Проблема со скрытым узлом - Википедия - Hidden node problem

В одном сценарии станция A может связываться со станцией B. Станция C также может связываться со станцией точки доступа B. Однако станции A и C не могут связываться друг с другом, поскольку они находятся вне зоны досягаемости друг друга и, таким образом, начинают передачу одновременно. предотвращение приема B сообщений, предназначенных для него.

В беспроводная сеть, то проблема со скрытым узлом или же проблема со скрытым терминалом происходит, когда узел может общаться с беспроводная точка доступа (AP), но не может напрямую связываться с другими узлами, которые обмениваются данными с этой AP.[1] Это приводит к трудностям в средний контроль доступа подуровень, поскольку несколько узлов могут одновременно отправлять пакеты данных в точку доступа, что создает помехи в точке доступа, в результате чего пакеты не проходят.

Хотя некоторая потеря пакетов является нормальным явлением в беспроводной сети, и более высокие уровни будут повторно отправлять их, если один из узлов передает много больших пакетов в течение длительного периода, другой узел может получить очень мало Goodput.

Существуют практические протокольные решения проблемы скрытого узла. Например, механизмы запроса на отправку / разрешения на отправку (RTS / CTS), при которых узлы отправляют короткие пакеты, чтобы запросить разрешение точки доступа на отправку более длинных пакетов данных. Поскольку ответы от AP видны всем узлам, узлы могут синхронизировать свои передачи, чтобы не мешать. Однако этот механизм приводит к задержке, и накладные расходы часто могут превышать стоимость, особенно для коротких пакетов данных.

Фон

Скрытые узлы в беспроводная сеть - это узлы, которые находятся вне диапазона других узлов или совокупности узлов. Рассмотрим физический звездная топология с точкой доступа со множеством узлов, окружающих ее по кругу: каждый узел находится в пределах диапазона связи точки доступа, но узлы не могут связываться друг с другом.

Например, в беспроводной сети вполне вероятно, что узел на дальнем краю диапазона точки доступа, известный как А, может видеть точку доступа, но маловероятно, что тот же узел может взаимодействовать с узлом на противоположном конце диапазона точки доступа, C. Эти узлы известны как скрытый.

Другой пример: точки A и C находятся по обе стороны от препятствия, которое отражает или сильно поглощает радиоволны, но, тем не менее, они оба могут видеть одну и ту же точку доступа.

Проблема в том, что узлы А и C начать отправлять пакеты одновременно с точкой доступа B. Поскольку узлы А и C не могут принимать сигналы друг друга, поэтому они не могут обнаружить столкновение до или во время передачи, Множественный доступ с контролем несущей и обнаружением коллизий (CSMA / CD ) не работает, и возникают коллизии, которые затем повреждают данные, полученные точкой доступа.

Чтобы преодолеть проблему со скрытым узлом, квитирование запроса на отправку / разрешение на отправку (RTS / CTS) (IEEE 802.11 RTS / CTS ) реализуется в точке доступа вместе с Множественный доступ с контролем оператора связи с предотвращением столкновений (CSMA / CA ) схема. Та же проблема существует в мобильная специальная сеть (МАНЕТ ).

IEEE 802.11 использует 802.11 RTS / CTS пакеты подтверждения и рукопожатия для частичного решения проблемы скрытого узла. RTS / CTS не является полным решением и может еще больше снизить пропускную способность, но адаптивные подтверждения от базовой станции тоже могут помочь.

Сравнение со скрытыми станциями показывает, что пакеты RTS / CTS в каждом классе трафика выгодны (даже с короткими аудиокадрами, которые вызывают высокие накладные расходы на кадры RTS / CTS).[2]

В экспериментальную среду включены следующие классы трафика: данные (не критичные по времени), данные (критичные по времени), видео, аудио. Примеры обозначений: (0 | 0 | 0 | 2) означает 2 аудиостанции; (1 | 1 | 2 | 0) означает 1 станцию ​​данных (не критично по времени), 1 станцию ​​данных (критично по времени), 2 видеостанции.

