Multiple
Access Techniques (MAT)
การพัฒนาระบบ
Multiple Access protocol
เริ่มแรกในปี คศ. 1970
โดยมหาวิทยาลัยแห่ง
ฮาวาย ได้พัฒนาระบบ
Multiple Access protocol
ระบบแรกที่ชื่อ ALOHA
protocol
และหลังจากนั้นระบบ
protocol
ใหม่ๆได้มีการค้นคิดออกมาอีกมาก
และหนึ่งใน protocol
เหล่านั้นได้แก่ code
division multiple access (CDMA) protocol
ทำไมต้องใช้ระบบ
Multiple Access Protocol
เนื่องจากทรัพยากร
ความถี่ ,จำนวนของ
channel ที่ใช้งาน
มีอยู่อย่างจำกัด
แต่มีผู้ต้องการใช้งานทรัพยากรเหล่านี้เป็นจำนวนมากดังนั้นจำต้องมีการจัดสรรให้ผู้ใช้งานทั้งหมดสามารถใช้ทรัพยากรที่มีอยู่เหล่านี้อย่างเท่าเทียมกัน
ระบบ Multiple Access Protocol
จะเป็นตัวสร้างกฎระเบียบและบริหารการใช้ทรัพยากรที่มีอยู่อย่างจำกัดเหล่านั้นสำหรับผู้ใช้ทุกคน
คุณสมบัติของ
Multiple Access protocol
ที่ต้องการ
การออกแบบ
protocol
ปกติจะสำเร็จได้ก็ด้วยการกำหนดเป้าหมายในใจเราและคุณสมบัติของ
protocol
โดยหลักใหญ่จะถูกกำหนดโดยเป้าหมายนั้น
แต่ถ้าเราออกนอกเป้าหมาย,เรายังคงคุณสมบัติของ
Multiple Access protocol
ที่ดีไว้ได้
โดยยังต้องยึดหลักการดังต่อไปนี้
- 1.
สิ่งแรกและภาระหน้าที่แรกของ
Multiple Access protocol
ที่ควรคำนึงถึงคือการ
share ของ channel
การสื่อสารที่ใช้ร่วมกันของผู้ใช้ในระะบบ
นั้นคือ, protocol
ควรต้องควบคุมหนทางในการที่ผู้ใช้งานจะเข้าถึง
channel
การสื่อสารโดยกำหนดให้ผู้ใช้งานต้องปฏิบัติตามกฎที่วางไว้อย่างแน่นอน
, protocol
จะต้องควรคุมการจัดสรรขนาดความจุของ
channel
การสื่อสารให้ผู้ใช้งาน
- 2.
protocol
ต้องทำการจัดสรรการสื่อสารกลางให้ใช้งานอย่างมีประสิทธิภาพ
ความมีประสิทธิภาพโดยปกติถูกวัดในเทอมของ
อัตราของข้อมูลที่ส่งผ่าน
ช่องการสื่อสาร (channel
throughput)
และความล้าช้าของการส่งผ่านข้อมูล
(delay of the transmissions)
- 3.
การจัดสรรควรยุติธรรมต่อผู้ใช้แต่ละราย
นั้นคือ
ไม่พูดไปในผู้ใช้งานที่ถูกกำหนดให้ใช้ก่อนหน้านั้น
ผู้ใช้แต่ละรายควรรับข้อมูลเดียวกันที่ขนาดความจุของ
channel
ที่ถูกจัดสรรให้
- 4.
protocol
ควรมีความยืดยุ่นโดยย่อมให้มีความหลากหลายของ
traffic (เช่น., voice และ data)
- 5.protocol
ควรต้องมีเสถียรภาพ
(stable)
นี่หมายถึงว่าถ้าระบบอยู่ในวาระที่สมดุล,มี
load ที่เพิ่มขึ้นควรย้ายระบบไปยังจุดสมดุลใหม่,ส่วน
protocol
ที่ไม่มีเสถียรภาพ
(unstable)เมื่อมี load
เพิ่มขึ้น
จะกระทำระบบให้ดำเนินต่อไปจน
load
เพิ่มพอกพูนสูงมากและมีอัตราของข้อมูลที่ส่งผ่านช่องการสื่อสารต่ำมาก
(lower throughput)
- 6.
protocol
ควรมีความฉลาดพอที่จะสามารถตรวจสอบอุปกรณ์ที่
failure
และมีเงื่อนไขที่เปลี่ยนไป,ถ้าผู้ใช้รายหนึ่งรายใดมีการใช้งานอย่างไม่ถูกต้อง,ผลกระทบนี้ที่จะเกิดขึ้นกับระบบควรน้อยที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้
การแบ่งชนิดของ
Multiple Access protocol
Multiple
Access protocol
ถูกแบ่งออกเป็น 3
กลุ่มหลักๆดังนี้
- 1.the
contentionless protocols (scheduling)
- 2.
