Điều khiển đầu vào mức trung bình (MEDIUM ACCESS CONTROL)

TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC

BÁO CÁO ĐỀ TÀI
ĐỀ TÀI:

ĐIỀU KHIỂN ĐẦU VÀO MỨC TRUNG BÌNH
(MEDIUM ACCESS CONTROL)

GVHD

: TS. Lê Anh Ngọc

Lớp

: Nhóm 12 - D13QTANM

MỤC LỤC

1


2


CHƯƠNG 3: ĐIỀU KHIỂN ĐẦU VÀO MỨC TRUNG BÌNH
1. Động lực cho MAC chuyên biệt
Câu hỏi chính liên quan đến MAC trong mạng khơng dây là liệu có
thể sử dụng các sơ đồ MAC được xây dựng từ các mạng có dây hay
khơng, ví dụ, CSMA / CD như được sử dụng trong thông số ban đầu của
mạng IEEE 802.3 (cịn gọi là Ethernet).
Vì vậy, chúng ta hãy xem xét nhà cung cấp cảm nhận nhiều truy

cập với phát hiện va chạm, (CSMA / CD) hoạt động như sau. Người gửi
cảm nhận phương tiện (cáp hoặc cáp đồng trục) để xem nó có miễn phí
khơng. Nếu phương tiện bận, người gửi sẽ đợi cho đến khi rảnh. Nếu
phương tiện là miễn phí, người gửi bắt đầu truyền dữ liệu và tiếp tục lắng
nghe vào phương tiện. Nếu người gửi phát hiện va chạm trong khi gửi, nó
sẽ dừng ngay lập tức và gửi tín hiệu gây nhiễu.
Tại sao sơ đồ này thất bại trong các mạng không dây? CSMA / CD
không thực sự quan tâm đến các va chạm tại người gửi, mà là ở những
người nhận. Các tín hiệu phải đến máy thu mà không va chạm. Nhưng
người gửi là người phát hiện va chạm. Đây không phải là vấn đề khi sử
dụng dây, vì cường độ tín hiệu giống nhau ít nhiều có thể được giả định
trên tồn bộ dây nếu độ dài của dây vẫn nằm trong một số giới hạn
thường được chuẩn hóa. Nếu một vụ va chạm xảy ra ở đâu đó trong dây,
mọi người sẽ chú ý đến nó. Khơng thành vấn đề nếu người gửi lắng nghe
trung bình để phát hiện va chạm tại vị trí của chính nó trong khi thực tế
đang chờ để phát hiện va chạm có thể xảy ra tại máy thu. Tình hình là
khác nhau trong các mạng khơng dây. Cường độ của tín hiệu giảm tỷ lệ
với bình phương khoảng cách đến người gửi. Chướng ngại vật làm giảm
tín hiệu hơn nữa. Người gửi bây giờ có thể áp dụng ý nghĩa của nhà mạng
và phát hiện một phương tiện nhàn rỗi. Người gửi bắt đầu gửi - nhưng
một vụ va chạm xảy ra tại người nhận do người gửi thứ hai. Điều tương
tự có thể xảy ra với việc phát hiện va chạm. Các người gửi phát hiện
3


khơng có xung đột và giả định rằng dữ liệu đã được truyền đi khơng có
lỗi, nhưng một vụ va chạm thực sự có thể đã phá hủy dữ liệu tại máy thu.
Phát hiện va chạm rất khó khăn trong các tình huống khơng dây vì cơng
suất truyền trong khu vực của ăng ten phát cao hơn một vài cường độ so
với cơng suất thu.

Vì vậy, lược đồ MAC rất phổ biến này từ mạng có dây đã thất bại
trong một kịch bản không dây. Các phần sau đây cho thấy một số nhiều
kịch bản hơn trong đó các sơ đồ được biết đến từ các mạng cố định thất
bại.
1.1. Thiết bị đầu cuối ẩn và tiếp xúc
Xem xét kịch bản với ba điện thoại di động như trong Hình 3.1.
Phạm vi truyền của A đạt B, nhưng không phải C (phạm vi phát hiện cũng
không đạt C). Phạm vi truyền của C đến B, nhưng không phải A. Cuối
cùng, phạm vi truyền của B đến A và C, tức là, A không thể phát hiện ra
C và ngược lại.
A bắt đầu gửi đến B, C không nhận được truyền này. C cũng muốn
gửi một cái gì đó cho B và cảm nhận phương tiện. Phương tiện dường
như là miễn phí, cảm giác vận chuyển thất bại. C cũng bắt đầu gửi gây ra
va chạm tại B. Nhưng A không thể phát hiện sự va chạm này tại B và tiếp
tục truyền. A được ẩn cho C và ngược lại.
Trong khi các thiết bị đầu cuối ẩn có thể gây ra va chạm, hiệu ứng tiếp
theo chỉ gây ra sự chậm trễ khơng cần thiết. Bây giờ xem xét tình huống
B gửi một cái gì đó cho A và C muốn truyền dữ liệu đến một số điện thoại
di động khác ngoài phạm vi giao thoa của A và B. C cảm nhận được sóng
mang và phát hiện ra rằng sóng mang đang bận (tín hiệu Bơi). C hỗn lại
q trình truyền của nó cho đến khi phát hiện ra mơi trường khơng hoạt
động trở lại. Nhưng vì A nằm ngoài phạm vi giao thoa của C, nên việc
chờ đợi là không cần thiết. Gây ra va chạm ’tại B khơng quan trọng vì va
chạm q yếu để lan truyền đến A. Trong tình huống này, C tiếp xúc với
4


B.

