるか、媒体が再びビジー状態になったことが判明するまで (つまり、他のノードがすでに送信を開始している) 繰り返されます。後者の場合、ノードは (伝送媒体がアイドル状態かビジー状態かを検知することから始まる) ロジックサイクル全体を再度繰り返します。p-持続的 CSMA は、Wi-Fiやその他のパケット無線システムを含む CSMA/CA システムで使用されます。p = 0 の持続 CSMA は非持続 CSMA とは異なることに注意してください。どちらも手順の開始時にのみ送信できます (チャネルがアイドル状態の場合) が、ビジー状態のチャネルでの動作は異なります。非持続 CSMA はチャネルを感知しようとせず、論理サイクルを再開しますが、 p = 0は必然的に無限の待機ループに陥ります (チャネルがアイドル状態に戻っても送信の可能性がゼロであるため)。

O持続性: 各ノードには、監視ノードによって送信順序が割り当てられます。送信媒体がアイドル状態になると、ノードは割り当てられた送信順序に従ってタイムスロットを待機します。最初に送信するように割り当てられたノードは、すぐに送信します。2番目に送信するように割り当てられたノードは、1タイムスロット待機します（ただし、その時点で最初のノードはすでに送信を開始しています）。ノードは他のノードからの送信について媒体を監視し、検出した送信ごとに割り当てられた順序を更新します（つまり、キューの先頭に1つ近づきます）。^{[3] O-persistent CSMAは}、CobraNet、LonWorks、およびコントローラエリアネットワークで使用されます。

プロトコルの変更

車両アドホックネットワークでブロードキャストする場合、元の1-持続性とp-持続性の戦略では、ブロードキャストストームの問題が発生することがよくあります。^[要出典]パフォーマンスを向上させるために、エンジニアは重み付けp-持続性、スロット付き1-持続性、スロット付きp-持続性の3つの修正された手法を開発しました。^[4]^[5]

衝突検出機能付きキャリア検知多重アクセス: CSMA/CD は、衝突が検出されるとすぐに送信を終了し、再試行を試みるまでの時間を短縮することで CSMA のパフォーマンスを向上させるために使用されます。CSMA/CD はイーサネットで使用されます。

衝突回避機能を備えたキャリア検知多重アクセス: CSMA/CA では、衝突回避を使用して CSMA のパフォーマンスを向上させます。送信前に送信媒体がビジー状態であると検知された場合、送信はランダムな間隔で延期されます。このランダムな間隔により、検出された送信の終了時に送信を待機している 2 つ以上のノードが同時に送信を開始する可能性が減り、衝突の発生率が低下します。CSMA/CA はWi-Fiで使用されます。

衝突解決機能付き CSMA: CSMA/CR はフレームヘッダー内の優先順位を使用して衝突を回避します。これはコントローラエリアネットワークで使用されます。

仮想時間CSMA: VTCSMAは、ノードが同時に信号を送信することによって発生する衝突を回避するように設計されており、主にハードリアルタイムシステムで使用されます。2つのクロックを使用して、期限に基づいてメッセージの優先順位を決定します。^[6]

参照

参考文献

^ F. Calí、M. Conti、E. Gregori、「Dynamic IEEE 802.11: 設計、モデリング、パフォーマンス評価」、IEEE J. Selected Areas Commun.、vol. 18、pp. 1774–1786、2000 年 9 月
^ Kleinrock, L .; Tobagi, F. (1975 年 12 月)。「無線チャネルにおけるパケット交換: パート I - キャリア検知多重アクセスモードとそのスループット遅延特性」。IEEE Transactions on Communications。23 ( 12): 1400–1416。doi :10.1109/TCOM.1975.1092768。ISSN 0096-2244。S2CID 5879608 。
^ US 5761431、Gross、Kevin Paul、Anderson、Charles William、Lieb、Derek Wearin、「複数の処理ステーションでイベントを制御するための注文永続タイマー」、1998 年 6 月 2 日発行、Peak Audio Inc. に譲渡。
^ Najafzadeh、Ithnin、Karimi。「疎および密な車両アドホックネットワークの分析モデル」。「コンピュータサイエンスと情報技術の進歩」: コンピュータサイエンスと情報技術に関する第 1 回国際会議、CCSIT 2011。p. 211。
^ Choi 他：「車両アドホックネットワークにおける車両分布を考慮した堅牢なブロードキャスト方式」 EURASIP Journal on Wireless Communications and Networking 2014 2014:133. doi :10.1186/1687-1499-2014-133 [2017 年 9 月 2 日アクセス]。
^ Krishna, CM; Shin, KG (1997).リアルタイムシステム. McGraw-Hill Higher Education. p. 240. ISBN 978-0-07-070115-1。

一般的な

Andrew S. Tanenbaum著『コンピュータネットワーク』、Prentice Hall、アッパーサドルリバー、ニュージャージー (2003)、892 ページ、ISBN 0-13-066102-3

[1] F. Calí、M. Conti、E. Gregori、「Dynamic IEEE 802.11: 設計、モデリング、パフォーマンス評価」、IEEE J. Selected Areas Commun.、vol. 18、pp. 1774–1786、2000 年 9 月

[2] ^ Kleinrock, L .; Tobagi, F. (1975 年 12 月)。「無線チャネルにおけるパケット交換: パート I - キャリア検知多重アクセスモードとそのスループット遅延特性」。IEEE Transactions on Communications。23 ( 12): 1400–1416。doi :10.1109/TCOM.1975.1092768。ISSN 0096-2244。S2CID 5879608 。

[3] US 5761431、Gross、Kevin Paul、Anderson、Charles William、Lieb、Derek Wearin、「複数の処理ステーションでイベントを制御するための注文永続タイマー」、1998 年 6 月 2 日発行、Peak Audio Inc. に譲渡。

[4] Najafzadeh、Ithnin、Karimi。「疎および密な車両アドホックネットワークの分析モデル」。「コンピュータサイエンスと情報技術の進歩」: コンピュータサイエンスと情報技術に関する第 1 回国際会議、CCSIT 2011。p. 211。

[5] Choi 他：「車両アドホックネットワークにおける車両分布を考慮した堅牢なブロードキャスト方式」 EURASIP Journal on Wireless Communications and Networking 2014 2014:133. doi :10.1186/1687-1499-2014-133 [2017 年 9 月 2 日アクセス]。

[6] Krishna, CM; Shin, KG (1997).リアルタイムシステム. McGraw-Hill Higher Education. p. 240. ISBN 978-0-07-070115-1。