the contention protocols (random access)
- 3.the
class of CDMA protocols
Contentionless
(scheduling) Multiple Access Protocols
Contentionless
MA protocols
จะหลีกเลี่ยงกรณีมีผู้ใช้หลายรายเข้ามาใช้
channal เดียวกันในเวลาเดียวกันโดยการกำหนดลำดับ
(scheduling) การใช้
ช่องการสื่อสาร (channel
transmissions) สำหรับทุกคน,
โดยผู้ใช้จะส่งลำดับรายการที่กำหนดไว้ไปยังทุก
transmission จะมี transmission
อันหนึ่งประสบผลให้ใช้งานได้
หลักการของ scheduling
ทำได้ 2 แบบ
- 1.Fixed
assignment scheduling
- 2.Demand
assignment scheduling
Fixed
Assignment
สำหรับ
MA protocol แบบ fixed assignment
ขนาดความจุของ channel
จะถูกแบ่งไว้อย่างแน่นอนสำหรับผู้ใช้
ผู้ใช้แต่ละรายสามารถใช้งานในส่วนของขนาดความจุของ
channel ที่ถูกแบ่งไว้
ไม่ว่าจะมีหรือไม่มีสิ่งใดส่งไปก็ตาม
การแบ่งสามารถทำในส่วนของ
Time หรือ Frequency
ซึ่งได้แก่ TDMA protocol
แล FDMA protocol ตามลำดับ
อ่านอ้างอิง [1] หน้า 20,21
Demand
assignment
สำหรับ
demand-assignment contentionless protocol
เฉพาะผู้ใช้ที่ต้องการส่งเท่านั้นที่สามารถส่งไปได้โดยกำหนดให้ส่งไปในส่วนของขนาดความจุของ
channel
ที่ถูกจัดสรรไว้ให้
ช่องการสื่อสารของผู้ใช้แบบนี้ถูกกำหนดเอาไว้
(scheduled)
ให้เป็นไปตามลำดับ
ดังนั้นจึงไม่มีการแย่งกันใช้ช่องการสื่อสารเกิดขึ้น
ผู้ใช้ที่ไม่มีสิ่งใดส่งจะไม่สามารถใช้ช่องการสื่อสารได้
อย่างไรก็ตาม protocol
ต้องกำหนดขนาดความจุของช่องการสื่อสารที่ผู้ใช้ต้องการไปใน
schedule
scheduling
สามารถควบคุมโดย central,
ผลของการควบคุมแบบ
centralized demand assignment protocol
ได้แก่ roll-call polling protocol
และผลการควบคุมที่สามารถควบคุมไปตามผู้ใช้แต่ละราย
distributed demand assignment protocol
ได้แก่ token-passing protocol
Roll-Call
Polling
Roll-call
polling protocol
จะถูกส่งไปยังผู้ใช้งานรอบๆ
โดยทั่ว, ที่ central control
จะเลือกผู้ใช้เพียงหนึ่งราย
ผู้ใช้งานรายอื่นจะถูกกำหนดให้ใช้หลังจากนั้นทีละราย
ถ้าผู้ใช้รายนั้นได้รับ
polling message จาก central control
ก็ทำการส่ง message
ไปจนไม่มีสิ่งใดจะส่งอีก
หรือส่งทุก message
ที่เก็บไว้ในหน่วยความจำกลาง
หลังจากทำการส่งถึง
message สุดท้าย
มันก็จะส่งข้อความ
“ready” ไปยัง central control
หลังจาก central control
ได้รับข้อความนี้
ตัว controller ก็จะส่ง polling
message
ไปยังผู้ใช้ในลำดับต่อไป
Token-Passing
Protocol
ตัวอย่างหนึ่งของ
token-passing protocol คือ token-bus protocol
ใน protocol ชนิดนี้
ผู้ใช้งานทั้งหมดจะถูกต่อไปยัง
bus เดียวกัน
ผู้ใช้แต่ละรายจะให้
address ไว้อันหนึ่ง,ผู้ใช้
bus
ถูกจัดลำดับเป็นวงแหวนโดยรหัสของผู้ใช้แต่ละราย
ที่รู้จักกันใน
successor’s
address ผู้ใช้จะมี address
ที่แน่นอน
และข้อมูลที่ส่งออกไปจะมี
address ของผู้ใช้ถูกส่งออกไปด้วย
ผู้รับที่รู้จัก address
นั้น
จะรู้ว่าข้อมูลที่ส่งมานั้นมีเจตนาที่จะส่งมาเพื่อเขา
ในความเป็นจริงผู้ใช้ที่จะส่งได้ขึ้นอยู่ว่าผู้ใช้รายนั้นได้รับส่วนของ
control information ที่เรียกว่า
token
ก่อนหน้านั้นหรือไม่
ถ้าผู้ใช้ได้รับ token
และต้องการที่จะส่งข้อมูลจริงๆ,ก็ทำการส่งข้อมูลนั้นออกไปได้จนถึงข้อมูลสุดท้าย,ก็ทำการส่ง
token
ไปยังผู้รับช่วงรายต่อไป
ถ้าผู้รับช่วงรายนี้ยังไม่มีข้อมูลอะไรส่งในขณะนั้น
มันก็จะส่ง token
