무선 충돌 방지 기능이 있는 다중 액세스

Multiple Access with Collision Avoidance for Wireless

MACAW([1]Multiple Access with Collision Effective for Wireless)는 임시 네트워크에서 널리 사용되는 슬롯형 MAC(Medium Access Control) 프로토콜이다.[2] 게다가, 그것은 무선 센서 네트워크 (WSN)에서 사용되는 많은 다른 MAC 프로토콜의 기초가 된다.[2] IEEE 802.11 RTS/CTS 메커니즘은 이 프로토콜에서 채택된다.[3][4] 숨겨진 노드 문제에 대한 해결책을 제공하기 위해 때로는 RTS-CTS-DS-DATA-ACK 프레임 시퀀스가 선행되는 데이터 전송을 위해 RTS-RTS 프레임 시퀀스를 사용한다.[1] S-MAC와 같이 MACAW를 기반으로 하는 프로토콜은 RTS/CTS 메커니즘 외에 캐리어 감각을 사용하지만, MACAW는 캐리어 감각을 사용하지 않는다.[1]

작동 원리

MACAW의 원리를 설명하기 위한 예. 인접한 노드만 서로 전송 범위에 있다고 가정한다.

노드 A에 노드 B로 전송할 데이터가 있다고 가정하십시오. 노드 A는 RTS(Request to Send Frame)를 노드 B로 전송하여 프로세스를 개시한다. 대상 노드(노드 B)가 CTS(Clear To Send) 프레임으로 응답한다. CTS 수신 후 노드 A가 데이터를 전송한다. 수신에 성공한 후 노드 B는 승인 프레임(ACK)으로 응답한다. 노드 A가 둘 이상의 데이터 파편을 전송해야 할 경우, 각각의 성공적인 데이터 전송 후 무작위 시간을 기다리며 RTS/CTS 메커니즘을 사용하여 매체를 위해 인접한 노드와 경쟁해야 한다.[1]

RTS 프레임(예: 그림의 노드 F 또는 노드 E)을 과열하는 모든 노드는 CTS가 수신될 때까지 또는 특정 시간을 기다린 후에 전송하는 것을 자제한다. 캡처된 RTS가 CTS를 따르지 않는 경우, 최대 대기 시간은 RTS 전파 시간과 대상 노드 전환 시간이다.[1]

CTS 프레임을 과열하는 모든 노드(노드 C 및 노드 E)는 데이터 프레임과 ACK를 수신해야 할 때까지(숨겨진 터미널 문제 해결) 임의의 시간을 더한 시간 동안 전송을 자제한다. RTS 프레임과 CTS 프레임 모두 DATA 프레임의 길이에 대한 정보를 포함하고 있다. 그러므로 노드는 그 정보를 사용하여 데이터 전송 완료 시간을 추정한다.[1]

긴 DATA 프레임을 보내기 전에 노드 A는 DATA 프레임의 길이에 대한 정보를 제공하는 짧은 데이터 전송 프레임(DS)을 전송한다. 이 프레임을 과열시키는 모든 스테이션은 RTS/CTS 교환이 성공적이었음을 알고 있다. CTS가 아닌 RTS와 DS를 수신했을 수 있는 과열 관측소(노드 F)는 ACK 프레임을 수신해야 할 때까지 전송을 방어하며 임의의 시간을 더한다.[1]

요약하자면, 성공적인 데이터 전송(A~B)은 다음과 같은 프레임 시퀀스로 구성된다.