Hình 1: Thiết bị đầu cuối ẩn và tiếp xúc

1.2. Thiết bị đầu cuối gần và xa
Hãy xem xét tình huống như trong Hình 2. Cả A và B đều gửi với
cùng một cơng suất truyền. Khi cường độ tín hiệu giảm tỷ lệ thuận với
bình phương khoảng cách, tín hiệu Bạn nhấn chìm tín hiệu A Lam. Kết
quả là, C không thể nhận được truyền A.
Bây giờ, hãy nghĩ về C như là một trọng tài cho việc gửi quyền (ví
dụ: C hoạt động như một trạm cơ sở điều phối truy cập phương tiện
truyền thông). Trong trường hợp này, thiết bị đầu cuối B đã nhấn chìm
thiết bị đầu cuối A trên lớp vật lý. Đổi lại, C sẽ khơng có cơ hội áp dụng
sơ đồ cơng bằng vì nó chỉ nghe thấy B.
Hiệu ứng gần / xa là một vấn đề nghiêm trọng của mạng không dây
khi sử dụng CDM. Tất cả các tín hiệu phải đến máy thu với cường độ
nhiều hơn hoặc ít hơn. Mặt khác một người đứng gần ai đó ln có thể
nói to hơn một người ở xa. Cũng nếu những người gửi được phân tách
bằng mã, thì người gần nhất sẽ đơn giản nhấn chìm những người khác.
Kiểm sốt quyền lực chính xác là cần thiết để nhận tất cả người gửi có
cùng sức mạnh tại một người nhận. Ví dụ, hệ thống UMTS điều chỉnh
5


cơng suất 1.500 lần mỗi giây.

Hình 2: Thiết bị đầu cuối gần và xa
2. SDMA
Truy cập nhiều bộ phận không gian (SDMA) được sử dụng để phân
bổ một không gian riêng biệt cho người dùng trong các mạng không dây.
Một ứng dụng điển hình liên quan đến việc gán một trạm gốc tối ưu cho
người dùng điện thoại di động. Điện thoại di động có thể nhận được một
số trạm cơ sở với chất lượng khác nhau. Một thuật toán MAC hiện có thể
quyết định trạm gốc nào là tốt nhất, có tính đến tần số (FDM), khe thời

gian (TDM) hoặc mã (CDM) vẫn có sẵn (tùy thuộc vào cơng nghệ).
Thông thường, SDMA không bao giờ được sử dụng một cách cô lập mà
luôn kết hợp với một hoặc nhiều sơ đồ khác. Cơ sở cho thuật tốn SDMA
được hình thành bởi các tế bào và ăng ten phân vùng tạo thành cơ sở hạ
tầng thực hiện ghép kênh phân chia không gian (SDM). Một ứng dụng
mới của SDMA xuất hiện cùng với các mảng ăng ten tạo chùm. Đơn
người dùng được phân tách trong không gian bằng các chùm riêng lẻ.
Điều này có thể cải thiện cơng suất tổng thể của một ơ (ví dụ: được đo
bằng bit / s / m2 hoặc cuộc gọi thoại / m2) rất nhiều.
3. FDMA
6


Đa truy nhập phân chia tần số (FDMA) bao gồm tất cả các thuật
toán phân bổ tần số cho các kênh truyền theo sơ đồ ghép kênh phân chia
tần số (FDM). Phân bổ có thể được cố định (như đối với các đài phát
thanh hoặc quy hoạch và quy định chung về các trường hợp thường
xuyên) hoặc động (nghĩa là, theo nhu cầu).
Các kênh có thể được gán cho cùng một tần số mọi lúc, tức là,
FDMA thuần túy hoặc thay đổi tần số theo một mẫu nhất định, tức là,
FDMA kết hợp với TDMA. Ví dụ sau là cách làm phổ biến đối với nhiều
hệ thống không dây để tránh nhiễu băng hẹp ở các tần số nhất định, được
gọi là tần số nhảy lò cò. Người gửi và người nhận phải đồng ý về một
mẫu nhảy, nếu không, người nhận không thể điều chỉnh đúng tần số. Các
mẫu nhảy thường được cố định, ít nhất là trong một thời gian dài hơn.
Việc không thể tự ý nhảy trong khơng gian tần số (nghĩa là, máy thu phải
có khả năng điều chỉnh tần số phù hợp) là một trong những khác biệt
chính giữa các sơ đồ FDM và các sơ đồ TDM.
Hơn nữa, FDM thường được sử dụng để truy cập đồng thời vào
phương tiện bởi trạm gốc và trạm di động trong các mạng di động. Ở đây,

hai đối tác thường thiết lập một kênh song công, tức là một kênh cho
phép truyền đồng thời theo cả hai hướng. Hai hướng, trạm di động đến
trạm gốc và ngược lại hiện được phân tách bằng các tần số khác nhau. Sơ
đồ này sau đó được gọi là song cơng phân chia tần số (FDD). Một lần
nữa, cả hai đối tác phải biết trước tần số; họ không thể chỉ nghe vào
phương tiện. Hai tần số còn được gọi là đường lên, tức là, từ trạm di động
đến trạm gốc hoặc từ điều khiển mặt đất đến vệ tinh và như đường xuống,
tức là từ trạm gốc đến trạm di động hoặc từ vệ tinh đến điều khiển mặt
đất.