ไปยังผู้รับช่วงรายลำดับต่อไปทันที
ถ้าผู้รับช่วงรายปัจจุบัน
holds the token
ก็ยอมให้ผู้ใช้รายนั้นส่งข้อมูลออกไปได้
อันนี้เป็นหลักการของ
distributed demand assignment protocol
Contention
(Random) Multiple Access Protocols
สำหรับ
contention multiple access
จะไม่มีหมายกำหนดการในการใช้ช่องการสื่อสาร
นั้นคือผู้ใช้รายใดพร้อมที่จะส่งก็ส่ง
โดยไม่สามารถรู้ได้อย่างแน่ชัดว่าการส่งออกไปนั้นจะไปรบกวนกับผู้ใช้รายอื่นหรือไม่
ผู้ใช้อาจจะรู้หรือไม่รู้การดำเนินการของช่องการสื่อสารขณะนั้นอย่างแน่ชัดเกี่ยวกับผู้ใช้รายอื่น
ดังนั้นเมื่อมีผู้ใช้พร้อมที่จะส่งมากกว่าหนึ่งรายในเวลาเดียวกัน
ทุกการสื่อสารที่ทำการส่งในขณะนั้นของทุกรายก็จะ
fail การสื่อสารที่ failure
จะแสดงถึงสภาวะการประสบผลสำเร็จของการสื่อสารมากหรือน้อยในขบวนการของ
random process,
การเข้าถึงช่องสัญญาณแบบ
random process protocol ควรมีการตัดสินใจในกรณีเกิดการ
แย่งกันส่งในเวลาเดียวกันของผู้ใช้แต่ละราย
เราสามารถแบ่ง
contention multiple access ได้เป็น 2
กลุ่ม
- 1.repeated
random access protocols
- 2.random
access protocols with reservation
Repeated
Random Access Protocols
การเริ่มต้นที่จะใช้ช่องการสื่อสารของผู้ใช้แต่ละราย
ผู้ใช้จะไม่สามารถรู้ได้ว่าผู้ใช้รายอื่นก็จะทำการส่งเหมือนกัน
ดังนั้นการแย่งกันก็จะเกิดขึ้นเมื่อมีผู้ส่งพร้อมกันมากกว่าหนึ่งรายในเวลาเดียวกัน
ถ้าผู้ใช้ไม่สามารถรู้ว่าช่องการสื่อสารกำลังใช้งานอยู่
การชนกันก็จะเกิดขึ้นถ้าผู้ใช้รายใหม่
start transmission
ขณะที่ผู้ใช้รายอื่นใช้งานอยู่
แต่ถ้าผู้ใช้สามารถรู้ว่าช่องการสื่อสารกำลังใช้งานอยู่,ก็สามารถรอจนกว่าช่องการสื่อสารจะว่าง
การชนกันก็จะเกิดขึ้นเฉพาะถ้าผู้ใช้เริ่มต้นส่งพร้อมกันในเวลาเดียวกันจริงๆตัวอย่างของ
repeated random access protocols ได้แก่
pure (p)-ALOHA, slotted (s)-ALOHA, carrier sense
multiple access (CSMA), inhibit sense multiple access
(ISMA), และ stack algorithm สำหรับ
CSMA และ ISMA ผู้ใช้จะฟัง
channel ก่อนส่ง สำหรับ
protocol
ตัวอื่นผู้ใช้ทำการส่งไปโดยไม่รู้การดำเนินไปของช่องการสื่อสารขณะนั้น
p-ALOHA
pure ALOHA
protocol
เป็นชื่อหลังจากระบบ
ALOHA system , a packet radio network
ได้ถูกพัฒนาโดยมหาวิทยาลัยแห่งฮาวายและออกใช้งานในปี
1970 ซึ่งถือว่าเป็น MA
protocol ตัวแรก และ ALOHA protocol
ได้มีการเปลี่ยนแปลงพัฒนาไปจึงเปลี่ยนชื่อ
ALOHA ซึ่งเป็น protocol
ดังเดิมมาเป็น
pure (p)-ALOHA
p-ALOHA
protocol เป็น protocol
ที่ถูกควบคุมโดย central
ผู้ใช้งานจะสามารถส่งสัญญาณ
ไปยัง base station โดยทาง
uplink channel
และรับสัญญาณจาก base
station โดยทาง downlink channel
ที่มีความถี่ของ channel
ต่างกัน
โดยทันทีที่ผู้ใช้มีการ
generated a packet มันก็จะส่ง
packet นี้ ไปบน uplink channel
ถ้าไม่มีผู้ใช้อื่นส่ง
ที่ base station
ก็จะรับข้อมูลที่ถูกต้องจากช่องการสื่อสาร
และ base station
ก็จะส่งสัญญาณตอบรับ
(acknowledgment packet) ไปบน downlink channel
เมื่อผู้ใช้ได้รับสัญญาณ
acknowledgment
ผู้ใช้ก็จะรู้ว่าการส่งข้อมูลประสบผลสำเร็จ
ถ้ามีผู้ใช้มากกว่า
2
รายส่งพร้อมกันในเวลาเดียวกัน
ก็จะเกิดการชนกันขึ้น
(collision) ที่ base station ก็จะรู้ได้ถึงการเกิดการชนกันนี้
เพราะว่ามันได้รับข้อมูลผิดไปจากความเป็นจริงและจะไม่ส่งสัญญาณตอบรับ
acknowledgment , base station
