Войти
В телекоммуникациях и компьютерных сетей, метод доступа к каналу или метод множественного доступа позволяет более чем двум терминалам, подключенным к одной и той же среде передачи, к передавать по нему и делить его емкость. Примерами общих физических носителей являются беспроводные сети, шинные сети, кольцевые сети и двухточечные каналы, работающие в полудуплексный режим.
Метод доступа к каналу основан на мультиплексировании, что позволяет нескольким потокам данных или сигналам совместно использовать один и тот же канал связи или среду передачи. В этом контексте мультиплексирование обеспечивается физическим уровнем.
. Метод доступа к каналу также может быть частью протокола множественного доступа и механизма управления, также известного как управление доступом к среде (MAC).. Контроль доступа к среде решает такие проблемы, как адресация, назначение мультиплексных каналов разным пользователям и предотвращение конфликтов. Управление доступом к среде передачи данных - это подуровень в канальном уровне модели OSI и компонент канального уровня в TCP / IP. модель.
Схемы доступа к каналу обычно делятся на следующие категории.
fr Схема доступа к каналу множественного доступа с равным разделением (FDMA) является наиболее стандартной аналоговой системой, основанной на схеме мультиплексирования с частотным разделением (FDM), которая предоставляет разные полосы частот для разных потоков данных. В случае FDMA полосы частот распределяются между разными узлами или устройствами. Примером систем FDMA были системы сотовой связи 1G первого поколения, в которых каждый телефонный звонок был назначен на определенный частотный канал восходящей линии связи и другой частотный канал нисходящей линии связи. Каждый сигнал сообщения (каждый телефонный звонок) модулируется на определенной несущей частоте.
Связанным методом является множественный доступ с разделением по длине волны (WDMA), основанный на мультиплексировании с разделением по длине волны (WDM), где разные потоки данных окрашиваются в разные цвета при оптоволоконной связи. В случае WDMA разные сетевые узлы в сети с шиной или концентратором получают другой цвет.
Расширенная форма FDMA - это схема множественного доступа с ортогональным частотным разделением (OFDMA) для Например, используется в системах сотовой связи 4G. В OFDMA каждый узел может использовать несколько поднесущих, что позволяет предоставлять разным пользователям различное качество обслуживания (разные скорости передачи данных). Назначение поднесущих пользователям может изменяться динамически в зависимости от текущих условий радиоканала и нагрузки трафика. FDMA с одной несущей (SC-FDMA), также известный как OFDMA с линейным предварительным кодированием (LP-OFDMA), основан на выравнивании в частотной области с одной несущей (SC-FDE).
Схема доступа к каналу множественного доступа с временным разделением (TDMA) основана на мультиплексировании с временным разделением (TDM) схема. TDMA предоставляет разные временные интервалы разным передатчикам в циклически повторяющейся структуре кадра. Например, узел 1 может использовать временной интервал 1, временной интервал 2 узла 2 и т. Д. До последнего передатчика, когда он запускается заново. Расширенная форма - это динамический TDMA (DTDMA), где назначение передатчиков временным интервалам меняется для каждого кадра.
Многочастотный множественный доступ с временным разделением каналов (MF-TDMA) сочетает временной и частотный множественный доступ. Например, сотовые системы 2G основаны на комбинации TDMA и FDMA. Каждый частотный канал разделен на восемь временных интервалов, семь из которых используются для семи телефонных вызовов, а один - для передачи данных.
Статистическое мультиплексирование с временным разделением множественный доступ обычно также основан на мультиплексировании во временной области, но не в циклически повторяющейся структуре кадра. Из-за его случайного характера его можно отнести к категории методов статистического мультиплексирования, способных к динамическому распределению полосы пропускания. Для этого требуется протокол управления доступом к среде (MAC), т. Е. Принцип, согласно которому узлы должны по очереди переключаться на канал и избегать конфликтов. Типичными примерами являются CSMA / CD, используемый в шинных сетях Ethernet и сетях концентраторов, и CSMA / CA, используемый в беспроводных сетях, таких как IEEE 802.11.
