Protocolul discret ALOHA
Să începem studiul nostru al protocoalelor de acces aleatoriu de la unul dintre cele mai simple protocoale, așa-numitul protocol ALOHA discret. În descrierea noastră a sistemului discret ALOHA, vom presupune următoarele:
□ toate cadrele constau din biți L exact;
□ Timpul este împărțit în intervale de timp (sloturi) cu o durată de secunde L / R (acesta este timpul pentru care este transmis un cadru);
□ nodurile încep să transmită cadre numai atunci când începe următorul interval;
□ nodurile sunt sincronizate astfel încât fiecare nod să știe când începe slotul;
□ Dacă mai multe cadre se ciocnesc în timpul unui interval de timp dat, atunci toate nodurile detectează existența unei coliziuni înainte ca acest slot să se termine.
Funcționarea protocolului ALOHA discret pe fiecare nod este simplu. Când un nod are un nou cadru pentru transmisie, acesta așteaptă până când începe un nou slot de timp, după care întregul cadru va fi transmis în timpul unui interval de timp. Dacă transmisia trece fără coliziune, cadrul nu este retransmis (nodul poate pregăti un nou cadru pentru transmisie). În cazul unei coliziuni, nodul detectează o coliziune înainte de terminarea slotului dat. Apoi, la apariția fiecărui slot succesiv cu probabilitate, nodul transmite cadrul în mod repetat până când cadrul este transmis fără coliziune.
Prin retransmiterea cadrului cu probabilitatea p, înțelegem că nodul pare să arunce o monedă. În acest caz, cadrul este transmis în mod repetat numai dacă cozile cad, ceea ce are loc cu probabilitatea p. Când vulturul cade, ce se întâmplă cu probabilitatea (1-p), nodul trece peste acest interval de timp și aruncă din nou moneda. Toate nodurile implicate într-o coliziune își aruncă monedele independent una de cealaltă.
Se poate părea că protocolul discret ALOHA are o serie de avantaje. Spre deosebire de multiplexare prin divizarea canalului de protocol discret protocol ALOHA permite un singur nod activ în rețea fără întrerupere cadre la o rată maximă R transmite (nodul este declarat a fi activ dacă are un cadru de transmisie). Protocolul ALOHA discret este în mare parte descentralizat, deoarece fiecare nod însuși descoperă faptul de coliziune și independent de alte noduri decide asupra timpului de retransmisie. (Cu toate acestea, necesitatea de a sincroniza nodurile. În continuare, vom discuta pe scurt versiunea continuă a protocolului ALOHA și protocoalele CSMA care nu necesită o astfel de sincronizare și, prin urmare, este complet descentralizată. Pentru protocolul ALOHA discret) În plus, ALOHA este un protocol foarte simplu.
Protocolul ALOHA discret funcționează bine în situațiile în care există un singur nod activ, dar care este eficacitatea acestuia atunci când există mai multe noduri active? Eficiența protocolului ALOHA discret este redusă datorită a doi factori. Mai întâi, așa cum se arată în Fig. 5.13, când există mai multe noduri active în rețea, o anumită fracțiune de sloturi este risipită din cauza coliziunilor. (Așa cum se arată în figură, un prim canal într-o coliziune a implicat trei noduri atunci nodul 2 nu reușește să transmită un cadru în al patrulea slot, nodul 1 -. In al optulea slot și nodul 3 -. Al nouălea) În al doilea rând, o altă fracțiune de sloturi irosite în zadar, Când toate nodurile active refuză simultan să transmită. protocol discret ALOHA funcționează eficient numai în spațiile respective, atunci când este necesar pentru a transmite exact un nod. Un slot, în timpul căruia transmite un singur nod, se numește un slot de succes. Eficiența unui protocol discret de acces colectiv este determinată de proporția sloturilor de succes în situația unui număr mare de noduri active, fiecare dintre ele având întotdeauna un număr mare de cadre pentru transmisie. Vă rugăm să rețineți că, în cazul în care să nu utilizeze protocolul de acces multiplu și imediat după coliziune retransmiterea fiecare dintre nodurile, eficiența rețelei ar fi egală cu zero. Protocolul ALOHA discret crește în mod evident eficiența rețelei, dar cât de mult?
Să încercăm să determinăm eficiența maximă a protocolului discret ALOHA. Pentru a simplifica calculele noastre, vom schimba ușor protocolul, presupunând că fiecare nod cu probabilitate p încearcă să transmită un cadru cu debutul fiecărui slot nou. Asta este, vom presupune că fiecare nod este întotdeauna un cadru de transmisie și unitate întotdeauna cu probabilitatea p încercarea de a transmite un cadru, indiferent dacă acesta este un cadru nou sau retransmise. Să existe n noduri în rețea. În acest caz, slotul are succes dacă unul dintre noduri transmite și nodurile N-1 se abțin de la transmisie. Probabilitatea ca un nod să transmită este p. Probabilitatea ca nodurile rămase N-1 să nu transmită este (1 - p) (N-1). Astfel, probabilitatea ca un nod dat să transmită cu succes un cadru este p (1-p) (N-1). Deoarece există noduri N, probabilitatea ca cineva să fie norocos (oricare) dintre ele este Np (i-p) (N-1).
Astfel, în prezența nodurilor active N, eficiența protocolului discret ALOHA este Np (l-p) (N-1). Pentru a determina cel mai eficient protocolul pentru noduri active, Iv, trebuie să găsim o valoare a probabilității p *, în care este maximizat expresia. Și pentru a obține cel mai eficient protocolul pentru un număr mare de noduri active putem găsi valorile limită ale Np * (l -p *) (N-l) pentru o valoare de N, care tinde la infinit (din nou, a se vedea. Exerciții la sfârșitul capitolului). După finalizarea tuturor acestor calcule, constatăm că eficiența maximă a protocolului este de 1 / e
0.36788. Astfel, atunci când un număr mare de noduri, există multe cadre pentru transmisie, apoi (cel mai bun), doar 37% okblo sloturi de canal va lucra cu utilizare. Asta este, lățimea de bandă efectivă a canalului nu este egală cu bitul R / s, dar numai 0,37 R bit / s! Se pare că aproximativ 37% din timp, canalul va fi inactiv și va petrece aproximativ 26% din timp pentru procesarea coliziunilor. Imaginați-vă administratorul de rețea nefericit care a achiziționat sistemul de discret ALOHA cu o capacitate de 100 Mbit / s și este de gând să-l folosească pentru a servi traficul între un număr mare de utilizatori, cu o capacitate totală de aproximativ 80 Mbit / s! În ciuda faptului că capacitatea de canal instantanee de până la 100 Mbit / s, capacitatea sa de succes va fi mai mică de 37 Mbit / s.
Blogul meu se găsește pe următoarele fraze:
Răspunderea, pentru toate modificările aduse sistemului la sfatul acestui articol, vă asumați.
Trimiteți-le prietenilor: