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09/2005 IE-670 Prof. Motoyama Aula-17 1

Redes com Acessos AleatóriosCSMA

Prof. S. MotoyamaAula 17


CSMA (Carrier Sense Multiple Access)

É um esquema baseado em Aloha, mas introduzindo maior controle no acesso.Verifica a existência da portadora antes de transmitir um pacote. A presença da portadora significa que o canal está ocupado e, a estação não transmite esperando até “sentir” o canal vazio.

De acordo com o procedimento adotado no caso de o barramento estiver ocupado,o CSMA pode ser

- Não persistente- 1 persistente- p persistenteQuando o pacote é observado se houve a colisão durante a transmissão, o acesso

é chamado CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access - Collision Detection).


CSMA não persistente

Canalvazio?

ACK Posi-tivo?

Transmite

Atraso de propagação(ida e volta)

Fim

Pacotepronto?

AtrasoAleatório

Não

Sim

Sim

Não

Sim


CSMA P - Persistente

Canalocupado?

Pacotepronto? Não

Sim

Não

ACK Posi-tivo?

Transmite

Atraso de propagação(ida e volta)

Fim

AtrasoAleatório

Não

Sim

I<=P

Seleciona I entre {0,1}

Atrasoseg.τ

Não

Não


CSMA não Persistente: Análise

Suposições:

1. O número de usuários é infinito e o processo de chegadas dos pacotes é poissoniano (novos e retransmissões)

2. O atraso de propagação é τ segundos entre duas estações quaisquer. τ é atraso máximo de propagação em um sentido de transmissão.

3. Todos os pacotes têm a mesma distribuição de comprimento e o tempode transmissão é P segs.

4. Cada estação tem no máximo um pacote pronto para transmitir (incluindo o de retransmissão).

5. O canal é sem ruído, portanto o erro de transmissão é devido somenteàs colisões.

6. Os pacotes colididos são retransmitidos.


CSMA não persistente: Análise

SejamG = Número médio de tentativas de transmissão ( com sucesso +

retransmissões) por P segundos.S = vazão - número médio de sucessos por P segundos.(S/P) = taxa média de pacotes com sucesso (pacotes / seg..)(G/P) = taxa média total de pacotes (pacotes / seg.)


Situação de Colisão

Pacote 0

Pacote 1

Pacote 2

Pacote n

0 1 2 n Tempo

Tempo

Tempo

Tempo

t

t

Estaçãoi

j

k

lY

τ

Todas estaçõessentem o canalvazio

t + Y + Pt + Y + P + τTodas estações

sentem o canal ocupado

Período Ocupado Período Vazio

Ciclo

τ é um período vulnerável em CSMA


Situação de Sucesso

Pacote 0

0 Tempo

t + P t + P + τt

Período Ocupado Período Vazio

Ciclo

Tempo

1


CSMA não persistente : AnáliseSejam

U - variável aleatória do tempo de ciclo em que o canal é usadosem colisão.

]exp[

)PGexp(- segs} em chegadas Pr{0 P

P P. sucesso} com .ser transm 0 Pr{Pacote .P

ocupado período do médio oCompriment

vazioperíodo do médio oCompriment

médioValor

s

s

τ

ττ

PGPU

U

BIUS

BIU

−=∴

==

==∴

+=

⇒

⇒

⇒

Quando um pacote é transmitido com sucesso ocupa P segundos.


CSMA não persistente : AnáliseO período ocupado pode ser escrito como

B = Y + P + τSe Y = 0 Transmissão com sucesso

τ

ττ

ττ

τ

y 0 onde

)](PGexp[- ][y, emchegada Pr{0

][y, int. nochegada nenhuma Pr{}Pr{][ intervalo no

pacote último dochegada de tempoo é }Pr{)(

V.A. é

≤<

−=

=≤+

+≤=

++=∴

y

yYt, t

YtyYyF

YPYB

Y


CSMA não persistente : Análise

∫∫

−−=

−−=

−−=

⇒−=⇒=

−−=

τ

τ

τ

τ

τ

τ

τ

0

0

]exp[]exp[

)](exp[

)].(exp[)(ão. transmissna sucesso ter 0 pacote do Prob.

