Controle de Acesso ao Meio

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1 Controle de Acesso ao Meio Francisco José da Silva e Silva Laboratório de Sistemas Distribuídos (LSD) Departamento de Informática / UFMA 23 de agosto de 2010 Francisco Silva (UFMA/LSD) Computação Móvel 23 de agosto de / 15

2 Sumário 1 Introdução ao Controle de Acesso ao Meio Terminais Escondidos Terminais Expostos Terminais Perto e Longe 2 Métodos de Acesso SDMA e FDMA 3 Método de Acesso TDD/TDMA 4 Método de Acesso CDMA 5 Comparação SDMA/TDMA/FDMA/CDMA 6 Leituras Recomendadas Francisco Silva (UFMA/LSD) Computação Móvel 23 de agosto de / 15

3 Introdução ao Controle de Acesso ao Meio Introdução Podemos utilizar os mesmos métodos de acesso ao meio utilizados em redes fixas? Exemplo CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection) Envie assim que o meio estiver disponível e continue a escutar o meio para verificar a ocorrência de colisões (método original do IEEE Ethernet) Problemas em redes sem fio A intensidade do sinal decresce proporcionalmente ao quadrado da distância. Em um cabo, aproximadamente a mesma intensidade de sinal pode ser escutada em todo o meio; O emissor deve realizar CS e CD mas as colisões ocorrem no receptor; Pode acontecer o caso do emissor não escutar a colisão; CS pode não funcionar: por exemplo: termianal escondido. Francisco Silva (UFMA/LSD) Computação Móvel 23 de agosto de / 15

4 Introdução ao Controle de Acesso ao Meio Terminais Escondidos Terminais Escondidos A envia para B, C não consegue escutar A C deseja enviar para B, C verifica se o meio está disponível (CS falha) Colisão em B, A não recebe colisão (CD falha) A está escondido de C Figura: Terminais escondidos e expostos Francisco Silva (UFMA/LSD) Computação Móvel 23 de agosto de / 15

5 Introdução ao Controle de Acesso ao Meio Terminais Expostos Terminais Expostos B envia para A, C deseja enviar para outro terminal (diferente de A ou B) CS sinaliza a C que o meio está em uso Mas A está fora do alcance de C: a espera, portanto, é desnecessária C está exposto a B Francisco Silva (UFMA/LSD) Computação Móvel 23 de agosto de / 15

6 Introdução ao Controle de Acesso ao Meio Terminais Perto e Longe Terminais Perto e Longe Terminais A e B enviam, C recebe A intensidade do sinal decresce proporcionalmente ao quadrado da distância O sinal de B, portanto esconde o sinal de A C não consegue receber de A Francisco Silva (UFMA/LSD) Computação Móvel 23 de agosto de / 15

7 Métodos de Acesso SDMA e FDMA Métodos de Acesso SDMA e FDMA SDMA(Space Division Multiple Access) Segmentação do espaço em setores Estrutura de células FDMA (Frequency Division Multiple Access) Atribui uma certa freqüência a um canal de transmissão Canais podem ser associados a freqüências de maneira fixa ou mudar de freqüência de acordo com um dado padrão (por exemplo, FDMA combinado com TDMA) No caso de mudança de freqüência, o emissor e receptor devem acordar o padrão de mudança (ou o receptor não sintonizaria a freqüência correta) Francisco Silva (UFMA/LSD) Computação Móvel 23 de agosto de / 15

8 Métodos de Acesso SDMA e FDMA FDD/FDMA : exemplo GSM Uplinks: banda entre e 915 MHz Downlinks: banda entre e 960 MHz Francisco Silva (UFMA/LSD) Computação Móvel 23 de agosto de / 15

9 Método de Acesso TDD/TDMA Método de Acesso TDD/TDMA TDMA (Time Division Multiple Access) Atribui uma freqüência fixa a um canal de transmissão durante um certo período de tempo Francisco Silva (UFMA/LSD) Computação Móvel 23 de agosto de / 15

10 Método de Acesso CDMA Método de Acesso CDMA CDMA (Code Division Multiple Access) Todos os terminais enviam na mesma freqüência possivelmente ao mesmo tempo utilizando toda a largura de banda do canal Cada emissor possui um número único, o emissor realiza um XOR do sinal com este número O receptor pode escutar este sinal se conhecer o número através de uma função de correlação Desvantagens: Receptor mais complexo (não basta escutar o meio e receber o sinal) Vantagens: Todos os terminais podem utilizar a mesma freqüência Espaço de código muito maior que o de freqüência (por ex. 232) Correção de erro e criptografia podem ser facilmente integradas Francisco Silva (UFMA/LSD) Computação Móvel 23 de agosto de / 15

11 Método de Acesso CDMA Teoria CDMA Emissor A envia A d = 1, chave A k = (atribui: 0 = -1, 1 = +1) Sinal enviado A s = A d A k = ( 1,+1, 1, 1,+1,+1) Emissor B envia B d = 0, chave B k = (atribui: 0 = -1, 1 = +1) Sinal enviado B s = B d B k = ( 1, 1,+1, 1,+1, 1) Ambos os sinais são superpostos no espaço Desconsiderando interferências (ruídos etc.) A s +B s = ( 2,0,0, 2,+2,0) Francisco Silva (UFMA/LSD) Computação Móvel 23 de agosto de / 15

12 Método de Acesso CDMA Teoria CDMA O receptor deseja receber um sinal de A Aplica a chave A k bit a bit (produto interno) A e = ( 2,0,0, 2,+2,0) A k = = 6 Resultado maior que 0, portanto, o bit original era 1. Recebendo de B B e = ( 2,0,0, 2,+2,0) B k = = 6, ou seja, 0 Francisco Silva (UFMA/LSD) Computação Móvel 23 de agosto de / 15

13 Comparação SDMA/TDMA/FDMA/CDMA Comparação SDMA/TDMA/FDMA/CDMA Approach SDMA TDMA FDMA CDMA Idea segment space into segment sending segment the spread the spectrum cells/sectors time into disjoint frequency band into using orthogonal codes time-slots, demand disjoint sub-bands driven or fixed patterns Terminals only one terminal all terminals are every terminal has all terminals can be can be active in one active for short its own frequency, active at the same place cell/one sector periods of time on uninterrupted at the same moment, the same uninterrupted frequency Signal separation cell structure, synchronization in filtering in the code plus special directed antennas the time domain frequency domain receivers Advantages very simple, established, fully simple, established, flexible, less frequency increases capacity digital, flexible robust planning needed, soft per km 2 handover Disadvantages inflexible, antennas guard space inflexible, complex receivers, needs typically fixed needed (multipath frequencies are a more complicated power propagation), scarce resource control for senders synchronization difficult Comment only in combination standard in fixed typically combined still faces some with TDMA, FDMA or networks, together with TDMA problems, higher CDMA useful with FDMA/SDMA (frequency hopping complexity, lowered used in many patterns) and SDMA expectations; will be mobile networks (frequency reuse) integrated with TDMA/FDMA Francisco Silva (UFMA/LSD) Computação Móvel 23 de agosto de / 15

14 Leituras Recomendadas Leituras Recomendadas Francisco Silva (UFMA/LSD) Computação Móvel 23 de agosto de / 15

15 Leituras Recomendadas Leituras Recomendadas Mobile Communications Jochen Schiller Cap 3: Medium Access Control Addison-Wesley Francisco Silva (UFMA/LSD) Computação Móvel 23 de agosto de / 15