نظام الوصول المتعدد مع تجنب الاصطدام في الاتصالات اللاسلكية MACA

يُعد الوصول المتعدد مع تجنب الاصطدام “MACA” بأنّه بروتوكول طبقة للتحكم في الوصول المتوسط ​​”MAC” يستخدم في الشبكات اللاسلكية بهدف حل مشكلة المحطة الطرفية المخفية، كما يوفر حلاً لمشكلة المحطة الطرفية المكشوفة، حيث تم اعتماد بروتوكول طبقة “MAC IEEE 802.11 RTS / CTS” من “MACA”.

ما هو الوصول المتعدد مع تجنب الاصطدام MACA

الوصول المتعدد مع تجنب الاصطدام (MACA): هو بروتوكول طبقة للتحكم في الوصول المتوسط ​​”MAC” يُستخدم في الشبكة اللاسلكية المخصصة، كما يتم استخدامه لحل مشكلة المحطة الخفية والمشكلة الطرفية المكشوفة، حيث إنّه بديل للوصول المتعدد لاستشعار الناقل “CSMA” الذي يعاني من مشكلة المحطة الطرفية المخفية والمشكلة الطرفية المكشوفة.

الوصول المتعدد مع تجنب الاصطدام “MACA” هو بروتوكول للتحكم في الوصول إلى الوسائط الصعبة المستخدمة في نقل بيانات الشبكة المحلية اللاسلكية، حيث يتم استخدام “MACA” لتجنب تصادم البيانات الناتج عن مشاكل المحطة المخفية بالإضافة إلى تبسيط مشاكل المحطة المعروفة.

• “MACA” هي اختصار لـ “Multiple access with collision avoidance”.

• “MAC” هي اختصار لـ “media access control”.

• “CSMA” هي اختصار لـ “Carrier Sense Multiple Access”.

آلية عمل نظام الوصول المتعدد مع تجنب الاصطدام MACA

الهدف الرئيسي لعمل “MACA” هو أن تكون المحطات متزامنة مع أحجام الإطارات وسرعة البيانات، حيث يتضمن إرسال رتلين يسمى “RTS” و”CTS” يسبق إرسال المعلومات، كما يعني “RTS” طلب الإرسال و”CTS” تعني مسح للإرسال، حيث تستطيع المحطات القريبة من محطة الإرسال سماع “RTS” ولكن تظل صامتة هنا “CTS”، واعتبر أنّ محطة الإرسال “A” تتضمن إطار بيانات لإرسالها إلى محطة استقبال “B” حيث ستعمل العملية برمتها على النحو التالي:

• سيرسل “A” إطار “RTS” إلى “B”.

• ثم يرسل “B” إطار “CTS” إلى “A”.

• عندما يستقبل “A” إطار “CTS”، فإنّه سيبدأ في إرسال إطار “dtat” إلى “B”.

• عند استلام البيانات بنجاح سيتم إرسال إطار إقرار “ACK”.

ملاحظة:“RTS” هي اختصار لـ “Request-To-Send”.

ملاحظة:“CTS” هي اختصار لـ “Clear-To-Send”.

أساسيات الوصول المتعدد مع تجنب الاصطدام MACA

يستعمل بروتوكول “MACA RTS” و”CTS” للابتعاد عن مشكلة الطرف الخفية والمكشوفة، وفي مشكلة المحطة الطرفية المخفية تحاول عقدتان الاتصال بالعقدة نفسها في نفس الوقت، ممّا قد يؤدي إلى حدوث تصادم لمكافحة هذا إذا قامت عقدتان بإرسال “RTS” إلى نفس العقدة، فإنّ العقدة التي تتلقى “CTS” سترسل البيانات وليس الأخرى التي ستتجنب الاصطدام.

في مشكلة الطرفية المكشوفة تتوقف إحدى العقدة عن الاستقبال لأنّها تفترض أنّها يمكن أن تسبب تداخلاً وبالتالي توقف محاولات الإرسال الخاصة بها والتي ستجعل العقد الأخرى خارج النطاق، وفي هذه الحالة يجد “RTS” و”CTS” حلاً للمشكلة ولا يمكن لأي محطة نهائية إيقاف الإرسال بسبب التداخل.

في “MACA” تعلن عقدة الشبكة اللاسلكية أنّها سترسل إطار البيانات لإعلام العقد الأخرى بالبقاء صامتة، عندما تنوي العقدة إرسال إطار البيانات فإنّها تتصل باستخدام إشارة تُعرف باسم “RTS” التي تتضمن طول إطار البيانات المراد نقله، حيث إذا سمح المستلم بالإرسال فإنّه يستجيب مرة أخرى إلى المرسل بإشارة تُعرف باسم “CTS” والتي تتضمن طول إطار البيانات الذي هو على وشك استقباله.

في غضون ذلك يجب أن تبقى العقد التي تستمع إلى إشارة “RTS” صامتة حتى يتم إرسال البيانات بالكامل للابتعاد عن التعارض مع “CTS”، كما قد تستمر التصادمات بين حزم “RTS” في “MACA” ولكن يتم تقليلها باستخدام استراتيجية التراجع الأسي العشوائية، مثل تلك المستخدمة في الوصول المتعدد بحساس الناقل العادي “CSMA”.

وعلى الرغم من إمكانية حدوث تصادمات بين حزم “RTS” لا يزال “MACA” يتمتع بميزة على “CSMA” بشرط أن تكون حزم “RTS” أصغر بكثير مقارنة بحزم البيانات، حيث إذا كانت حزم “RTS” أصغر بكثير فإنّ التصادمات بين حزم “RTS” تسبب تأثيراً أقل.

