Mehrfachzugriffsverfahren Flashcards
Was ist Simplex + Beispiel?
Simplex oder Richtungsbetrieb
* Daten können nur in eine Richtung übertragen werden
* Beispiel: Rundfunk, Fernsehen (Terrestrisch, Satellit), Funk-Pager
Was ist Halbduplex + Beispiel?
Halbduplex (engl. half-duplex) oder Wechselbetrieb
* Daten können abwechselnd, aber nicht gleichzeitig, in beide Richtungen fließen
* Zum Sprechen Taste drücken -> keim Empfang währen dieser Zeit
* Beispiel: Sprechfunk (Baustellen), CB-Funk, Türsprechanlagen
Was ist (Voll)Duplex?
(Voll-)Duplex (eng. full-duplex) oder Gegenbetrieb
* Daten können in beide Richtungen gleichzeitig übertragen werden.
* Beispiel: Gespräch in einem Raum, Telefonie
* Ein Medium -> Duplex-Verfahren führt zusammen und trennt wieder.
Was ist die Aufgabe von Duplexverfahren?
Ein Duplexverfahren führt zusammen und trennt wieder
Was gezeichnen Duplexverfahren im Mobilfunk?
Im Mobilfunk bezeichnet das Duplexverfahren die Trennung der
* Aufwärtsstrecke (engl. up-link) von der Mobilstation zur Basisstation
* Abwärtsstrecke (engl. down-link) von der Basisstation zur Mobilstation
Was ist FDD und wie funktioniert es?
- Frequency Division Duplexing
- Übertragungsrichtungen wird jeweils ein eigenes Teilband zugeordnet
- beide Frequenzbereiche sind nicht überlappend
- Die Frequenzbänder werden in einzelne Kanäle eingeteilt und an verschieden Basisstationen vergeben
- Alle Basisstationen senden im Frequenzband für den down-link (Abwärtsstrecke)
- Alle Mobilfunksysteme senden im Frequenzband für den up-link
- Die Frequenzen eines Kanalpaars unterscheiden sich um genau 45 MHz
Was ist FDD und wie funktioniert es?
- Time-Division Duplexing
- Übertragungsrichtungen werden getrennte Zeitschlitze zugeordnet
- Jede Übertragungseinrichtung erhält das ganze Signalspektrum
- Es wird nur ein Frequenzband benötigt
- Für up-link und down-link können unterschiedlich lange Zeitschlitze gewählt werden
- Länge der Zeitschlitze können im Betrieb geändert werden
- Es wird nie gleichzeitig gesendet und empfangen -> keine aufwendigen Filter
- Leistungsstarke Sender können nicht kurzfristig ein / ausgeschaltet werden
-> Schutzabstand zwischen Senden und Empfangen notwendig -> Effizienzverlust
Was ist 5G Supplimentary Uplink (SUL)?
- Nutzung eines zweiten UL Kanals
mit deutlich niedriger Frequenz
-> Größere Reichweite - Nutzung nur bei Bedarf
Wofür werden Mehrfachzugriffsverfahren genutzt?
Mehrfachzugriffsverfahren werden genutzt, wenn mehrere Nutzer sich ein Medium bzw. Ressource teilen.
Was ist ein Master-Slave System?
- Es gibt einen Master und etliche Slaves
- Der Master koordiniert die Nutzung der Übertragungsressource
- Master sendet Requests, Slaves antworten mit Responses
- Master kann auch Broadcasts an alle Slaves senden
- Slaves senden nur nach Aufforderung durch den Masters
- Keine Kollision
- Master kann Echtzeitanforderungen für die Kommunikation sicherstellen
- Slaves können keine spontanen Nachrichten (z.B. Alarme) senden
- Master fragt zyklisch alle Slaves, ob Daten vorhanden sind
- Polling kann bei großer Anzahl von Slaves lange dauern und den Kanal unnötig belegen
Was sind Abitrierungsverfahren? Am Beispiel des CAN Bus
- Jeder Teilnehmer kann gleichzeitig senden und empfangen
- Sendet ein Teilnehmer 0 und ein Teilnehmer 1 so dominiert die 0 (vgl. Open Collector)
- Während der Sendung der ID überprüft der Teilnehmer das Bit auf dem Bus
- Sendet er selber eine 1 und empfängt eine 0 hört er auf weiter zu senden
- Die Entscheidung muss innerhalb der Bitperiode getroffen werden.