ก็จะประเมินสถานะการณ์ได้ว่ามีการชนกันเกิดขึ้น
ดังนั้นมันจึงสั่งให้ทำการส่งใหม่อีกครั้ง
อ่านอ้างอิง
[1] หน้า 24,25
ค้นคว้าเพิ่มเติมที่อ้างอิง
[2] หน้า 341-345
s-ALOHA
protocol
แบบ p-ALOHA เป็น protocol
แบบง่ายๆไม่ยุ่งยากซับซ้อน
แต่มีอัตราการส่งข้อมูลผ่านช่องการสื่อสารประสบผลสำเร็จต่ำมากประมาณ
18% (very low channel throughput)
โดยเหตุผลหลักคือมีความล้มเหลวในการใช้ช่องสื่อสารสูงมากเนื่องจากถูกขัดจังหวะการใช้ช่องสื่อสารโดยมีการชนกันของ
packet
ข้อมูลของผู้ใช้รายอื่นสูงมาก
เมื่อมีการเพิ่มขึ้นของ
traffic
บนช่องการสื่อสาร
ทางหนึ่งที่จะทำให้สมรรถนะของ
p-ALOHA protocol ดีขึ้น
โดยพยายามทำให้เกิดการชนของ
packet ในช่องการสื่อสารน้อยที่สุดที่จะเป็นไปได้
สามารถทำได้โดยการแบ่งช่องสื่อสารไปตามแกนเวลาใน
time slot และกำหนดให้ผู้ใช้งานสามารถส่งได้
ที่แต่ละ time slot
ในช่วงเวลาที่กำหนดให้เท่านั้น
ผลที่เกิดขึ้นทำให้การชนกันของ
packet
ลดลงครึ่งหนึ่งเมื่อเปรียบเทียบกับ
p-ALOHA
และมีอัตราการส่งข้อมูลผ่านช่องสื่อสารประสบผลสำเร็จเพิ่มขึ้น
2 เท่าประมาณ 36% protocol
ที่ปรับปรุงขึ้นนี้ถูกเรียกว่า
s-ALOHA ;อ่านอ้างอิง[1]
หน้า 25-26 และ อ้างอิง[2]
หน้า 345-347
Carrier
Sense Multiple Access (CSMA)
CSMA
สามารถแบ่งเป็น 2
ระดับ ได้แก่ nonpersistent CSMA
protocols และ p-persistent CSMA protocols
Nonpersistent
CSMA protocols,
ถ้าผู้ใช้ต้องการส่ง
packet
เริ่มแรกต้องฟังว่ามีผู้ใช้อื่นใช้ช่องการสื่อสารอยู่หรือไม่
ถ้าช่องการสื่อสารอยู่ในสภาวะว่าง
(Idle) ก็ทำการส่งได้
ถ้าไม่ว่างก็รอจนกว่าจะว่าง
จะเห็นว่า protocol
โดยรวมจะหลีกเลี่ยงกรณีการเกิดการชนกันของ
packet
แต่ในความเป็นจริงจะเกิดกรณี
ชนกันของ packet
ได้เช่นกัน เนื่องจากเกิดการล้าช้าในการส่งข้อมูลระหว่างผู้ใช้
2
รายอันเนื่องมาจากระยะทางระหว่างผู้ใช้งานทั้งสองไปถึง
base station
มีระยะทางแตกต่างกัน
เป็นไปได้ที่ผู้ใช้รายหนึ่งฟังว่าช่องการสื่อสารนั้นว่าง
และทำการส่ง packet
ออกไปทั้งที่ข้อมูลของผู้ใช้อีกรายยังมาไม่ถึง
ทำให้เกิดการชนกันของ
packet ในช่องการสื่อสารได้
p-persistent
CSMA protocols,
หลักการจะเหมือนกับ
Nonpersistent CSMA protocols
เว้นแต่เมื่อผู้ใช้ฟังว่าช่องการสื่อสารไม่ว่าง
(busy) ใน case
นี้มันจะไม่รอฟังอีกหลังจากนั้นแต่มันจะฟังค้างไว้ตลอดจนช่องการสื่อสารว่าง
ถ้าว่างเมื่อไหร่ก็ทำการส่ง
packet ออกไปทันที
ในเหตุผลอันนี้,ในภาวะว่าช่องการสื่อสารไม่ว่าง
(busy) ผู้ใช้ทั้งหมดก็จะอยู่ในภาวะที่พร้อมจะส่งได้ทันทีที่ช่องการสื่อสารว่าง
และเมื่อช่องการสื่อสารว่างผู้ใช้ทั้งหมดก็จะแย่งกันส่ง
packet
ออกไปทันทีซึ่งนำไปสู่โอกาสสูงของการชนกันของ
packet ในช่วงเวลานั้น
การหลีกเลี่ยงการชนกันของ
packet ที่สะสม
ขณะช่องการสื่อสารไม่ว่าง
(busy)
ทำได้โดยเลื่อนเวลาการเริ่มต้นส่ง
packet ที่สะสมออกไป
โดยจัดลำดับของผู้ใช้ทั้งหมดที่จะส่ง
packet เมื่อ channel
ว่างด้วยโอกาส (probability)
เท่ากับ p และโอกาส 1-p
เป็นช่วงเวลา t seconds
ที่แตกต่างกันของผู้ใช้ที่จะส่ง
packet ในลำดับต่อๆไป
ถ้าไม่มีผู้ใดส่ง
packet ในช่วงเวลา t seconds
หลังจากนั้น
ผู้ใช้ที่จะส่งก็จะต้องฟัง
channel อีกครั้ง
และจะกลับไปสู่ขั้นตอนที่เหมือนก่อนหน้านั้น
เนื่องจากการชนกันของ
packet
เนื่องจากเกิดการล้าช้าในการส่งข้อมูลระหว่างผู้ใช้
2