7


Hình 3: Ghép kênh phân chia tần số cho nhiều truy cập và song cơng
Ví dụ như FDM và FDD, Hình 3 cho thấy tình huống trong mạng
điện thoại di động dựa trên tiêu chuẩn GSM cho 900 MHz. Đề án phân bổ
tần số cơ bản cho GSM là cố định và quy định của chính quyền quốc gia.
(Một số biến thể nhất định tồn tại liên quan đến tần số được đề cập trong
ví dụ.) Tất cả các đường lên sử dụng băng tần trong khoảng 890,2 đến
915 MHz, tất cả các đường xuống sử dụng 935,2 đến 960 MHz. Theo
FDMA, trạm gốc, được hiển thị ở phía bên phải, phân bổ một tần số nhất
định cho đường lên và xuống để thiết lập kênh song công với điện thoại
di động. Đường lên và đường xuống có mối quan hệ cố định. Nếu tần số
đường lên là fu = 890 MHz + n · 0,2 MHz, tần số đường xuống là fd = fu
+ 45 MHz, tức là, fd = 935 MHz + n · 0,2 MHz cho một kênh n nhất
định. Trạm cơ sở chọn kênh. Mỗi kênh (đường lên và đường xuống) có
băng thơng 200 kHz. Điều này minh họa việc sử dụng FDM cho nhiều
truy cập (124 kênh trên mỗi hướng có sẵn ở 900 MHz) và song công theo
sơ đồ được xác định trước. Các sơ đồ FDM tương tự cho FDD được triển
khai trong AMPS, IS-54, IS-95, IS-136, PACS và UMTS (chế độ FDD).

4. TDMA
So với FDMA, đa truy cập phân chia thời gian (TDMA) cung cấp
8


sơ đồ linh hoạt hơn nhiều, bao gồm tất cả các công nghệ phân bổ các khe
thời gian nhất định để liên lạc, tức là, kiểm soát TDM. Bây giờ điều chỉnh
theo một tần số nhất định là không cần thiết, tức là, máy thu có thể giữ
nguyên tần số trong toàn bộ thời gian. Chỉ sử dụng một tần số, do đó, các
máy thu và máy phát rất đơn giản, nhiều thuật toán khác nhau tồn tại để
kiểm soát truy cập trung bình. Như đã đã đề cập, nghe các tần số khác
nhau cùng một lúc là khá khó khăn, nhưng nghe nhiều kênh cách nhau
trong cùng một tần số thì đơn giản. Hầu như tất cả các sơ đồ MAC cho
mạng có dây hoạt động theo nguyên tắc này, ví dụ: Ethernet, Token Ring,
ATM, v.v. (Halsall, 1996), (Stallings, 1997).
Bây giờ phải đồng bộ hóa giữa người gửi và người nhận trong
miền thời gian. Một lần nữa, điều này có thể được thực hiện bằng cách sử
dụng một mẫu cố định tương tự như các kỹ thuật FDMA, tức là, phân bổ
một khe thời gian nhất định cho một kênh hoặc bằng cách sử dụng động
đề án phân bổ. Các lược đồ phân bổ động yêu cầu một nhận dạng cho mỗi
lần truyền vì đây là trường hợp đối với các lược đồ MAC có dây điển
hình (ví dụ: địa chỉ người gửi) hoặc việc truyền phải được thông báo
trước. Địa chỉ MAC thường được sử dụng làm nhận dạng. Điều này cho
phép một người nhận trong một phương tiện phát sóng nhận ra nếu đó
thực sự là người nhận tin nhắn dự định. Các lược đồ cố định không cần
nhận dạng, nhưng không linh hoạt khi xem xét các yêu cầu băng thông
khác nhau. Các phần sau đây trình bày một số ví dụ cho các sơ đồ cố định
và động như được sử dụng cho truyền dẫn khơng dây. Thơng thường, các
sơ đồ đó có thể được kết hợp với FDMA để đạt được độ linh hoạt và khả
năng truyền tải lớn hơn.

9


4.1. Cố định TDM
Thuật toán đơn giản nhất để sử dụng TDM là phân bổ các khe thời
gian cho các kênh theo một mẫu cố định. Điều này dẫn đến một băng
thơng cố định và là giải pháp điển hình cho các hệ thống điện thoại không
dây. MAC khá đơn giản, vì yếu tố quan trọng duy nhất là truy cập vào
khe thời gian dành riêng vào đúng thời điểm. Nếu đồng bộ hóa này là yên
tâm, mỗi trạm di động đều biết đến lượt của mình và sẽ khơng có nhiễu.
Các mẫu truy cập cố định (ít nhất là cố định trong một khoảng thời
gian) hoàn toàn phù hợp với các kết nối có băng thơng cố định. Hơn nữa,
các mẫu này đảm bảo một độ trễ cố định - người ta có thể truyền. Các
lược đồ TDMA với các mẫu truy cập cố định được sử dụng cho nhiều hệ
thống điện thoại di động kỹ thuật số như IS-54, IS-136, GSM, DECT,
PHS và PACS.
Các mẫu TDM cố định này được sử dụng như thế nào để thực hiện
nhiều truy cập và kênh song công giữa trạm gốc và trạm di động. Việc chỉ
định các vị trí khác nhau cho đường lên và đường xuống bằng cách sử
dụng cùng tần số được gọi là song công phân chia thời gian (TDD). Trạm
cơ sở sử dụng một trong số 12 vị trí cho đường xuống, trong khi trạm di
động sử dụng một trong số 12 vị trí khác nhau cho đường lên. Đường lên
và đường xuống được tách ra theo thời gian. Mỗi kết nối được phân bổ
cập nhật mới và downlink riêng cặp của nó. Trong ví dụ dưới đây, là
trường hợp tiêu chuẩn cho hệ thống điện thoại không dây DECT, mẫu
được lặp lại cứ sau 10 ms, tức là, mỗi khe cắm có thời lượng là 417 lượt.
Mặc dù các mẫu truy cập cố định, như được hiển thị cho DECT,
hồn tồn thích hợp cho các kết nối có tốc độ dữ liệu khơng đổi (ví dụ:
truyền giọng nói cổ điển với song cơng 32 hoặc 64 kbit / s), chúng rất