  1. A에서 B로 "Request To Send" 프레임(RTS)
  2. B에서 A로 "Clear To Send" 프레임(CTS)
  3. A에서 B로 "데이터 전송" 프레임(DS)
  4. 데이터 조각 프레임 A에서 B로, 그리고
  5. B에서 A까지 승인 프레임(ACK)

MACAW는 비영구 슬롯 프로토콜로, 예를 들어, CTS 메시지 이후 미디어가 사용 중이었던 후, 스테이션은 RTS를 전송하기 전에 시간 슬롯이 시작된 후 임의의 시간을 기다린다는 것을 의미한다. 이것은 매체에 대한 공정한 접근을 가능하게 한다. 예를 들어, 노드 A, B, C가 사용량이 많은 기간 후에 전송할 데이터 조각을 가지고 있다면, 서로 전송 범위에 있기 때문에 미디어에 접근할 수 있는 기회는 동일할 것이다.

RRTS [1]

노드 D는 노드 A와 노드 B 사이에 진행 중인 데이터 전송을 알지 못한다. 노드 D에는 노드 B의 전송 범위에 있는 노드 C로 전송할 데이터가 있다. D는 RTS 프레임을 노드 C로 전송하여 프로세스를 시작한다. 노드 C는 노드 A와 노드 B 사이의 현재 데이터 전송이 완료될 때까지(노드 B의 공동 채널 간섭을 피하기 위해) 전송을 이미 지연시켰다. 따라서 노드 D로부터 RTS를 수신하더라도 CTS로 회신하지 않는다. 노드 D는 충돌로 인해 RTS가 성공하지 못했다고 가정하고, 따라서 (지수적 백오프 알고리즘을 사용하여) 백오프를 진행한다.

A에 전송할 데이터 조각이 여러 개 있는 경우 노드 D가 데이터 전송을 성공적으로 시작할 수 있는 유일한 순간은 노드 A가 데이터 전송을 완료하고 노드 B를 다음 CTS(노드 A의 경우 다음 데이터 전송 요청)로 완료한 노드 사이의 작은 틈새에 있을 때뿐이다. 단, 노드 D 역오프 시간 기간 때문에 이 작은 시간 간격 동안 매체를 캡처할 확률은 높지 않다. 노드당 공정성을 높이기 위해 MACAW는 "Request for Request to Send(RRTS)"라는 새로운 제어 메시지를 도입한다.

이제 노드 A와 노드 B 사이에 진행 중인 전송으로 인해 더 일찍 회신할 수 없는 노드 C가 다음 경합 기간 동안 노드 D로 RRTS 메시지를 보내면 RTS(노드 D)의 수신인이 RTS로 즉시 응답하고 정상적인 메시지 교환이 시작된다. 다른 노드는 RTS-CTS 교환의 성공 여부를 들을 수 있을 만큼 충분히 긴 두 시간 동안 RTS 지연을 과열한다.

요약하면, 이 경우 전송은 노드 D와 C 사이에 다음과 같은 프레임 시퀀스로 구성될 수 있다.

  1. "Request To Send(보낼 요청)" 프레임(RTS)을 D에서 C로
  2. "Request for send" 프레임(RRTS)을 C에서 D로(짧은 지연 후)
  3. "Request To Send(보낼 요청)" 프레임(RTS)을 D에서 C로
  4. C에서 D로 "Clear To Send" 프레임(CTS)
  5. D에서 C로 "데이터 전송" 프레임(DS)
  6. D에서 C까지 데이터 조각 프레임,
  7. C에서 D로 승인 프레임(ACK)

진행 중인 연구

성능 향상을 위해 추가적인 백오프 알고리즘이 개발되고 연구되었다.[5][6][7][8][9] 기본 원칙은 무선 네트워크의 각 노드가 시퀀스 번호보다 작거나 같은 수로 시도 횟수를 제한하는 카운터를 유지하거나 무선 채널 상태를 사용하여 채널 상태가 양호한 노드가 더 높은 경합 확률을 가질 수 있도록 접근 확률을 제어하는 시퀀싱 기법의 사용에 기초한다. 성공[5] 이렇게 하면 충돌 횟수가 줄어든다.