تطور عمل MACA

لا يزال من الممكن حدوث تصادمات في نقل بيانات “WLAN” ويتم تقديم “MACAW” لتوسيع وظائف “MACA” يتطلب من العقد إرسال إقرارات بعد كل إرسال إطار ناجح، كما يشيع استخدام “MACAW” في الشبكات المخصصة، وعلاوة على ذلك فهو أساس العديد من بروتوكولات “MAC” الأخرى الموجودة في شبكات الاستشعار اللاسلكية “WSN“.

تعد تقنية القنوات المتعددة مخططاً قوياً لتحسين قدرة الشبكة اللاسلكية، وتستخدم بروتوكولات الوصول المتوسط ​​المستندة إلى “CSMAC / CA” استشعار الناقل ومصافحة “RTS-CTS”؛ لتقليل تصادمات قناة المشاركة، كما يتم وضع بروتوكول “MAC” جديداً للشبكات المخصصة متعددة القفزات والتي تجمع بين تقنيات “CSMA / CA” وتقنيات القنوات المتعددة، وهي الوصول المتعدد مع تجنب الاصطدام والمرشحين متعدد “CTS MACA-MCC”.

ومن خلال نظام البحث الدائري يستخدم “MACA-MCC” القنوات المحدودة بشكل مناسب ويجعل نفسه خالياً من الاصطدام، حيث يستخدم “MACA-MCC” مخطط “Multi-CTS Candidates” لزيادة الاستقبال الناجح لـ “RTS” وبالتالي تحسين الأداء، كما تتم دراسة الإنتاجية بشكل تحليلي ويتم تقديم عمليات محاكاة واسعة النطاق للتحقق من التحليل.

وإلى جانب ذلك فإنّ “MACA-MCC” قابلة للتطبيق بشكل جيد على الشبكات المخصصة لأنّها تتبع المواصفات المطبقة على نطاق واسع لـ “IEEE 802.11″، كما يقدم التصميم الأولي ودراسة الأداء لـ “MACA-P” وهو بروتوكول “MAC” قائم على “RTS / CTS” يتيح الإرسال المتزامن في شبكات لاسلكية مخصصة متعددة المتاجر، حيث إنّ توفير مثل هذه الشبكات المتعددة منخفضة التكلفة وشبكات الوصول اللاسلكية عالية الأداء هو عامل تمكين مهم للحوسبة المنتشرة.

و”MACA-P” عبارة عن مجموعة من التحسينات على “802.11 DCF” والتي تسمح بالإرسال المتوازي في العديد من المواقف عندما تكون العقدتان المتجاورتان إمّا جهاز استقبال أو كلاهما جهازي إرسال، لكن جهاز الاستقبال وجهاز الإرسال ليسا جيران، ومثل “802.11” يحتوي “MACA-P” على مرحلة حجز قائمة على التنازع قبل نقل البيانات.

ومع ذلك يتأخر إرسال البيانات بفاصل زمني لمرحلة التحكم ممّا يسمح لأزواج متعددة من المرسل والمستقبل بمزامنة عمليات نقل البيانات الخاصة بهم، وبالتالي تجنب الاصطدامات وتحسين إنتاجية النظام، كما يُعد التحكم في الوصول إلى الوسائط “MAC” جزءاً مهماً من الاتصالات اللاسلكية.

كما يجب أن تستوعب قيوداً إضافية من الاتصالات السلكية بسبب استخدام الاتصالات اللاسلكية المتوسطة المشتركة، ويشتمل التحكم في الوصول إلى الوسائط على جميع الآليات التي تنظم وصول المستخدمين إلى وسيط باستخدام تعدد الإرسال بتقسيم الفضاء “SDM” أو تعدد الإرسال بتقسيم الوقت “TDM” أو تعدد الإرسال بتقسيم التردد “FDM” أو تعدد الإرسال بتقسيم الكود “CDM”.

تخصص تقنية “TDM” فترات زمنية للاتصال بين القنوات المختلفة، ويستخدم “TDM” لكل من الشبكات السلكية “Ethernet” و”Token Ring” و”ATM” والشبكات اللاسلكية، وفي “TDM” تتم المزامنة بين المرسل والمستقبل في المجال الزمني، وعلى عكس التردد “FDM” أو الفضاء “SDM” أو الكود “CDM” هناك أنواع مختلفة من تنفيذ “TDM”، وكل منها مناسب لأنواع معينة من الاتصالات ولكل منها مزاياها وعيوبها في “MACA”.

• “MACAW” هي اختصار لـ “Multiple access with collision avoidance for Wireless” و”WLAN” هي اختصار لـ “Wireless Local Area Network”.

• “WSN” هي اختصار لـ “Wireless Sensor Networks” و”CSMAC / CA” هي اختصار لـ “Carrier Sense Multiple Access/Collision Avoidance”.

• “MACA-MCC” هي اختصار لـ “Multiple access with collision avoidance-mobile communication center” و”ATM” هي اختصار لـ “Asynchronous Transfer Mode”.

• “TDM” هي اختصار لـ “Time-division multiplexing” و”CDM” هي اختصار لـ “Code division multiplexing”.

• “SDM” هي اختصار لـ “Space division multiplexing” و”FDM” هي اختصار لـ “Frequency Division Multiplexing”.