không hiệu quả đối với dữ liệu bùng nổ hoặc kết nối không đối xứng. Nếu
dữ liệu tạm thời được gửi từ trạm gốc đến trạm di động thường hoặc
ngược lại. Nó q tĩnh, q khơng linh hoạt cho dữ liệu giao tiếp. Trong
10


trường hợp này, các sơ đồ TDMA không kết nối, theo nhu cầu có thể
được sử dụng, như các phần sau đây cho thấy.

Hình 4: Ghép kênh phân chia thời gian cho nhiều truy cập và song công
4.2. Aloha cổ điển
Như đã đề cập ở trên, TDMA bao gồm tất cả các cơ chế kiểm soát
truy cập phương tiện theo TDM. Nhưng điều gì xảy ra nếu TDM được áp
dụng mà khơng kiểm sốt truy cập? Đây chính xác là những gì mà sơ đồ
Aloha cổ điển thực hiện, một sơ đồ được phát minh tại Đại học Hawaii và
được sử dụng trong ALOHANET để kết nối không dây của một số trạm.
Aloha khơng phối hợp truy cập trung bình cũng như không giải quyết
tranh chấp trên lớp MAC. Thay vào đó, mỗi trạm có thể truy cập phương
tiện bất cứ lúc nào. Đây là một sơ đồ truy cập ngẫu nhiên, khơng có trọng
tài kiểm sốt truy cập và khơng có sự phối hợp giữa các trạm. Nếu hai
hoặc nhiều trạm truy cập phương tiện cùng một lúc, sẽ xảy ra xung đột và
dữ liệu truyền đi bị phá hủy. Giải quyết vấn đề này được để lại cho các
lớp cao hơn (ví dụ: truyền lại dữ liệu).
Aloha đơn giản hoạt động tốt cho tải nhẹ và không yêu cầu bất kỳ
cơ chế truy cập phức tạp nào.
11


Hình 5: Aloha cổ điển nhiều truy cập

Hình 6: Aloha rãnh nhiều truy cập
4.3. Aloha có rãnh
Sự tinh chỉnh đầu tiên của sơ đồ Aloha cổ điển được cung cấp bằng
cách giới thiệu các khe thời gian (Aloha có rãnh). Trong trường hợp này,
tất cả người gửi phải được đồng bộ hóa, việc truyền chỉ có thể bắt đầu ở
đầu khe thời gian. Tuy nhiên, truy cập không được phối hợp. Theo giả
định đã nêu ở trên, việc giới thiệu các vị trí làm tăng thơng lượng từ 18%
lên 36%, tức là, độ dốc tăng gấp đôi thông lượng.
Như chúng ta sẽ thấy trong các phần sau, cả hai nguyên tắc Aloha
cơ bản xảy ra trong nhiều hệ thống thực hiện truy cập phân tán vào
phương tiện. Các hệ thống Aloha hoạt động hoàn hảo dưới tải trọng nhẹ
(như hầu hết các sơ đồ thực hiện), nhưng chúng không thể đưa ra bất kỳ
đảm bảo truyền cứng nào, chẳng hạn như độ trễ tối đa trước khi truy cập
thông lượng trung bình hoặc tối thiểu. Ở đây người ta cần các cơ chế bổ
sung, ví dụ: kết hợp các sơ đồ cố định và các sơ đồ Aloha. Tuy nhiên,
ngay cả các hệ thống thông tin di động mới như UMTS cũng phải dựa
12


vào Aloha có rãnh để truy cập trung bình trong một số trường hợp nhất
định (truy cập ngẫu nhiên để thiết lập kết nối ban đầu).
4.4. Carrier mang nhiều ý nghĩa truy cập
Một cải tiến đối với Aloha cơ bản là cảm nhận chất mang trước khi
truy cập phương tiện. Đây là những gì nhà cung cấp cảm nhận được các
chương trình đa truy cập (CSMA) thường làm (Kleinrock, 1975, Halsall,
1996). Cảm biến sóng mang và truy cập phương tiện chỉ khi sóng mang
khơng hoạt động làm giảm khả năng xảy ra va chạm. Nhưng như đã được
đề cập trong phần giới thiệu, các thiết bị đầu cuối ẩn không thể được phát
hiện, vì vậy, nếu một thiết bị đầu cuối ẩn truyền cùng lúc với người gửi
khác, có thể xảy ra xung đột tại máy thu. Sơ đồ cơ bản này vẫn được sử