미해결 문제

MACAW는 일반적으로 노출된 터미널 문제를 해결하지 않는다. 본 예에서는 노드 G에 노드 F로 전송할 데이터가 있다고 가정해 보십시오. 노드 G는 A에서 B로 진행 중인 데이터 전송에 대한 정보를 가지고 있지 않다. RTS 신호를 노드 F로 전송하여 프로세스를 개시한다. 노드 F는 노드 A의 전송 범위에 있으며, 공동 채널 간섭에 노출되기 때문에 노드 G로부터 RTS를 들을 수 없다. 노드 G는 충돌로 인해 RTS가 성공하지 못했다고 가정하여 다시 시도하기 전에 뒤로 물러난다. 이 경우, B로부터 전송되는 DATA 프레임이 다른 프레임에 비해 다소 길기 때문에 RRTS 메커니즘에 의해 제공되는 솔루션은 상황을 크게 개선하지 못할 것이다. F가 A로부터 전송에 노출될 확률은 다소 높다. 노드 F는 데이터 전송을 시작하는 데 관심이 있는 노드에 대해 G가 우연히 A로부터 전송되는 사이에 RTS를 전송하기 전까지는 전혀 알지 못한다.

또한 MACAW는 멀티캐스팅에서 정상적으로 동작하지 않을 수 있다.

참고 항목

참조

  1. ^ a b c d e f g h Vaduvur Bharghavan; et al. (1994-08-01). "MACAW: A Medium Access Protocol for Wireless LAN's" (PDF). In the Proc. ACM SIGCOMM Conference (SIGCOMM '94), August 1994, pages 212-225. Retrieved 2007-01-18. Cite 저널은 필요로 한다. journal= (도움말)
  2. ^ a b Wei Ye; et al. (2002-06-01). "An Energy-Efficient MAC Protocol for Wireless Sensor Networks" (PDF). INFOCOM 2002. Archived from the original (PDF) on 2006-11-04. Retrieved 2006-11-26. Cite 저널은 필요로 한다. journal= (도움말)
  3. ^ Wei Ye; et al. (2004-06-01). "Medium Access Control With Coordinated Adaptive Sleeping for Wireless Sensor Networks" (PDF). IEEE/ACM Transactions on Networking, Vol. 12, No. 3, pp. 493-506, June 2004. Archived from the original (PDF) on 2006-12-09. Retrieved 2006-12-27. Cite 저널은 필요로 한다. journal= (도움말)
  4. ^ Karl, Holger (2005). Protocols and Architectures for Wireless Sensor Networks. Wiley. p. 117. ISBN 0-470-09510-5.
  5. ^ a b Guowang Miao; Guocong Song (2014). Energy and spectrum efficient wireless network design. Cambridge University Press. ISBN 1107039886.
  6. ^ P. 벤카타 크리슈나, 수디프 미스라, 모하메드 S. 오바이다트와 V. Saritha, "Virtual Backoff 알고리즘: IEEE 트랜스에서 무선 네트워크의 성능 향상을 위한 802.11 중형 접근 제어의 향상" VTS(Vehicular Technology), 2010년
  7. ^ Springer의 WPS(Wireless Personal Communications, WPS)에서는 수디프 미스라, P.벤카타 크리슈나, Kiran Isac Abraham, "무선 네트워크의 채널 예약을 통한 중간 접근을 위한 오토마타 솔루션 학습"이 수락되었다.
  8. ^ P. 벤카타 크리슈나 & N.Ch.S.N. 아이옌가르 "무선 네트워크의 성능 향상을 위한 시퀀싱 매체 접속 제어 설계" 컴퓨터 및 정보 기술 저널(CIT Journal, 제16권, 제2권, 페이지 81-89, 2008년 6월)
  9. ^ P.Venkata 크리슈나 & N.Ch.S.N.Iyengar, '시퀀싱 기법 – 무선 네트워크의 성능 향상을 위한 802.11 중간 접근 제어 강화' Vol.1, No.1, pp 52-70, 2008