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マルチアクセス制御
第6章
Science and Technology
6.1 ペイロード、スループッド、ネットワーク負荷率(1/2)
2
(1)ペイロード
(元の意味)運賃を支払い(ペイ)運べる最大負荷量
T1方式:伝送容量1,544Mbps、ペイロード1,536Mbps、オーバーヘッド8kbps
(2)トラヒック(Traffic volume)ネットワークを流れる情報の総容量
(3)スループット
送出されたパケットのうち、受信側に正常に到達したパケット総量
(4)ネットワーク負荷率
流れ込むパケット量(単位時間)/ペイロード速度
1が最大
Science and Technology
6.1 ペイロード、スループッド、ネットワーク負荷率(2/2)
3
ヘッダ
ペイロード
制御用(実際には使えない)
ペイロード
×エラー
LOSS
トラヒック量(バイト)
In Outスループット=
OutIn
1ネットワーク負荷
遅延時間
Science and Technology
スター型トポロジーと共有メディア型トポロジー
A
CE
D
BF
A CB ED DB FEDC
A
(1)スター型トポロジー (3)リング型トポロジー(2)バス型トポロジー
B
G
E
DC
A
F
H
(4)ツリー型トポロジー
図6.11:1通信1:n 通信共通メディア: shared media
Science and Technology
スター配線(個別メディア)バス配線(共有メディア)
(1)スター型トポロジー (2)バス型トポロジー
結線
情報の流れ
図6.2
Science and Technology
用語の理解6
WAN: Wide Area Network MAN: Metropolitan Area Network LAN: Local Area Network
マルチアクセス制御
MAC: Media Access Control
Science and Technology
主要なマルチアクセス方式
CDMA:Code Division Multiple AccessTDMA:Time Division Multiple Access
FDMA:Frequency Division Multiple Access
アナログ携帯電話ケーブルモデム
第2世代携帯電話通信衛星
第3世代携帯電話
イーサネット CSMA/CD無線LAN(IEEE802.11) CSMA/CA
使用例
送信権巡回型
競合回避なしランダムアクセス型
アロハ(pure ALOHA)
スロットアロハ(slotted ALOHA)
ポーリング
送信権割り当てによる競合回避
送信権割り当てなし
符号分割マルチアクセスCDMA
チャネル割り当て型
時分割マルチアクセスTDMA
周波数分割多元アクセスFDMA
CSMA
トークンバス
トークンリング
競合回避ありランダムアクセス型
図6.3
Science and Technology
6.3 ランダムアクセスプロトコル(1/3)8
(1)ALOHA方式(次のPPT)①衝突の検出②確率Pで再送 1-Pで1パケット長待機後再びPで再送③スループットが0.184
(2)スロットALOHA方式(次の次のPPT)①すべてのノードがパケットを送出する開始タイミングを同一(スロット)②上記ALOHA方式の①~②を実施③0.184×2=0.368
Science and Technology
ALOHA方式におけるパケット衝突
時間
端末1
端末2
端末3
衝突によってバスが使用できない時間
パケット送出開始
パケット送出完了
パケット衝突発生
パケットA1
パケットB1
パケットC1
パケットA2
図6.4
Science and Technology
スロットALOHA
時間
端末1
端末2
端末3
パケットB1
パケットC1
パケットA1
パケット送出開始タイミング
パケットA2
タイムスロット
パケットB2
パケット衝突発生スロット
パケット衝突発生
図6.5
Science and Technology
6.3 ランダムアクセスプロトコル(2/3)11
(3)CSMA(Carrier sense multiple access)CSMA/CA (CSMA with collision avoidance)IEEE 802.11b, IEEE802.11g (無線LAN)
CSMA/CD (CSMA with collision detection)
(次のページの図で説明します)
Science and Technology
6.3 ランダムアクセスプロトコル(3/3)12
CSMA/CA
CSMA/CD
送信源
送信源
他のユーザ 終了
終了
キャリアセンス(他の人が使っているか否か?)
