Multiple‐Access‐Protokolle
Wireless‐LAN‐Probleme
Ein ähnliches Problem; nur komplizierter…
S
Kollisionsdomäne
S 2
T 2
S 1 T 1
S 1 1
Das Hidden‐Terminal‐Problem
Collision
S T S T
S 1 T 1 S 2 T 2
hi d i h d d
CSMA verhindert nicht, dass S 2 sendet
Das Exposed‐Terminal‐Problem
T 1 S S 1 S T
T 1 S 2 T 2
hi d d d
CSMA verhindert, dass S 2 sendet
Multiple‐Access‐Protokolle
V id Hidd d E d T i l P bl
Vermeiden von Hidden‐ und Exposed‐ Terminal‐Problem
Busy Tones
S 1 T 1 S 2 T 2
Busy tone
während des Empfangs Daten‐
übertragung
t 1
übertragung
Andere Knoten sind während des Busy‐Tone‐Empfangs geblockt
t 2
Daten‐Frequenz
Daten Frequenz
Busy‐Tone‐Frequenz
BT und das Hidden‐Terminal‐Problem
Busy Tone
S T S T
S 1 T 1 S 2 T 2
hi d d d
Busy‐Tone verhindert, dass S 2 sendet
BT und das Exposed‐Terminal‐Problem
Busy‐Tone
T 1 S S 1 S T
T 1 S 2 T 2
hi d i h d d
Busy‐Tone verhindert nicht, dass S 2 sendet
Das Problem mit Busy‐Tones (1/2)
Busy‐Tone
S T S T
S 1 T 1 S 2 T 2
Collision
Daten‐ und Busy‐Tone‐Frequenz unterliegen unterschiedlichen Fading‐ und Dämpfungscharakteristiken. Busy‐Tone kann
möglicherweise Kommunikationsnachbarn von T nicht erreichen.
Das Problem mit Busy‐Tones (2/2)
Busy Tone
T 1 S S 1 S T
T 1 S 2 T 2
Busy Tone erreicht möglicherweise Knoten S welcher
Busy‐Tone erreicht möglicherweise Knoten S 2 , welcher
kein Kommunikationsnachbar ist.
Eine bessere Lösung: CSMA & RTS/CTS
S 1 T 1
RTS
CTS Beachte CTS‐
Antwortzeit
NAV b l t d Data
NAV belegt das Medium für die Kommunikations‐
Dauer
Dauer
RTS/CTS und das HT‐Problem
RTS
S T S T
RTS
CTS CTS
S 1 T 1 S 2 T 2
hi d d d
CTS verhindert, dass S 2 sendet
RTS/CTS und das ET‐Problem
RTS
T 1 S S T
RTS CTS
S 1
T 1 S 2 T 2
h i h d i d i d h i h bl k
S 2 hört CTS nicht und wir damit durch NAV nicht geblockt
Quiz: wird das HT‐Problem immer verhindert?
S 1 T 1 T 2 S 2 S 1 T 1 S 2 T 2
RTS RTS
RTS
CTS
RTS
CTS
Data Data
Data Data
Example 1: Data‐CTS Collision Example 2: Data‐Data Collision
Spread‐Spectrum
Generelles Modell
• Generell: schmalbandiges Signal wird über breites Band g g ausgedehnt
• Wozu ist diese „Bandbreitenverschwendung“ gut?
– Steigert Robustheit gegenüber Störungen (z.B. Rauschen und Jamming)
Mithören der Nachricht nur möglich wenn der Spreading Code – Mithören der Nachricht nur möglich, wenn der Spreading‐Code
bekannt ist
– „Unabhängige“ Codes ermöglichen zeitgleiches übertragen mehrerer
solcher schmalbandiger Signale (also: CDM bzw. CDMA)
Spread‐Spectrum
Frequency‐Hopping‐Spread‐Spectrum (FHSS)
FHSS Beispiel
• Spreading Code = 58371462
• Nach 8 Intervallen wird der Code wiederholt
• Nach 8 Intervallen wird der Code wiederholt
Implementierung ‐ Sender
A Amplitude des Signals f
0Basis‐Frequenz
f
iChipping‐Frequenz im iten Hop b ites Datenbit (+1 oder 1)
• Beispiel: BFSK‐Modulation der Daten
b
iites‐Datenbit (+1 oder ‐1)
f Frequenz‐Separation
• Beispiel: BFSK‐Modulation der Daten
• Was ist das Produkt p(t) der Eingabe und des „Chipping‐Signals“?
• Bestimme p(t) und s(t) für das ite Bit
• Bestimme Frequenz des Daten‐Signals s(t) für Datenbit +1 und ‐1
Bildquelle: William Stallings, „Data and Computer Communications“, Seventh Edition, 2004
Tafelbild
Implementierung ‐ Empfänger
A Amplitude des Signals f
0Basis‐Frequenz
f
iChipping‐Frequenz im iten Hop b ites Datenbit (+1 oder 1)
b
iites‐Datenbit (+1 oder ‐1)
f Frequenz‐Separation
• Bestimme p(t) für das ite Bit
• Bestimme das ursprüngliche Datensignal anhand desselben Chipping‐Signals
Bildquelle: William Stallings, „Data and Computer Communications“, Seventh Edition, 2004
Tafelbild
FHSS mit MFSK
Erinnerung: was war MFSK?
f
if
c+ (2i‐1‐M)f
df
cCarrier‐Frequenz f
dDifferenz‐Frequenz
M Anzahl der verschiedenen Signalelemente = 2^L M Anzahl der verschiedenen Signalelemente = 2^L L Anzahl Bits pro Signalelement
T
sZeit für ein Signalelement
Was ist das ite Signalelement?
s
Signalelement wird jede T c Sekunden auf eine neue Hopping‐
Frequenz moduliert Frequenz moduliert.
Wir unterscheiden: Slow‐Frequency‐Hop‐Spread‐Spectrum T c ≥ T s
F t F H S d S t T T
Fast‐Frequency‐Hop‐Spread‐Spectrum T c < T s
Slow‐Frequency‐Hop‐Spread‐Spectrum
M=4, L=2
Fast‐Frequency‐Hop‐Spread‐Spectrum
M=4, L=2
Bildquelle: William Stallings, „Data and Computer Communications“, Seventh Edition, 2004
Spread‐Spectrum
Direct‐Sequence‐Spread‐Spectrum (DSSS)
DSSS Beispiel
Bildquelle: William Stallings, „Data and Computer Communications“, Seventh Edition, 2004