รายอันเนื่องมาจากระยะทางระหว่างผู้ใช้งานทั้งสองไปถึง
base station
มีระยะทางแตกต่างกัน
ทำให้เสียเวลาในการต้องส่ง
packet ไปอีกครั้งหนึ่ง
สำหรับในเหตุผลอันนี้
CSMA-CD (carrier sense multiple access with collision
detect) protocol
ได้ถูกพัฒนาขึ้น
protocol ตัวนี้จะ monitoring
ช่องการสื่อสารขณะส่ง
ถ้ามัน detect
การชนกันได้ มันก็จะหยุดส่งอย่างทันทีทันใดเพื่อ
saving เวลา,1-persistent CSMA –CD protocol
ได้นำไปใช้อย่างกว้างขวางใน
local area computer networks
และถูกกำหนดไว้เป็น
standard โดย IEEE in the 802.3 standard ;อ่านอ้างอิง[1]
หน้า 27-28 และ อ้างอิง[2]
หน้า 348-350
Inhibit
Sense Multiple Access (ISMA)
ใน
CSMA protocols
ผู้ใช้แต่ละรายต้องสามารถตรวจสอบ
( to sense )
ช่องการสื่อสารว่ามีผู้ใช้รายอื่นๆใช้ช่องสื่อสารอยู่หรือไม่
อย่างไรก็ตาม,โดยเฉพาะใน
radio channels,
การตรวจสอบช่องสื่อสารว่ามีผู้ใช้รายอื่นๆใช้งานอยู่หรือไม่ทำได้ยากมากเพราะว่าแต่ละ
channels มักจะเกิดกรณี
ผู้ใช้ 2 รายส่ง packet
ชนกันอันเนื่องมาจากตรวจสอบไม่พบผู้ใช้อีกรายที่ใช้ช่องสื่อสารอยู่
(hidden) อันเนื่องมาจากความล่าช้าของการส่ง
packet
ซึ่งเป็นผลมาจากตึกสูง
หรือ
สิ่งกีดขวางต่างๆ
ทำให้สมรรถนะของ CSMA
ลดต่ำลง
ดังนั้นจึงแก้ปัญหาด้วย
ISMA protocol
หรือบางครั้งถูกเรียกว่า
BTMA ( busy tone multiple access) ISMA protocol
จะเหมือนกับวิธีการของ
CSMA protocol
เว้นแต่แนวทางที่ผู้ใช้จะตรวจสอบช่องสื่อสารว่ามีผู้ใช้รายอื่นๆใช้งานอยู่หรือไม่
ใน CSMA
จะตรวจสอบโดยการฟังว่ามีผู้ใช้รายอื่นๆใช้ช่องสื่อสารอยู่หรือไม่
แต่ใน ISMA ที่ base station
จะส่งสัญญาณ busy หรือ
สัญญาณ Idle ไปในแต่ละช่องการสื่อสารเพื่อแสดงสภาวะการมีอยู่หรือไม่มีอยู่ของผู้ใช้ช่องสื่อสารในขณะนั้น
อ่านอ้างอิง[1]
หน้า 28
Stack
Algorithm
stack
algorithm ได้พัฒนาโดย Tsybakov
,ใน stack algorithm
ใช้หลักการของการ
feedback ซึ่งจะ feedback
สถานะของข้อมูลข่าวสารที่เครื่องรับรับขณะนั้นไปยังเครื่องส่งที่ทำการแย่งกันส่งอยู่ขณะนั้น
และจะยอมให้ packet
ของข้อมูลข่าวสารที่สอดคล้องกันสามารถส่งตามมาได้เท่านั้น
เพื่อลดการเสี่ยงการเกิดชนกันของ
packet
และเพิ่มโอกาสของการประสบผลสำเร็จในการส่ง
packet , เมื่อ packet ถูกทำลายเมื่อเกิดการชนกัน
มันจะถูกแบ่งเป็น 2
ระดับของ virtual stack ,ที่ระดับที่
1 จะถูกส่งออกไปอย่างทันทีทันใด
และ packet
ที่เหลือจะรอจนกว่า
packet แรกจะส่งสำเร็จ
stack algorithm มีคุณสมบัติที่พิเศษมาก
ดังเช่นเป็นวิธีการที่ง่าย,อัตราความสำเร็จในการส่งข้อมูลสูงมาก
( large throughput, about 0.4),
และความล้าช้าในการส่งข้อมูลน้อย
ในแต่ละ feedback algorithms
ได้ถูกพัฒนาออกไป
เช่น
- (1)
idle / success / failure feedback, (2)
conflict / no conflict feedback, (3) idle /
transmission feedback
รายละเอียดของ
algorithms ทั้ง 3
สามารถพบได้ในหนังสือ
B.S. Tsybakov, “Survey of USSR
contributions to random multiple access
communications” IEEE Trans. Inf. Theory,
Vol. IT-31, No. 2, pp. 143-145, March 1985.
สมรรถนะของ stack-algorithm
ในการวิเคราะห์
mobile radio channels
สามารถพบได้ในหนังสือ
J.A.M. Nijhof, R.D. Vossenaar and R. Prasad,
“Stack algorithm in mobile radio channels”
Proc. IEEE 44th Vehicular
Technology Conference, Stockholm,Sweden,pp.
1193-1197,June 1994.