dụng trong hầu hết các mạng LAN không dây.
Một số phiên bản của CSMA tồn tại. Trong CSMA khơng liên tục,
các trạm cảm nhận được sóng mang và bắt đầu gửi ngay lập tức nếu
phương tiện không hoạt động. Nếu phương tiện đang bận, trạm sẽ tạm
dừng một khoảng thời gian ngẫu nhiên trước khi cảm nhận lại phương
tiện và lặp lại mẫu này. Trong các hệ thống CSMA p-kiên trì, các nút
cũng cảm nhận được phương tiện, nhưng chỉ truyền với xác suất là p, với
trạm chuyển đến vị trí tiếp theo với xác suất 1-p. Trong các hệ thống
CSMA 1 liên tục, tất cả các trạm muốn truyền truy cập phương tiện cùng
một lúc, ngay khi nó khơng hoạt động. Điều này sẽ gây ra nhiều va chạm
nếu nhiều trạm muốn gửi và chặn lẫn nhau. Để tạo sự công bằng cho các
trạm chờ trong thời gian dài hơn, các thuật tốn dự phịng có thể được
giới thiệu, rất nhạy cảm với thời gian chờ vì điều này được thực hiện cho
Ethernet tiêu chuẩn (Halsall, 1996).
CSMA với tránh va chạm (CSMA / CA) là một trong những
phương án truy cập được sử dụng trong các mạng LAN không dây theo
tiêu chuẩn IEEE 802.11. Ở đây cảm biến tàu sân bay được kết hợp với sơ
đồ lùi trong trường hợp phương tiện bận rộn để đạt được sự công bằng
13


giữa các trạm cạnh tranh. Một kế hoạch rất phức tạp khác là năng suất
loại bỏ - nhiều truy cập không ưu tiên (EY-NMPA) được sử dụng trong
đặc tả HIPERLAN 1. Một số giai đoạn cảm nhận phương tiện và truy cập
phương tiện để giải quyết tranh chấp được xen kẽ trước khi một người
chiến thắng Cuối cùng có thể truy cập phương tiện để truyền dữ liệu. Các
chương trình ưu tiên có thể được đưa vào để đảm bảo ưu tiên của các
trạm nhất định với dữ liệu quan trọng hơn.
4.5. Nhu cầu được gán nhiều truy cập
Một cải tiến chung của hệ thống truy cập Aloha cũng có thể đạt

được bằng các cơ chế bảo lưu và kết hợp với một số mẫu TDM (cố định).
Các chương trình này thường có thời gian bảo lưu theo sau là thời gian
truyền. Trong thời gian đặt trước, các trạm có thể dự trữ các vị trí trong
tương lai trong thời gian truyền. Trong khi, tùy thuộc vào sơ đồ, các va
chạm có thể xảy ra trong thời gian bảo lưu, thời gian truyền có thể được
truy cập mà khơng bị va chạm. Ngồi ra, thời gian truyền có thể được
chia thành các khoảng thời gian có và khơng có va chạm.
DAMA có hai chế độ, trong giai đoạn tranh chấp theo sơ đồ Aloha
có rãnh, tất cả các trạm có thể cố gắng dự trữ các vị trí trong tương lai. Ví
dụ, các trạm khác nhau trên trái đất cố gắng dự trữ thời gian truy cập để
truyền qua vệ tinh. Sự va chạm trong giai đoạn bảo lưu không phá hủy
truyền dữ liệu, mà chỉ yêu cầu ngắn để truyền dữ liệu. Nếu thành công,
một khe thời gian trong tương lai được bảo lưu và khơng có trạm nào
khác được phép truyền trong khe này. Vì thế, vệ tinh thu thập tất cả các
yêu cầu thành công (những yêu cầu khác bị hủy) và gửi lại danh sách đặt
chỗ cho biết quyền truy cập cho các vị trí trong tương lai. Tất cả các trạm
mặt đất phải tuân theo danh sách này. Để duy trì mơ hình TDM cố định
của việc đặt và truyền, các trạm phải được đồng bộ hóa theo thời gian.
DAMA là một chương trình đặt phòng rõ ràng. Mỗi khe truyền phải được
14


bảo lưu rõ ràng.

15


Hình 7: Nhu cầu chuyển nhượng nhiều truy cập với đặt phịng rõ ràng
4.6. Gói PRMA đặt trước nhiều truy cập
Một ví dụ cho một kế hoạch đặt phịng ngầm là đặt trước nhiều gói

truy cập (PRMA). Ở đây, các vị trí có thể được bảo lưu ngầm theo sơ đồ
sau:
-Một số vị trí nhất định tạo thành một khung, các khung được lặp
lại(Hình 8 cho thấy tám vị trí trong một khung).
-Các trạm cạnh tranh cho các vị trí trống bằng cách sử dụng aloha có
rãnh.
-Một khi trạm dự trữ một vị trí thành cơng, vị trí được gán cho vị trí này
trạm trong tất cả các khung sau miễn là trạm có dữ liệu để gửi.
-Cạnh tranh cho một vị trí bắt đầu lại khi vị trí trống trong khung cuối
cùng.

Hình 8: Phân bổ nhu cầu truy cập nhiều với đặt phòng ngầm
4.7. Đặt chỗ TDMA
Một mẫu thậm chí cố định hơn mà vẫn cho phép một số truy cập
ngẫu nhiên được thể hiện bằng cách đặt trước TDMA (Hình 9). Trong sơ
đồ TDM cố định N các khe nhỏ theo sau là các khe dữ liệu N · k tạo
16


thành một khung được lặp lại. Mỗi trạm được phân bổ khe nhỏ riêng và
có thể sử dụng nó để dự trữ tối đa k khe dữ liệu. Điều này đảm bảo mỗi
trạm có băng thơng nhất định và độ trễ cố định. Các trạm khác hiện có thể
gửi dữ liệu trong các khe dữ liệu không sử dụng như được hiển thị. Việc
sử dụng các vị trí miễn phí này có thể dựa trên sơ đồ vịng trịn đơn giản
hoặc có thể khơng phối hợp bằng cách sử dụng sơ đồ Aloha. Lược đồ này
cho phép kết hợp, ví dụ: lưu lượng truy cập đẳng thời với bitrate cố định
và lưu lượng nỗ lực tốt nhất mà khơng có bất kỳ đảm bảo nào.