Тесты: чистая пропускная способность с / без RTS / CTS (Pommer, стр.179)

Другие методы, которые можно использовать для решения проблемы скрытого узла:

Решения

Увеличение мощности передачи

Увеличение мощности передачи узлов может решить проблему скрытого узла, позволив ячейке вокруг каждого узла увеличиваться в размере, охватывая все другие узлы. Эта конфигурация позволяет не скрытым узлам обнаруживать или слышать скрытый узел. Если не скрытые узлы слышат скрытый узел, скрытый узел больше не скрыт. Поскольку беспроводные локальные сети используют CSMA / CA протокол, узлы будут ждать своей очереди, прежде чем связываться с точка доступа.

Это решение работает только при увеличении мощности передачи на скрытых узлах. В типичном случае Вай фай сети, увеличивая мощность передачи на точка доступа только будет нет решить проблему, потому что обычно скрытые узлы - это клиенты (например, ноутбуки, мобильные устройства), а не сама точка доступа, и клиенты по-прежнему не смогут слышать друг друга. Увеличение мощности передачи в точке доступа на самом деле, вероятно, усугубит проблему, потому что это поставит новых клиентов в зону действия точки доступа и, таким образом, добавит в сеть новые узлы, скрытые от других клиентов.

Всенаправленные антенны

Поскольку узлы, использующие направленные антенны почти невидимы для узлов, которые не расположены в направлении, в котором нацелена антенна, направленные антенны следует использовать только для очень малых сетей (например, выделенных точка-точка соединения). Использовать всенаправленные антенны для распространенных сетей, состоящих более чем из двух узлов.

Устранение препятствий

Увеличение мощности мобильных узлов может не сработать, если, например, один узел скрыт, потому что бетонная или стальная стена препятствует обмену данными с другими узлами. Сомнительно, что удастся устранить такое препятствие, но устранение препятствия - еще один метод решения проблемы скрытого узла.

Перемещение узла

Другой метод решения проблемы скрытых узлов - это перемещение узлов таким образом, чтобы все они могли слышать друг друга. Если обнаруживается, что проблема со скрытым узлом является результатом того, что пользователь перемещает свой компьютер в область, которая скрыта от других беспроводных узлов, может потребоваться повторное перемещение этого пользователя. Альтернативой принуждению пользователей к перемещению является расширение беспроводной связи. LAN для добавления надлежащего покрытия скрытой области, возможно, используя дополнительные точки доступа.

Улучшение протокола

Существует несколько программных реализаций дополнительных протоколов, которые по существу реализуют опрос или же передача токена стратегия. Затем мастер (обычно точка доступа) динамически опрашивает клиентов на предмет данных. Клиентам не разрешается отправлять данные без приглашения мастера. Это устраняет проблему скрытого узла за счет увеличения задержки и уменьшения максимальной пропускной способности.

Wi-Fi IEEE 802.11 RTS / CTS - это один из используемых протоколов рукопожатия. Клиенты, которые хотят отправить данные, отправляют пакет RTS. Затем точка доступа отправляет пакет CTS, когда он готов для этого конкретного узла. Для коротких пакетов накладные расходы довольно велики, поэтому короткие пакеты обычно не используют их, минимальный размер обычно настраивается.

Сотовая сеть

С сотовые сети проблема скрытого узла имеет практические решения посредством мультиплексирования во временной области для каждого данного клиента для мачты и использования пространственно разнесенных передатчиков, так что каждый узел потенциально обслуживается любой из трех мачт, чтобы значительно минимизировать проблемы с препятствиями, мешающими распространению радиоволн.

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Бюрер, Р. Майкл (2006). Множественный доступ с кодовым разделением каналов (CDMA) (1-е изд.). [Сан-Рафаэль, Калифорния]: Издательство Morgan & Claypool. С. 16–19. ISBN  1598290401.
  2. ^ Поммер, Германн: Роуминг zwischen Wireless Local Area Networks. ВДМ Верлаг, Саарбрюккен 2008, ISBN  978-3-8364-8708-5.

внешняя ссылка