Random
Access with Reservation
Reservation
protocols
เมื่อผู้ใช้ประสบความสำเร็จในการส่ง
packet แรกของแถว packet
ข้อมูล; ในตอนนี้ช่องสื่อสารจะถูก
fixed
สำหรับผู้ใช้ขณะนั้นโดยแบ่งส่วนของช่องสื่อสารให้ส่งไปจนหมด
packet ข้อมูล
ผู้ใช้ประสบผลสำเร็จในการจองช่องสื่อสารผู้ใช้อื่นทั้งหมดจะรู้ว่าส่วนของช่องสื่อสารจะถูกแบ่งไปสำหรับผู้ใช้ที่จองช่องสื่อสารได้เพราะว่าการสื่อสาร
ของผู้ใช้จะ carried out
ออกไปได้โดยปราศจากการแย่งกันและการสื่อสารถูกกำหนดเอาไว้
เมื่อผู้ใช้ส่ง packet
เสร็จสิ้นมันก็จะคืนช่องสื่อสารที่จองเอาไว้
ดังนั้นผู้ใช้รายอื่นก็จะสามารถใช้ช่องสื่อสารนั้นได้
โดยมันจะอยู่ในสภาวะต้องแยกกันส่ง
packet แรกของแถวให้ได้
เพื่อจะได้สามารถจองช่องสื่อสารสำหรับส่ง
packet ในลำดับต่อไปได้
ตัวอย่างของ protocol ใน
case นี้ได้แก่ Reservation ALOHA (r-ALOHA)
และ Packet Reservation Multiple Access (PRMA)
Reservation
ALOHA (r-ALOHA)
เนื่องด้วย
r-ALOHA protocol
จะทำการจองช่องสื่อสารใน
slotted ALOHA protocol ใน slotted แรก,
ใน time slots
จะจัดเป็นกลุ่ม
หรือ frames แต่ละ frames
จะบรรจุอยู่ใน time slots
เดียวกัน ในแต่ละ framesผู้ใช้อาจจะจัดเป็นหนึ่งหรือมากกว่าหนึ่ง
slot ก็ได้ มี 3
รูปแบบที่จะพิจารณาดังนี้
protocol ตัวที่ 1
ออกแบบโดย Robert
ในแกนของเวลาจะแบ่งเป็นแต่ละ
frames แต่ละ frames แบ่งเป็น
M+1 time slot ,M time slot แรกของ frames
ใช้สำหรับผู้ใช้ที่จองได้อันดับแรก
และ M time slot
ถัดไปใช้สำหรับผู้ใช้ที่จองได้อันดับต่อไป
ใน time slot
สุดท้ายแบ่งเป็น V mini-slots
แต่ละ mini-slots
สำหรับให้ผู้ใช้ส่งคำขอจอง
time slot ,Roberts’ protocol
เป็นประเภทของ explicit
reservation อ่านอ้างอิง[1]
หน้า 30
protocol
ตัวที่ 2 ออกแบบโดย
Crowther, protocol
ตัวนี้เป็นตัวอย่างของ
implicit reservation method ใน protocol
ตัวนี้ ใน frames หนึ่งๆ
จะแบ่งเป็นแต่ละ time
slot เท่าๆ กัน แต่ละ time
slot ใช้สำหรับส่ง 1 packet
ถ้าผู้ใช้มีแถวของ
packet ที่ต้องการส่ง
ก็ทำการส่ง packet
แรกออกไปใน slot
หนึ่งของ slotted ALOHA protocol
ถ้า packet
แรกที่ส่งออกไปประสบผลสำเร็จ
ก็ทำการจอง slot นั้นเพื่อใช้ส่ง
packet
ต่อไปจนกระทั้งหมด
packet ที่จะส่ง
อ่านอ้างอิง[1] หน้า 31
protocol
ตัวที่ 3 ออกแบบโดย
Binder, ใน protocol ตัวนี้ มี N
เท่ากับ จำนวน time slot
ในแต่ละ frames และ M
น้อยกว่าหรือเท่ากับ
N เป็นผู้ใช้ในระบบ
ผู้ใช้แต่ละรายจะกำหนดใช้ส่งใน
time slot หนึ่งในแต่ละ frames
อย่างถาวร ถ้า M < N , slot
ที่ว่างจะไม่ถูกกำหนด
protocol
นี้เป็นตัวอย่างของ
implicit reservation
อ่านอ้างอิง[1] หน้า 31,32
Packet
Reservation Multiple Access (PRMA)
Packet
Reservation Multiple Access
จัดอยู่ในกลุ่มของ
reservation ALOHA multiple access protocols
แต่มีคุณสมบัติอันหนึ่งที่ทำให้
protocol
ตัวนี้แตกต่างจาก
protocol
ตัวอื่นอยู่เล็กน้อย
โดย PRMA
จะเน้นไปที่การส่ง
voice , PRMA protocol
จัดอยู่ในจำพวก implicit
reservation protocol ใน PRMA protocol
ช่องการสื่อสารจะถูกแบ่งเป็น
frames ในแต่ละ frames
จะแบ่งเป็นแต่ละ time
slot เท่าๆ กัน
ในช่วงเวลาของ frame
หนึ่งจะจัดให้ใช้ส่งหนึ่ง
speech packets ผู้ใช้ ที่ส่ง
speech จะมีตัวจับ voice
ว่ามีการส่งอยู่หรือไม่
ก่อนที่ผู้ใช้จะส่ง
speech packet ต้องเก็บ speech packet
ไว้ใน first-in / first-out buffer
และทำการส่ง packet
แรกจาก buffer ออกไปใน
slotted ALOHA protocol ถ้า packet
แรกไม่ถูกส่งออกไปจาก
buffer ภายในเวลา 40 ms
ก็จะเกิดความล้าช้าของ