キャリアセンス
ランダムな時間
送出
他のユーザ
ランダムな時間
再送
Collision検出
Science and Technology
二項分布13
P 1総端末数
ある時間でn台のうちk台の端末が同時に送信する確率 ある時間に1台端末が送信
する確率
n台の端末あたりの送信率μ=np のほうが測定しやすい(総端末数がわからなくともいい)端末数nが多いと近似して確率をμを用いて表す=ポワソン分布
Science and Technology
ポアソン分布14
Ρ lim→
1
!
衝突数 n台あたりの送信確率
ポアソン分布は測定が容易で近似精度がよいため、よく用いられる
Science and Technology
Pure ALOHA方式のスループット計算15
Science and Technology
Slotted ALOHA方式のスループット計算16
Science and Technology
ALOHAとCSMAのスループット
0.01
1
1010.1 100
0.2
0.4
0
0.6
0.8
ネットワーク負荷
スループット
CSMA
Slotted ALOHA
ALOHA
図6.6
Science and Technology
主要LANとメディアアクセス制御方式
方式
トークンパッシング
FDDIイーサネット
無線LANトークンリング トークンバス 10BASE-X 100BASE-TX 100BASE-FX 1000BASE-X
仕様標準 IEEE802.5 IEEE802.4 ANSI NCITS T12 IEEE802.3 IEEE802.11
物理トポロジー リングスター型 バス型 二重リング型バス型/スター型
スター型 スター型 スター型 ―
伝送媒体同軸UTP 同軸
光ファイバUTP
同軸UTP UTP 光ファイバ
STP光ファイバ
―
最大伝送速度 4Mbps/16Mbps 10Mbps 100Mbps 10Mbps 100Mbps 100Mbps 1000Mbps 11Mbps(b)54Mbps(a, g)
アクセス制御方式
トークンパッシング・リング方式
トークンパッシング・バス方式
タイムド・トークン/アペンド・トー
クンCSMA/CD CSMA/CA
UTP:非シールドより対線、STP:シールドより対線CSMA/CD:Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection衝突検出型搬送波検知多重アクセス方式CSNA/ CA:Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance衝突回避型搬送波検知多重アクセス方式
表6.1
Science and Technology
Ethernet cable19
UTPは「Unshielded Twist Pair」STPは「Shielded Twist Pair」
UTP
STP
Science and Technology
トークン交換による単線鉄道の運行トークン
列車3進入待機
列車2トークン取得
列車2進入待機
列車1進行
列車1トークン返却
列車2進行
列車1待機
列車3トークン取得
列車1トークン取得
駅A 駅B
列車4進入待機
(4)
(1)
(3)
(5)
(2)
列車2トークン返却
図6.7
Science and Technology
トークンリング(教科書参照)
A
CE
D
BF
⑥トークン送出
A
CE
D
BF
トークン
A
CE
D
BF
①E宛データ発生
②トークン取得
③E宛データ送出
A
CE
D
BF
⑤E宛データ消
去
④E宛データ取り込み
トークン
E宛データ
(1) (2) (3) (4)
図6.8
Science and Technology
トークンバス
トークン
トークン トークン
①E宛データ発生
②トークン取得
③E宛データ送出
④E宛データ取り込み
⑤トークン送出
(1) (2) (3) (4)
A
B D
C E A
B D
C E A
B D
C E A
B D
C E
E宛データ
図6.9
Science and Technology
トークンバスの論理リング
トークン
A
B D
C E
トークン
A
B D
C E
(1) トークンバスの物理的なトークンの流れ (2) トークンバスの論理的なトークンの流れ
図6.10
Science and Technology
その他の競合制御24
(1)ポーリング
マスターノードがスレーブノード(複数)に対して、送信要求を問い合わせ、一定時間送出権を与える
(2)チャネル割り当て
プリアサイン
オンデマンド
FAMA: frequency division multiple accessTDMA: time division multiple accessCDMA: code division multiple access