Controle de Acesso ao Meio

Transcrição

1 Introdução à Computação Móvel Prof. Francisco José da Silva e Silva Prof. Rafael Fernandes Lopes Programa de Pós-Graduação em Ciência da Computação (PPGCC) Universidade Federal do Maranhão (UFMA) Controle de Acesso ao Meio

2 Introdução Controle de acesso ao meio Medium Access Control (MAC) Compreende todos os mecanismos que regulam o acesso dos usuários ao meio Pertence à camada 2 (enlace) Dois tipos de esquemas: Livres de disputa (e.g., SDM, FDM) Baseados em disputa (e.g., CSMA/CA, Aloha) Alguns esquemas serão discutidos na unidade sobre WLANs

3 Motivação É possível aplicar os métodos concebidos para redes fixas em redes sem fio? Exemplo: CSMA/CD Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection Transmita dados assim que o meio estiver livre e detecte colisões Problemas em redes sem fio Intensidade do sinal decresce proporcionalmente ao quadrado da distância O transmissor pode aplicar CS e CD, mas as colisões acontecem no receptor Colisões não são detectadas, logo CD não funciona CS pode não funcionar, e.g., o terminal está oculto

4 Terminais ocultos A presença de múltiplos nós e das características do meio sem fio criam problemas adicionais: Terminais ocultos: A envia para B, C não pode receber de A C quer enviar para B, C verifica que o meio está livre (CS falha) Colisão em B, A não pode verificar a colisão (CD falha) A está oculto de C A B C C A B Intensidade do sinal de A Intensidade do sinal de C espaço

5 Terminais expostos Em algumas situações, a presença de nós na vizinhança faz com transmissões sejam indevidamente interrompidas B envia para A, C quer enviar para o outro terminal D C tem que esperar, CS detecta que o meio está em uso A está fora do alcance de C, portanto não é necessário esperar C está exposto para B A Transmitindo B C Esperando para transmitir D

6 Terminais próximos e distantes Os terminais A e B querem transmitir para C A intensidade de sinal decresce de forma proporcional ao quadrado da distância Supondo que B esteja muito mais próximo de C do que A O sinal de B encobre do sinal de A C não pode receber o sinal de A A B C

7 Esquemas de acesso ao meio livres de disputa Uma parte da capacidade de transmissão dos enlaces é alocada a cada usuário Esses recursos são desperdiçados se não forem usados pelo dono da chamada (sem divisão) Recursos podem representar faixas de frequência, tempo, etc. Esquemas básicos: SDMA (Space Division Multiple Access) FDMA (Frequency Division Multiple Access) TDMA (Time Division Multiple Access) CDMA (Code Division Multiple Access) Varredura (polling) Os esquemas de multiplexação apresentados anteriormente agora são utilizados para controlar o acesso ao meio!

8 Método de acesso SDMA Controla a energia irradiada para cada usuário no espaço Diferentes áreas são cobertas podem ser servidas pela mesma ou diferentes frequências Segmentação do espaço em setores Utiliza antenas direcionais Estrutura celular

9 Método de acesso FDMA Atribui uma certa frequência a um canal de comunicações Diferentes estratégias de alocação dos canais podem ser empregadas Fixa (e.g., difusão de rádio) Mudança dinâmica de frequências (e.g., saltos em frequência lentos como no GSM, FHSS Frequency Hopping Spread Spectrum) Mudanças de frequências devem ser sincronizadas com o receptor

10 FDD/FDMA exemplo GSM 960 MHz f MHz khz 915 MHz MHz MHz 1 t P-GSM-900 Bandas GSM padrões ou primárias

11 Frequency Hopping Spread Spectrum (FHSS) Sinal de faixa estreita é transmitido em uma sequência de frequências pseudo-aleatórias Receptor muda de frequência em sincronia com o transmissor Dificulta a escuta Interferências em uma frequência afetam apenas alguns bits

12 Frequency Hopping Spread Spectrum (FHSS) Utiliza tipicamente 2 k canais O espaçamento de canais corresponde à largura de banda de entrada Cada canal é utilizado por um intervalo fixo 300 ms no IEEE s no Bluetooth

13 Frequency Hopping Spread Spectrum (FHSS)

14 FHSS lento e rápido Frequência é trocada a cada T c segundos Duração de um elemento de sinal (pulso) é T s segundos FHSS lento tem tipicamente T c T s FHSS rápido tem tipicamente T c < T s

15 Método de acesso TDMA Atribui uma frequência fixa para as transmissões para os usuários por um certo intervalo de tempo 417 µs downlink uplink t

16 FDMA e TDMA FDM Exemplo: 4 usuários freqüência tempo TDM freqüência tempo

17 Exemplo Quanto tempo leva para transferir um arquivo de 640 kbits de uma estação A para uma estação B através de uma rede com as seguintes características: Todos os enlaces são de 1,536 Mbps Cada enlace usa TDMA com 24 slots

18 Método de acesso CDMA Cada canal tem um código único Todos os canais no mesmo espectro ao mesmo tempo Separação realizada por meio de códigos ortogonais (chips) no receptor Desvantagens: Complexidade do receptor Todos os sinais devem ter a mesma intensidade no receptor Vantagens: Todos os terminais podem utilizar a mesma frequência Espaço de códigos grande comparado ao espaço de frequências (e.g., 2 32 ) Interferências e ruído não são codificados Correção de errors e criptografia podem ser facilmente integrados

19

20 Comparativo entre SDMA/TDMA/FDMA/CDMA Approach SDMA TDMA FDMA CDMA Idea Terminals Signal separation Advantages Disadvantages Comment segment space into cells/sectors only one terminal can be active in one cell/one sector cell structure, directed antennas very simple, increases capacity per km² inflexible, antennas typically fixed only in combination with TDMA, FDMA or CDMA useful segment sending time into disjoint time-slots, demand driven or fixed patterns all terminals are active for short periods of time on the same frequency synchronization in the time domain established, fully digital, flexible guard space needed (multipath propagation), synchronization difficult standard in fixed networks, together with FDMA/SDMA used in many mobile networks segment the frequency band into disjoint sub-bands every terminal has its own frequency, uninterrupted filtering in the frequency domain simple, established, robust inflexible, frequencies are a scarce resource typically combined with TDMA (frequency hopping patterns) and SDMA (frequency reuse) spread the spectrum using orthogonal codes all terminals can be active at the same place at the same moment, uninterrupted code plus special receivers flexible, less frequency planning needed, soft handover complex receivers, needs more complicated power control for senders still faces some problems, higher complexity, lowered expectations; will be integrated with TDMA/FDMA

21 Varredura Estação controladora envia mensagens a outras estações convidando-as a transmitir dados Estações ao serem consultadas podem transmitir dados Ordem dos convites é estabelecida por uma lista armazenada na estação centralizadora Introduz um atraso de seleção Usada no modo PCF do IEEE , no Bluetooth e no IEEE

22 Leituras recomendadas Mobile Communications Jochen Schiller Cap 3: Medium Access Control Addison-Wesley