packet ซึ่งช่องสื่อสารจะไม่สามารถส่งได้ในช่วงเวลายาวนานกว่านี้ในหนึ่ง
packet เพราะว่า speech
จะไม่สามารถเข้าใจได้
ในเหตุผลอันนี้ packet
อันนั้นก็สิ้นสุดไปจาก
buffer
และผู้ใช้ก็ทำการส่ง
packet ต่อไปใน slotted ALOHA protocol
ที่จองไว้ต่อไป
จนหมด packet
ที่เก็บไว้ใน bufferเมื่อส่ง
packet ที่เก็บไว้ใน buffer
จนหมดก็แสดงว่าประสบความสำเร็จในการส่ง
และผู้ใช้ก็จะออกจาก
buffer และทำการจอง time slot
สำหรับส่งใน frames
ต่อไป
และจองไว้จนส่ง packet
ที่เก็บไว้ใน buffer
จนหมด ถ้าไม่มี packet
ส่งอีกก็คืนช่องสื่อสารให้ผู้ใช้รายอื่นๆใช้ต่อไป
อ่านอ้างอิง[1]
หน้า 32
CODE
DIVISION MULTIPLE ACCESS (CDMA) PROTOCOLS
CDMA
protocols
ถูกจัดให้อยู่ระหว่าง
contentionless (scheduling) protocols และ
contention (random access) protocols
CDMA
protocols ไม่ได้เป็น multiple
access
ที่แบ่งช่องสื่อสารของผู้ใช้แต่ละรายไปในความแตกต่างของ
frequency หรือ time
แต่จะทำการแบ่งช่องการสื่อสารของผู้ใช้ไปในความแตกต่างของ
code ใน code
อันนี้จะใช้ในการแปลงสัญญาณของผู้ใช้ไปใน
wideband signal (spread-spectrum signal)
ถ้าเครื่องรับ
รับสัญญาณ multiple wideband signal
เข้ามา มันก็จะใช้
code
ที่กำหนดเพื่อแปลงสัญญาณ
wideband signal ที่รับได้
แปลงกลับไปเป็นสัญญาณของผู้ใช้แต่ละราย
ในระหว่างขบวนการนี้
power
ของสัญญาณที่ต้องการ
จะถูกบีบอัด (compressed)
ไปใน bandwidth ของสัญญาณ
original signal ขณะที่สัญญาณ
wideband signal
ของผู้ใช้รายอื่นที่เหลืออยู่ในสัญญาณ
wideband signal
และปรากฏเหมือน noise
เมื่อเปรียบเทียบกับสัญญาณที่ต้องการ
เช่นเดียวกันกับจำนวนของผู้ใช้ที่สอดแทรกอยู่จะต้องไม่มากเกินไป
สัญญาณ signal-to-noise ratio
จะต้องมากเพียงพอที่จะแยกสัญญาณที่ต้องการโดยปราศจาก
error ดังนั้นใน case นี้
protocol จะตกอยู่ใน protocol
ประเภท contentionless protocols
อย่างไรก็ตามถ้าจำนวนของผู้ใช้เกิดขึ้นมากเกินจากขีดที่กำจัด
การบีดเสียดกันของสัญญาณจะมากเกินทำให้ไม่สามารถแยกสัญญาณที่ต้องการได้
และเกิดการแย่งกันขึ้น,ดังนั้นการทำการสอดแทรกของ
protocol
ของสัญญาณผู้ใช้จึงถูกจำกัด,
ดังนั้น protocol
โดยพื้นฐานจะเป็น
contentionless protocols
นอกจากจะมีผู้ใช้งาน
access
เข้ามามากเกินในเวลาเดียวกัน
protocol ก็จะเป็น contention
protocols
อันนี้เป็นเหตุผลที่
CDMA protocols เป็น protocol
ที่ตกอยู่ระหว่าง
contentionless protocols และ contention
protocols
ชนิดของ
CDMA protocols
จัดแบ่งเป็นกลุ่มตามคุณสมบัติ
โดยแบ่งตามวิธีการของการ
modulation ไปใน wideband signal
โดยสามารถแบ่งได้เป็น
4 ชนิดของ protocol ได้แก่
- 1.direct-sequence
CDMA (DS-CDMA)
- 2.frequency
hopping CDMA (FH-CDMA)
- 3.time
hopping CDMA (TM-CDMA)
ใน DS-CDMA
protocol สัญญาณ original signal
จะถูก modulated ไปบน carrier
และหลังจากนั้นก็ถูกนำไปรวมกับ
binary code sequence ด้วย bandwidth
ที่มากกว่า bandwidth ของ
original signal มาก, แถบของ
spectrum ของสัญญาณ original signal,
ถูกแปลงไปในสัญญาณ
wideband signal และสัญญาณ wideband
signal ที่ถูก modulated
ก็ถูกส่งผ่าน channel
ไปรวมกับ modulated signal
ของผู้ใช้รายอื่น
ดังนั้นที่เครื่องรับจะรับทั้ง
สัญญาณของเรารวมกับสัญญาณของผู้ใช้รายอื่น
เครื่องรับสามารถแยกสัญญาณของเรา
กับสัญญาณของผู้ใช้รายอื่นด้วย
code sequence ของแต่ละ original
signal , ความเกี่ยวพัน (correlation)
ระหว่างสัญญาณที่ต้องการและ
code sequence ของสัญญาณ original
signal
นั้นจะต้องมีความหมายซึ่งกันและกันเนื่องจากสัญญาณที่เราต้องการจะ