Hình 9: Kế hoạch truy cập TDMA
4.8. Nhiều truy cập với tránh va chạm

Nhiều truy cập với tránh va chạm (MACA) là giao thức lớp điều
khiển truy cập trung bình (MAC) được sử dụng trong các mạng khơng
dây, với mục đích giải quyết vấn đề đầu cuối ẩn. Nó cũng cung cấp giải
pháp cho vấn đề thiết bị đầu cuối tiếp xúc. Giao thức lớp MAC IEEE
802.11 RTS / CTS đã được thông qua từ MACA.
Nguyên tắc làm việc:
-Giao thức MACA hoạt động với điều kiện các trạm được đồng bộ hóa và
kích thước khung hình và tốc độ dữ liệu là như nhau. Nó liên quan đến
việc truyền hai khung được gọi là RTS và CTS trước khi truyền dữ liệu.
RTS là viết tắt của Request to Send và CTS là viết tắt của Clear to Send.
17


Chúng ta hãy xem xét rằng một trạm phát STA có khung dữ liệu để
gửi đến một trạm thu STB. Hoạt động như sau:
•

Trạm STA gửi khung RTS đến trạm nhận.

•

Khi nhận được RTS, trạm STB trả lời bằng cách gửi khung CTS.

•

Khi nhận được khung CTS, trạm STA bắt đầu truyền khung dữ liệu
của nó.

•

Sau khi nhận được khung dữ liệu thành công, trạm STB sẽ gửi
khung ACK (khung xác nhận).

Trình tự được minh họa như sau:

Bất kỳ trạm nào có thể nghe RTS đều gần trạm phát và giữ im lặng
đủ lâu cho CTS hoặc đợi trong một khoảng thời gian nhất định. Nếu RTS
không được theo sau bởi CTS, thời gian chờ tối đa là thời gian lan truyền
RTS.
Bất kỳ trạm nào có thể nghe thấy CTS đều gần trạm thu và giữ im
lặng trong quá trình truyền dữ liệu. Nó cố gắng truyền sau khi nghe ACK.
MACA là một giao thức có rãnh khơng liên tục. Điều này ngụ ý rằng nếu
phương tiện được phát hiện là bận, một trạm chờ trong một khoảng thời
18


gian ngẫu nhiên sau khi bắt đầu một khe thời gian và sau đó nó sẽ gửi
RTS. Điều này đảm bảo quyền truy cập cơng bằng vào phương tiện.

Hình 10: MACA có thể tránh thiết bị đầu cuối ẩn

Hình 11: MACA có thể tránh các thiết bị đầu cuối tiếp xúc
4.9. Bỏ phiếu
Trong trường hợp tất cả các trạm khác được nghe thấy (ví dụ: trạm
cơ sở của mạng điện thoại di động hoặc bất kỳ trạm chuyên dụng nào
khác), có thể áp dụng các sơ đồ bỏ phiếu (được biết đến từ thế giới máy
tính lớn / thiết bị đầu cuối). Bỏ phiếu là một kế hoạch tập trung nghiêm
19

ngặt với một trạm chủ và một số trạm nô lệ. Bậc thầy có thể thăm dị nơ
lệ theo nhiều phương án: vịng trịn (chỉ hiệu quả nếu mơ hình giao thông
tương tự trên tất cả các trạm), theo cách đặt trước ( ví dụ trong lớp học
với các sinh viên lịch sự) v.v ... Thầy cũng có thể thiết lập một danh sách
các trạm muốn truyền trong giai đoạn tranh chấp. Sau giai đoạn này, trạm
thăm dò từng trạm trong danh sách. Các sơ đồ tương tự được sử dụng, ví
dụ, trong mạng LAN khơng dây Bluetooth và là một chức năng truy cập
có thể có trong các hệ thống IEEE 802.11.
4.10. Ức chế cảm giác đa truy cập
Một sự kết hợp khác của các sơ đồ khác nhau được thể hiện bằng
cách ức chế nhiều truy cập (ISMA). Sơ đồ này, được sử dụng cho dịch vụ
truyền dữ liệu gói Dữ liệu gói dữ liệu di động (CDPD) trong hệ thống
điện thoại di động AMPS, còn được gọi là đa truy cập cảm giác kỹ thuật
số (DSMA). Ở đây, trạm cơ sở chỉ báo hiệu một phương tiện bận rộn
thông qua âm báo bận (được gọi là chỉ báo BUSY / IDLE) trên đường
xuống (Hình 12). Sau khi âm báo bận dừng, việc truy cập đường lên
không được phối hợp nữa. Trạm cơ sở thừa nhận truyền thành công, một
trạm di động chỉ phát hiện va chạm thông qua xác nhận tích cực bị thiếu.
Trong trường hợp va chạm, các cơ chế dự phòng và truyền lại bổ sung
được thực hiện. (Salkintzis, 1999).