Схема Множественный доступ с кодовым разделением (CDMA) основана на расширенном спектре, что означает, что ширина полосы канала превышает требуемую скорость передачи данных отдельных битовых потоков, и несколько сигналов сообщений передаются одновременно на одной и той же несущей частоте с использованием разных кодов расширения. Согласно теореме Шеннона-Хартли, широкая полоса пропускания позволяет отправлять с отношением сигнал / шум намного меньше 1 (менее 0 дБ), что означает, что мощность передачи может быть уменьшена до уровня ниже уровня шума и межканальных помех от других сигналов сообщения, использующих тот же частотный диапазон.
Одной из форм является CDMA с прямой последовательностью (DS-CDMA), основанная на расширенном спектре с прямой последовательностью (DSSS), используемая, например, в 3G. системы сотовой связи. Каждый информационный бит (или каждый символ) представлен длинной кодовой последовательностью из нескольких импульсов, называемых чипами. Последовательность - это код расширения, и каждый сигнал сообщения (например, каждый телефонный звонок) использует другой код расширения.
Другой формой является CDMA со скачкообразной перестройкой частоты (FH-CDMA), основанный на расширенный спектр со скачкообразной перестройкой частоты (FHSS), где частота канала изменяется быстро в соответствии с к последовательности, которая составляет код расширения. В качестве примера, система связи Bluetooth основана на комбинации скачкообразной перестройки частоты и либо CSMA / CA статистического мультиплексирования с временным разделением (для приложений передачи данных), либо TDMA (для аудио). передача инфекции). Все узлы, принадлежащие одному пользователю (к одной и той же пикосети ), используют одну и ту же последовательность скачкообразной перестройки частоты синхронно, что означает, что они отправляют по одному и тому же частотному каналу, но CDMA / CA или TDMA используются для предотвращения коллизий внутри VPAN. Скачкообразная перестройка частоты используется Bluetooth для уменьшения вероятности перекрестных помех и коллизий между узлами в разных сетях VPAN.
Другие методы включают в себя множественный доступ с ортогональным частотным разделением каналов (OFDMA) и множественный доступ с кодовым разделением каналов с множеством несущих (MC-CDMA).
Множественный доступ с пространственным разделением (SDMA) передает различную информацию в разных физических областях. Примеры включают простые системы сотовой радиосвязи и более продвинутые сотовые системы, в которых используются направленные антенны и модуляция мощности для уточнения пространственных схем передачи.
Схема множественного доступа с разделением мощности (PDMA ) основана на использовании переменной мощности передачи между пользователями для распределения доступной мощности на канал. Примеры включают несколько модемов SCPC на спутниковом ретрансляторе, где пользователи получают по запросу большую часть бюджета мощности для передачи с более высокими скоростями передачи данных.
Методы доступа к каналу в пакетном режиме выбирают один сетевой передатчик на время передачи пакета. Некоторые методы больше подходят для проводной связи, а другие - для беспроводной.
Общие статистическое мультиплексирование с временным разделением протоколы множественного доступа для проводных многоточечных сетей включают:
Общие протоколы множественного доступа, которые могут использоваться в пакетных беспроводных сетях, включают:
Там, где эти методы используются для разделения прямого и обратного каналов связи, они известны как дуплексные методы. Дуплексная система связи может быть либо полудуплексной, либо полнодуплексной. В полудуплексной системе связь одновременно работает только в одном направлении. Рация является примером полудуплексной системы, потому что оба пользователя могут общаться друг с другом, но не одновременно: кто-то должен закончить передачу, прежде чем сможет начать следующий человек. В полнодуплексной системе оба пользователя могут общаться одновременно. Телефон является наиболее распространенным примером полнодуплексной системы, поскольку оба пользователя могут говорить и быть услышанными одновременно на каждом конце. Некоторые типы полнодуплексных методов:
Обратите внимание, что часто используются гибриды этих методов. Некоторые примеры:
В локальные сети (LAN) и городские сети (MAN), методы множественного доступа позволяют использовать шинные сети, кольцевые сети, звездообразные сети, беспроводные сети и полудуплексную связь точка-точка, но не требуются в полнодуплексных последовательных линиях точка-точка между сетевыми коммутаторами и маршрутизаторами. Наиболее распространенным методом множественного доступа является CSMA / CD, который используется в Ethernet. Хотя современные установки Ethernet используют полнодуплексные соединения напрямую с коммутаторами. CSMA / CD по-прежнему применяется для обеспечения совместимости со старыми концентраторами ретранслятора.