generated โดยใช้ code sequence, ถ้า
cross-correlations ของ code sequences
ของผู้ใช้รายอื่นและ
code sequences ของสัญญาณ original
signal มีค่าน้อย,ดังนั้นหลังจากเทียบค่ากัน
อัตรา power ratio
ของสัญญาณของเราและสัญญาณของผู้ใช้รายอื่นจะมีค่ามาก
ดังนั้นสัญญาณของเราก็จะสามารถ
demodulated และ original data
ก็สามารถแปลงกลับมาได้โดยปราศจาก
orrer
อ่านอ้างอิง[1]
หน้า 35
ใน FH-CDMA
protocol ,wideband channel
จะแบ่งไปใน frequency band
มีขนาดเท่ากับ bandwidth
ของสัญญาณ original
ของผู้ใช้
ระหว่างที่สัญญาณของผู้ใช้ส่งออกไป,carrier
frequency
จะเปลี่ยนแปลงเป็นช่วงๆ
เป็นผลมาจากผู้ใช้งานpattern
ของความถี่ที่เปลี่ยนแปลงไปเป็นไปตามการกำหนด
code ของผู้ใช้
ที่เครื่องรับ ตัว
demodulator
จะจับการเปลี่ยนแปลงของ
carrier frequency เมื่อทำการ
demodulating สัญญาณ
เราสามารถแยก FH-CDMA protocol
ออกเป็น 2 ชนิด คือ fast
frequency hopping protocols และ slow frequency
hopping protocols ใน fast frequency hopping
protocols
การเปลี่ยนแปลงของ
frequency band
จะเกิดขึ้นอย่างรวดเร็ว
การเปลี่ยนแปลงแต่ละครั้งเท่ากับ
1 bit
และถูกส่งไปในแต่ละ
frequency band
เพราะว่าความแตกต่างของ
code ที่กำหนดไปยังผู้ใช้จะเป็นหนึ่งเดียวเฉพาะที่ส่งไปใน
frequency bands ระหว่างที่มี
bit ของผู้ใช้รายอื่นส่งอยู่ด้วย
ดังนั้น power ของ bit
ที่ต้องการที่รับมาจะสูงกว่า
power
ของผู้ใช้รายอื่น
ดังนั้น bit
ที่เราต้องการจึงสามารถแยกออกมาได้
สำหรับ slow frequency hopping protocols ,อัตราการการเปลี่ยนแปลงของ
frequency band จะต่ำมาก
ระหว่างการเปลี่ยนแปลง
frequency band หนึ่งครั้ง
จะมี หลาย bit
ถูกส่งออกไป
เพราะว่าความแตกต่างของ
code ทำให้ gain ของ bit
ของผู้ใช้รายอื่นที่ส่งใน
frequency band
เดียวกันจะต่ำเมื่อเทียบกัน
bit ที่เราส่งไป
ดังนั้นสัญญาณที่เราต้องการสามารถแยกออกได้
โดยการสอดแทรกและใช้
error-correcting code
เรารับรองว่าการส่ง
bit ข้อมูลรวมไปกับ bit
ของผู้ใช้รายอื่น
ใน frequency band เดียวกัน bit
ข้อมูลของเราสามารถแยกออกมาได้อย่างถูกต้อง
ใน TH-CDMA
protocols
สัญญาณของผู้ใช้จะไม่ส่งอย่างต่อเนื่อง
มันจะส่งในช่วงเวลาสั้นๆ
(burst)
การเริ่มต้นส่งในแต่ละ
burst โดยแต่ละ code
ที่กำหนดไปยังผู้ใช้
เพราะว่าสัญญาณจะถูกส่งไปเป็นช่วงเวลา
มันจำเป็นต้องใช้
bandwidth
กว้างมากระหว่างช่วงเวลาที่ส่ง
เปรียบเทียบกับ FH-CDMA
protocol เราจะเห็นว่า TH-CDMA
protocol จะใช้ wide-band spectrum
ทั้งหมดส่งออกไปในช่วงเวลาสั้นๆ
แทนที่จะส่งแถบ spectrum
ออกไปตลอดเวลา
โอกาสของผู้ใช้รายอื่นๆที่จะส่งพร้อมกันในเวลาเดียวกันมีน้อยมาก
เพราะว่า code
ที่กำหนดไปในผู้ใช้
แต่ละรายมีความแตกต่างกัน
ถ้ามีผู้ใช้สองรายส่งในเวลาเดียวกัน
ดังนั้นสัญญาณที่เราต้องการสามารถแยกออกได้
โดยการสอดแทรกและใช้
error-correcting code ,เรารับรองว่าการส่ง
bit
ข้อมูลของเรารวมไปกับ
bit
ของผู้ใช้รายอื่นเวลาเดียวกัน
bit
ข้อมูลของเราสามารถแยกออกมาได้อย่างถูกต้อง
hybrid
CDMA protocols
จะรวมวิธีการของการ
modulation ของ direct sequence, frequency
hopping, หรือ time hopping protocols
มาใช้ modulated ใน wideband signal
การใช้วิธีการรวมกันของการ
modulation
ทำให้มีข้อได้เปรียบกว่าวิธีการ
modulation ที่ได้เสนอไป
อ่านอ้างอิง[1]
หน้า 34,35,36
เอกสารอ้างอิง
- [1] :
CDMA for wireless personal communications;
Ramjee Prasad; AH Artech House Publishers
- [2] :
Data and Computer Communications ,Third
Edition ; William Stallings
|