Hình 12: Ức chế nhiều truy cập bằng cách sử dụng một giai điệu bận rộn
20


5. CDMA
Các mã với các đặc điểm nhất định có thể được áp dụng cho truyền
dẫn để cho phép sử dụng ghép kênh phân chia mã (CDM).
Các hệ thống đa truy nhập phân chia mã (CDMA) sử dụng chính
xác các mã này để phân tách người dùng khác nhau trong không gian mã

và để cho phép truy cập vào một phương tiện được chia sẻ mà không bị
can thiệp.
Vấn đề chính là làm thế nào để tìm ra các mã tốt của Cameron và
cách tách tín hiệu khỏi nhiễu do các tín hiệu khác và mơi trường tạo ra.
Nhưng một mã tốt cho CDMA là gì? Mã cho một người dùng nhất
định phải có chế độ tự động tốt-lation (2) và nên trực giao với các mã
khác.
Trực giao trong không gian mã có cùng ý nghĩa như trong khơng
gian tiêu chuẩn (nghĩa là không gian ba chiều). Hãy nghĩ về một hệ tọa
độ và vectơ bắt đầu từ gốc, tức là, trong (0, 0, 0) 3. Hai vectơ được gọi là
trực giao nếu sản phẩm bên trong của chúng là 0, như trường hợp của hai
vectơ (2, 5, 0) và (0, 0, 17): (2, 5, 0) * (0, 0, 17) = 0 + 0 + 0 = 0. Nhưng
cũng có các vectơ như (3, -2 , 4) và (-2, 3, 3) là trực giao: (3, -2, 4) * (- 2,
3, 3) = -6 - 6 + 12 = 0. Ngược lại, các vectơ (1, 2,3) và (4.2, -6) không
trực giao (sản phẩm bên trong là -10), và (1, 2, 3) và (4, 2, -3) là những
người gần như trực giao, với sản phẩm bên trong là -1 (có nghĩa là gần sát
với 0). Mơ tả này khơng chính xác theo nghĩa tốn học. Tuy nhiên, sẽ rất
hữu ích khi ghi nhớ các giả định xác định đơn giản này khi xem các ví dụ
sau trong đó các chuỗi mã gốc có thể bị biến dạng do nhiễu. Tính trực
giao khơng thể được đảm bảo cho các mã trực giao ban đầu.
Bây giờ hãy để chúng tôi dịch cái này vào khơng gian mã và giải
thích ý nghĩa của chúng tơi bằng cách tự tương quan tốt. Mã Barker (+1,
-1, +1, +1, -1, +1, +1, +1, -1, -1, -1), ví dụ: có khả năng tự tương quan tốt,
tức là, sản phẩm bên trong có kích thước lớn, kết quả là 11. Mã này được
21


sử dụng cho ISDN và IEEE 802.11. Nhưng ngay sau khi mã Barker này
được dịch chuyển thêm 1 chip nữa (hãy nghĩ đến việc chuyển mã Barker
11 chip so với chính nó nhiều lần), mối tương quan giảm xuống giá trị

tuyệt đối là 1. Nó giữ nguyên giá trị thấp này cho đến khi mã khớp với
chính nó một lần nữa hồn hảo Điều này giúp, ví dụ, để đồng bộ hóa máy
thu với luồng dữ liệu đến. Đỉnh trong quá trình khớp giúp người nhận tái
cấu trúc dữ liệu gốc một cách chính xác, ngay cả khi nhiễu làm biến dạng
tín hiệu gốc đến một mức nhất định.
Sau phần giới thiệu nhanh về tính trực giao và tự tương quan này,
ví dụ (lý thuyết) sau đây giải thích chức năng cơ bản của CDMA trước
khi áp dụng cho tín hiệu:
● Hai người gửi, A và B, muốn gửi dữ liệu. CDMA chỉ định duy
nhất sau đây và các chuỗi khóa trực giao: khóa Ak = 010011 cho người
gửi A, khóa BK = 110101 cho người gửi B. Người gửi A muốn gửi bit A d
= 1, người gửi B gửi Bd = 0. Tới minh họa ví dụ này, chúng ta hãy giả sử
rằng chúng ta viết mã nhị phân 0 là -1, nhị phân 1 là +1. Sau đó chúng ta
có thể áp dụng các quy tắc cộng và nhân tiêu chuẩn.
● Cả hai người gửi đều truyền tín hiệu bằng phím của họ dưới dạng
chuỗi sứt mẻ ( thuật ngữ ‘lan truyền ở đây đề cập đến phép nhân đơn giản
của bit dữ liệu với toàn bộ chuỗi sứt mẻ). Trong thực tế, các phần của một
sứt mẻ dài hơn nhiều trình tự được áp dụng cho các bit đơn để trải rộng.
Người gửi A sau đó gửi signal As = Ad * Ak = +1 * (- 1, +1, -1, -1, +1, +1)
= (-1, +1, -1, -1, +1, +1). Người gửi B thực hiện tương tự với dữ liệu của
mình để truyền tín hiệu với mã: Bs = Bd * Bk = -1 * (+ 1, +1, -1, +1, -1,
+1) = (-1, -1, +1, -1, +1, -1).
● Cả hai tín hiệu sau đó được truyền cùng một lúc bằng cùng một
tần số, do đó, các tín hiệu được đặt chồng lên nhau trong không gian
(điều chế tương tự bị bỏ qua trong ví dụ này). Giảm nhiễu từ các người
gửi khác và nhiễu môi trường từ ví dụ đơn giản này và giả sử rằng các tín
22


hiệu có cùng cường độ tại máy thu, tín hiệu C sau được nhận tại máy thu:

