Методы случайного доступа

Как организовать совместную работу в сети для нескольких устройств? Какие методы случайного доступа существуют на сегодняшний день? Как различные методы позволяют избегать коллизий при передаче данных? Об этом рассказывает кандидат технических наук Александр Сафонов.

Беспроводной ресурс для населяющих беспроводную сеть устройств является общим, его нужно как-то разделить. Когда два устройства передают данные друг другу, вопросов практически не возникает, задача решается простыми способами, но когда устройств много, то нужно каким-то образом организовать их совместную работу. В этом случае говорят о протоколе множественного доступа, или о методе множественного доступа. Под протоколом понимается набор правил, которым подчиняются все устройства, и исследованием этих протоколов занимается очень много людей. Может показаться, что это скучно, но это похоже на игру, в которой вы не только можете играть на любой стороне, но вы и можете менять правила.

Исторически первым методом случайного множественного доступа является метод, который называется ALOHA. Это гавайское слово означает и «привет», и «пока», и «спасибо», и вообще все что угодно, и метод так называется просто потому, что первая сеть этого метода была построена между гавайскими островами. Правила доступа в сети ALOHA чрезвычайно просты. Если у вас есть пакет данных — передавайте его. Если случилась коллизия — попробуйте попозже повторить передачу. Концепция этого «попозже» играет очень важную роль для метода, но базовые правила на этом, собственно, закончились. Базовый результат этого метода заключается в следующем: если предположить, что все пакеты имеют одинаковую длину и в каждый момент времени за канал соревнуется число устройств, которое распределено по Пуассону, то эффективность метода, асимптотическая пропускная способность сети равна ½e, то есть около 18%. Согласитесь, это довольно мало.

Методы ALOHA, CSMA и все его разновидности на сегодня используются во всех, наверное, без исключения современных беспроводных сетях. Как в сетях спутниковой связи, так и в сетях сотовой связи, так и в сетях Wi-Fi, сетях ZigBee, сетях Bluetooth, во всех сетях, которые вы сможете назвать, эти методы в той или иной комбинации и разновидности используют. При этом поразительно, что примерно за 40 лет развития метод ALOHA остался в основе практически всех сетей. Настолько он прост и настолько удачным оказался, что непреодолимо хочется его использовать, даже если придуманы уже другие методы.