]exp[)(0 Para

)](exp[)(

dyyy

dyyyY

ydy

ydF

yFy

yyF

PG

PG

PG

PG

PG

PG

PG

PG

PGY

Y

Y


CSMA não persistente : Análise

sucesso com transm.de comp.2 pequeno Para

])exp[1(2

Portanto

]}exp[1{ ou

]exp[

))1()exp()exp((

)(

1)1()(

]exp[]exp[

2

220

≅+≅

−−−+=

−−−=

−+−=∴

−=

+−−

=−

∫

∫

τ

ττ

ττ

ττ

τττ

PBG

PG

GPPB

PG

GPY

PG

GP

GPY

axa

axdxaxx

PGP

G

PG

PG

dyyPGy


Cálculo de I

]exp[)21(

]exp[

])exp[1(2

]exp[

Portanto,

opoissonian processo do memória sem epropriedad a Utilizando

GP é chegadas entre média Taxa

PG é chegada de média Taxa

ττ

τ

ττ

τ

PG

PG

PGG

GP

PG

GPP

PGP

S

GPI

−++

−=

+−−−+

−=

=


Vazão para CSMA não persistente

)exp()21()exp(

Se

aGaGaGGS

Pa

−++−

=

=τ

G é o tráfego total de pacotes por tempo médio de transmissão de um pacote P, emsegundos.

τ atraso máximo de propagação em um sentido de transmissão.

a

SG

GG +G G S

= ⇒ =

=+

⇒ ≅ ⇒ =

0 0

11 1

τ

grande


Vazão x Tráfego total


CSMA/CDO esquema CSMA/CD pode ser classificado em

- Não slottedNão - persistenteP - persistente

- SlottedNão - persistenteP - persistente

Se uma estação “sente” o canal vazio, o seguinte procedimento é tomado para- Não - persistente e 1- persistente. O pacote é transmitido. - P - persistente. O pacote é transmitido com probabilidade P ou atrasado por segundos com probabilidade (1- P).

Se uma estação “sente” o canal ocupado, o procedimento é para- Não - persistente.O pacote é atrasado aleatoriamente e a estação repete o procedimento de acesso.- 1 - persistente. O pacote é atrasado até sentir o canal livre e então transmite o pacote.- P - persistenteO pacote é atrasado até sentir o canal livre e então transmite com prob. P ouespera segundos com prob. (1 - P).

τ

τ


CSMA/CD (cont.)- Se a colisão for detectada, a estação aborta a transmissão do pacote etransmite um sinal de engarrafamento (jamming).- Após um atraso de tempo, o pacote será retransmitido de acordo com oalgoritmo inicial.

Diagrama de tempo para situação de colisão.

Início da trans. t0

τAB

τBA

εJ

εJ

Início da transmissão

Tempo para detectar colisão

Sinal de engarrafamento

Estação B pára de transmitirEstação A pára detransmitir

Canal Vazio

DistânciaTempo

Tempo ativo das estações = = + +

=2τ ε

τ τAB

BA

J

AB

Estação A Estação B


Vazão para CSMA/CD Não - persistente

A vazão é dada por

SG aG

G aG aG aG aG aG aG

J aP

=−

− + − − + − − + − −

= =

exp( )exp( ) [ exp( )] [ exp( )] [ exp( )]γ

γτ

τ

1 2 1 2

,


Vazão AproximadaA vazão pode ser aproximadamente dada por

S

AP

AM

M

P

Se S

M

=+

= −

→

→→

= ⇒ =

−

1

12

11

0 1

1

τ

ττ

onde

, número de estações

tempo médio de transmissão de um pacote, em segundos

atraso máximo de propagação em um sentido de transmissão


Comparação dos Esquemas de Acesso para Estrutura em Barramento


Exercício

17.1. Seja uma rede em barramento com M terminais. Cada um dosterminais possui um buffer de tamanho infinito e com chegadas poissonianas com taxa média = 0,5 pacotes/seg. O comprimento médio dopacote é 1000 bits. A capacidade do canal R = 20 Kbits/seg. Supondo os esquemas de acesso Aloha puro e slotted Aloha,

a) Calcule para cada esquema de acesso, o máximo valor de M

Supondo que o barramento tenha um comprimento de 1 km e quea velocidade de propagação no barramento seja 5 mseg/km

b) Calcular as vazões para CSMA não persistente, considerandoos valores encontrados em a).

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