Acceso múltiple con detección de portadora con prevención de colisiones

Acceso múltiple con detección de portadora con prevención de colisiones (CSMA/CA) en redes informáticas, es un método de acceso múltiple a la red en el que se utiliza la detección de portadora, pero los nodos intentan para evitar colisiones comenzando la transmisión solo después de que se detecte que el canal está 'inactivo'. Cuando transmiten, los nodos transmiten sus paquetes de datos en su totalidad.

Es particularmente importante para las redes inalámbricas, donde la alternativa con detección de colisión CSMA/CD no es posible debido a que los transmisores inalámbricos desensibilizan (apagan) sus receptores durante la transmisión de paquetes.

CSMA/CA no es confiable debido al problema del nodo oculto.

CSMA/CA es un protocolo que opera en la capa de enlace de datos (Capa 2) del modelo OSI.

algoritmo simplificado de CSMA/CA

Detalles

La evitación de colisiones se utiliza para mejorar el rendimiento del método CSMA al intentar dividir el canal de manera algo equitativa entre todos los nodos de transmisión dentro del dominio de colisión.

1. Carrier Sense: antes de la transmisión, un nodo escucha primero al medio compartido (como escuchar señales inalámbricas en una red inalámbrica) para determinar si otro nodo está transmitiendo o no. Tenga en cuenta que el problema del nodo oculto significa que otro nodo puede estar transmitiendo que no se detecta en esta etapa.
2. Evitación de colisión: si se oyó otro nodo, esperamos un período de tiempo (normalmente aleatorio) para que el nodo deje de transmitir antes de escuchar nuevamente un canal de comunicaciones gratuito.

• Solicitud de envío/cléar para enviar (RTS/CTS) se puede utilizar opcionalmente en este punto para mediar el acceso al medio compartido. Esto va de alguna manera a aliviar el problema de los nodos ocultos porque, por ejemplo, en una red inalámbrica, el punto de acceso sólo emite un Despejado para enviar a un nodo a la vez. Sin embargo, las implementaciones inalámbricas 802.11 no suelen implementar RTS/CTS para todas las transmisiones; pueden apagarlo completamente, o por lo menos no utilizarlo para paquetes pequeños (la parte superior de RTS, CTS y transmisión es demasiado grande para transferencias de datos pequeñas).
• Transmisión: si el médium fue identificado como o el nodo recibió un CTS para indicar explícitamente que puede enviar, envía el marco en su totalidad. A diferencia de CSMA/CD, es muy difícil para un nodo inalámbrico escuchar al mismo tiempo que transmite (su transmisión enanará cualquier intento de escuchar). Continuando el ejemplo inalámbrico, el nodo espera recibir un paquete de reconocimiento del punto de acceso para indicar que el paquete fue recibido y revisado correctamente. Si tal reconocimiento no llega oportunamente, asume que el paquete chocó con alguna otra transmisión, lo que hace que el nodo entre en un período de retroceso exponencial binario antes de intentar retransmitir.

Aunque CSMA/CA se ha utilizado en una variedad de sistemas de comunicación por cable, es particularmente beneficioso en una LAN inalámbrica debido al problema común de que varias estaciones pueden ver el punto de acceso, pero no entre sí. Esto se debe a las diferencias en la potencia de transmisión y la sensibilidad de recepción, así como la distancia y la ubicación con respecto al AP. Esto hará que una estación no pueda 'escuchar' la transmisión de otra estación. Este es el llamado 'nodo oculto', o 'estación oculta' problema. Los dispositivos que utilizan estándares basados en 802.11 pueden disfrutar de los beneficios de evitar colisiones (intercambio de protocolos RTS/CTS, también función de coordinación de puntos), aunque no lo hacen de forma predeterminada. De forma predeterminada, utilizan un mecanismo de detección de portadores llamado 'retroceso exponencial' (o función de coordinación distribuida), que se basa en una estación que intenta 'escuchar' para la transmisión de otra estación antes de enviar. CA o PCF se basa en que el AP (o el 'receptor' para redes ad hoc) otorga a una estación el derecho exclusivo de transmitir durante un período de tiempo determinado después de solicitarlo (Solicitud de envío / Autorización para enviar).

CSMA-CA requiere una determinación de si un canal está "inactivo", incluso cuando se utilizan estándares incompatibles y frecuencias de transmisión superpuestas. Según los estándares, para los transmisores 802.11/Wi-Fi en el mismo canal, los transmisores deben turnarse para transmitir si pueden detectarse entre sí incluso 3 dB por encima del nivel de ruido (el nivel de ruido térmico es de alrededor de -101 dBm para canales de 20 MHz). Por otro lado, los transmisores ignorarán los transmisores con estándares incompatibles o en canales superpuestos si la intensidad de la señal recibida de ellos está por debajo de un umbral P_th que, para los sistemas que no son Wi-Fi 6, está entre -76 y -80 dBm.

Intercambio IEEE 802.11 RTS/CTS

CSMA/CA puede complementarse opcionalmente con el intercambio de un paquete Solicitud de envío (RTS) enviado por el remitente S y un paquete Listo para enviar (CTS) paquete enviado por el receptor previsto R. Alertando así a todos los nodos dentro del alcance del remitente, el receptor o ambos, para que no transmitan durante la transmisión principal. Esto se conoce como intercambio IEEE 802.11 RTS/CTS. La implementación de RTS/CTS ayuda a resolver parcialmente el problema del nodo oculto que a menudo se encuentra en las redes inalámbricas.

Rendimiento

El rendimiento de CSMA/CA se basa en gran medida en la técnica de modulación utilizada para transmitir los datos entre nodos. Los estudios muestran que, en condiciones de propagación ideales (simulaciones), el espectro ensanchado de secuencia directa (DSSS) proporciona el rendimiento más alto para todos los nodos de una red cuando se usa junto con CSMA/CA y el intercambio IEEE 802.11 RTS/CTS en condiciones de carga de red ligera.. El espectro ensanchado por salto de frecuencia (FHSS) sigue de lejos al DSSS con respecto al rendimiento, con un mayor rendimiento una vez que la carga de la red se vuelve sustancialmente pesada. Sin embargo, el rendimiento es generalmente el mismo en condiciones del mundo real debido a los factores de propagación de radio.

Uso

• GNET – un protocolo de LAN de propiedad temprana
• Local de Apple Talk implemented CSMA/CA en un autobús eléctrico usando una señal de interferencia de tres bytes.
• 802.11 Implementos RTS/CTS telescópica virtual usando corto solicitud de envío y claro para enviar mensajes para WLAN (802.11 se basa principalmente en física portaequipajes aunque).
• IEEE 802.15.4 (PAN inverso) utiliza CSMA/CA
• NCR WaveLAN – un protocolo de red inalámbrica de propiedad temprana
• HomePNA
• El estándar ITU-T G.hn, que proporciona una forma de crear una red de área local de alta velocidad (hasta 1 Gigabit/s) utilizando el cableado existente (líneas de potencia, líneas telefónicas y cables coaxiales), utiliza CSMA/CA como método de acceso a canales para flujos que no requieren calidad de servicio garantizada, específicamente la variante CSMA/CARP.