C = As + Bs = (-2, 0, 0, -2, +2, 0).
● Hiện tại người nhận muốn nhận dữ liệu từ người gửi A và do đó, điều
chỉnh mã của A, tức là, áp dụng mã A The để phân tán: C * Ak = (-2, 0, 0,
-2, +2, 0) * (- 1, +1, -1, -1, +1, +1) = 2 + 0 + 0 + 2 + 2 + 0 = 6. Do kết
quả lớn hơn 0, người nhận phát hiện nhị phân 1. Điều chỉnh trong người
gửi B, tức là, áp dụng mã B cho C * B k = (-2, 0, 0, -2, +2, 0) * ( +1, +1,
-1, +1, -1, +1) = -2 + 0 + 0 - 2 - 2 + 0 = -6. Kết quả là âm, vì vậy 0 đã
được phát hiện.
Ví dụ này liên quan đến một số đơn giản hóa. Các mã cực kỳ đơn
giản, nhưng ít nhất là trực giao. Quan trọng hơn, tiếng ồn đã bị bỏ qua.
Nhiễu sẽ thêm vào tín hiệu truyền C, kết quả sẽ không bằng ngay cả với
-6 và +6, nhưng có thể gần bằng 0, khiến cho việc quyết định xem đây có
phải là 0 hay 1. hợp lệ hay khơng. bit được đặt chính xác và cả hai tín
hiệu đều mạnh như nhau khi chúng đến máy thu. Điều gì sẽ xảy ra nếu, ví
dụ, B mạnh hơn nhiều? Giả sử rằng sức mạnh của Bơi gấp năm lần sức
mạnh của A. Sau đó, C '= As + 5 * Bs = (-1, +1, -1, -1, +1, +1) + (-5, -5,
+5, -5, +5, -5) = (-6, -4, +4, -6, +6, -4). Một lần nữa, người nhận muốn
nhận B: C' * Bk = -6 - 4 - 4 - 6 - 6 - 4 = -30. Thật dễ dàng để phát hiện nhị
phân 0 được gửi bởi B. Bây giờ người nhận muốn nhận A: C' * A k = 6 - 4
- 4 + 6 + 6 - 4 = 6. Rõ ràng, giá trị (tuyệt đối) cho mạnh hơn nhiều tín
hiệu cao hơn (30 so với 6). Mặc dù -30 có thể phát hiện ra là 0, nhưng
điều này khơng dễ dàng cho 6 vì so với 30, 6 khá gần với 0 và có thể
được hiểu là nhiễu. Nhớ lại ví dụ đảng. Nếu một người nói một ngơn ngữ
rất to, việc sử dụng ngơn ngữ khác là mã trực giao sẽ khơng cịn hữu
dụng nữa - khơng ai có thể hiểu bạn, giọng nói của bạn sẽ chỉ gây ra tiếng
ồn. Mặc dù được đơn giản hóa, ví dụ này cho thấy điều khiển công suất là
điều cần thiết cho các hệ thống CDMA. Đây là một trong những vấn đề
lớn nhất mà các hệ thống CDMA gặp phải khi nguồn điện phải được điều
23

chỉnh qua một ngàn lần mỗi giây trong một số hệ thống - đây tiêu thụ rất
nhiều năng lượng.
Các ví dụ sau đây tóm tắt hành vi của CDMA cùng với việc lan
truyền DSSS bằng cách sử dụng mã trực giao. Các ví dụ hiện sử dụng mã
dài hơn hoặc chuỗi chính (nghĩa là dài hơn dưới dạng một bit). Các chuỗi
mã trong IS-95, ví dụ, (một hệ thống điện thoại di động sử dụng CDMA)
dài 242 - 1 chip, tốc độ sứt mẻ là 1228800 chip / s (tức là mã lặp lại sau
41.425 ngày). Thông tin chi tiết về CDMA có thể được tìm thấy trong
Viterbi (1995).
Hình 13 cho thấy một người gửi A muốn truyền các bit 101. Khóa
của A được hiển thị dưới dạng chuỗi tín hiệu và chuỗi nhị phân A k. Trong
ví dụ này, nhị phân 0 được gán một giá trị tín hiệu dương, nhị phân 1 giá
trị tín hiệu âm. Sau khi lan truyền, tức là, XORing A d và Ak, tín hiệu thu
được là As.

Hình 13: Mã hố và truyền bá dữ liệu từ người gửi A

24


Hình 14: Mã hố và truyền bá dữ liệu từ người B
Điều tương tự cũng xảy ra với dữ liệu từ người gửi B, ở đây các bit
là 100. Kết quả của việc lan truyền với mã là tín hiệu B s. As và Bs bây giờ
chồng chất trong quá trình truyền (một lần nữa khơng có nhiễu và cả hai
tín hiệu có cùng cường độ). Tín hiệu thu được chỉ đơn giản là tổng A s +
Bs như trong hình 14.
Một người nhận hiện đang cố gắng xây dựng lại dữ liệu gốc từ A,
Ad. Do đó, người nhận áp dụng khóa A, Ak, cho tín hiệu nhận được và đưa
kết quả vào một tích hợp. Bộ tích hợp thêm các sản phẩm (tức là tính tốn

sản phẩm bên trong), bộ so sánh sau đó phải quyết định xem kết quả là 0
hay 1 như trong hình 15. Như chúng ta có thể thấy, mặc dù dạng tín hiệu
ban đầu bị méo bởi tín hiệu Bạn, nhưng kết quả vẫn khá rõ ràng.
Điều tương tự cũng xảy ra nếu một người nhận muốn nhận dữ liệu
BANH (xem Hình 16). Bộ so sánh có thể dễ dàng phát hiện dữ liệu gốc.
Nhìn vào (As + Bs) * Bk người ta cũng có thể tưởng tượng điều gì có thể
xảy ra nếu tín hiệu A Lành mạnh hơn và nhiễu làm méo tín hiệu. Các đỉnh
nhỏ hiện do tín hiệu A lệch gây ra sẽ cao hơn nhiều, và kết quả của tích
25