В спутниковой связи множественный доступ - это возможность спутника связи, чтобы функционировать как часть линии связи между более чем одной парой наземных терминалов одновременно. В настоящее время со спутниками связи используются три типа множественного доступа: множественный доступ с кодовым разделением, с частотным разделением и с временным разделением.
В сотовых сетях две наиболее широко применяемые технологии - это CDMA и TDMA. Технология TDMA работает путем определения естественных разрывов речи и использования одной радиоволны для поддержки нескольких передач по очереди. В технологии CDMA каждый отдельный пакет получает уникальный код, который разбивается на широкий частотный спектр, а затем повторно собирается на другом конце. CDMA позволяет нескольким людям говорить одновременно на одной и той же частоте, что позволяет передавать больше разговоров в том же диапазоне спектра; это одна из причин, почему CDMA в конечном итоге стал наиболее широко применяемым методом доступа к каналу в беспроводной индустрии.
Истоки CDMA можно проследить до 1940-х годов, когда он был запатентован правительством США и использовался во всем мире. Война II для передачи сообщений. Однако после войны срок действия патента истек, и использование CDMA уменьшилось и было широко заменено TDMA. Так было до тех пор, пока Ирвин М. Джейкобс, инженер Массачусетского технологического института, и его коллеги из компании Линкабит не основали телекоммуникационную компанию Qualcomm. На момент основания Qualcomm Джейкобс уже работал над решением проблем связи для военных и пытался найти способы увеличения пропускной способности спектра. В Qualcomm продолжили работу по решению растущих проблем с пропускной способностью и попытались внедрить цифровые технологии, кодирование и сжатие голоса, чтобы повысить удобство использования доступного спектра.
Qualcomm знала, что CDMA значительно повысит эффективность и широкая доступность беспроводной связи, но беспроводная индустрия, уже вложившая миллионы долларов в TDMA, была настроена скептически. Джейкобс и Qualcomm потратили несколько лет на улучшение инфраструктуры, а также на проведение тестов и демонстраций, чтобы доказать успех CDMA. Именно тогда, в 1993 году, CDMA стал стандартом беспроводной связи. К 1995 году CDMA коммерчески использовался в беспроводной индустрии, чтобы стать основой для 2G, а затем и для 3G, и даже сегодня с 4G и 5G.
В телекоммуникационных коммутационных центрах, множественный доступ - это соединение пользователя с двумя или более центрами коммутации по отдельным линиям доступа с использованием одного сообщения индикатор маршрутизации или номер телефона.
В литературе использовалось несколько способов категоризации схем и протоколов множественного доступа. Например, Дэниел Миноли (2009) определяет пять основных типов схем множественного доступа: FDMA, TDMA, CDMA, SDMA, и произвольный доступ. Р. Ром и М. Сиди (1990) классифицируют протоколы на протоколы бесконфликтного доступа, протоколы Aloha и протоколы обнаружения несущей.
Справочник по телекоммуникациям (Terplan and Morreale, 2000) определяет следующие категории MAC:
Эта статья включает материалы общественного достояния из документа General Services Administration : «Федеральный стандарт 1037C».(в поддержку MIL-STD-188 )