- Teilnehmer mit der niedrigsten ID bekommt den Kanalzugriff
- Kanalzugriff für sicherheitsrelevante Funktionen kann sichergestellt werden
- Keine Fairness -> Monopolisierung wäre möglich
Wie funktionieren Token-Passing Systeme mit gleichberechtigten Teilnehmern?
- Es gibt einen Token im Netzwerk
- Wer den Token hat, darf senden bzw. den Kanal benutzen.
- Wenn ein Teilnehmer mit der Aufgabe fertig ist, gibt er den Token weiter
- Erfolgt die Weitergabe im Kreis, so nennt man dies ein Token-Ring Verfahren
- Erfolgt die Weitergabe im Kreis, so nennt man dies ein Token-Ring Verfahren
Was zeichnet Mehrfachzugriffsverfahren mit Wahlfreiem Zugirff aus?
Wenn ein Teilnehmer ein Paket senden möchte
* sendet dieser mit voller Datenrate des Kanals
* Keine vorherige Koordination zwischen Teilnehmern
* Wenn mehrere Teilnehmer gleichzeitig senden entsteht Kollision
Protokolle mit wahlfreiem Zugriff legen fest:
* Wie Kollisionen erkannt werden
* Wie Kollisionen behandelt werden (z.B. durch eine verzögerte Neuübertragung)
Welche Annahmen werden für slotted Aloha getroffen?
- Alle Pakete haben die gleiche Größe
- Zeitschlitze konstanter Größe, ausreichend für eine Paket
- Alle Teilnehmer sind synchronisiert
- Teilnehmer starten ihre Übertragung nur zu Beginn eines Zeitschlitzes
- Wenn zwei oder mehr Teilnehmer im gleichen Zeitschlitz senden, erkennen alle eine Kollision
Wie ist das Vorgehen bei slotted Aloha?
- Wenn ein Teilnehmer Daten hat, überträgt es diese im nächsten Zeitschlitz
- Keine Kollision -> nächstes Paket im nächsten Zeitschlitz senden
- Kollision -> Übertragung mit Wahrscheinlichkeit p im nächsten Zeitschlitz, bis Übertragung erfolgreich ist
- Verbesserung zur Stabilität: Wahrscheinlichkeit p wird mit jeder Wiederholung reduziert
Was sind Vorteile und Nachteile von slotted Aloha?
Vorteile:
* Einzelnes System kann die volle Bandbreite des Mediums nutzen
* Dezentral organisiert (keine Absprachen)
* Einfach zu implementieren
Nachteile:
* Synchronisation notwendig
* Kollisionen verschwenden Bandbreite
* Leere Zeitschlitze
* Falsche Wahl der Wiederholungswahrscheinlichkeit p kann zu vollständigen Blockade führen
Was ist Effizienz bei Mehrfachzugriffsverfahren mit wahlfreiem Zugriff?
durchschnittlich erzielte Datenrate, wenn viele Teilnehmer viele Pakete senden wollen, dividiert durch die Rate des Mediums
Wie ist die Effizienz bei slotted Aloha?
- Effizienz sehr stark von richtiger Wahl von p abhängig
- Kanal kann blockieren !!!
- Bei großen N ist die maximale Effizienz 37,2 %
Was ist reines Aloha?
Wenn neue Daten zum Senden ankommen:
* Direkt übertragen
* Bei Kollision eine zufällige Zeitdauer warten und Paket wiederholen
* Wahrscheinlichkeit für Kollisionen erhöht sich
* Einfacher, da keine Synchronisation notwendig
* Bei großen N ist die maximale Effizienz 18,6 %
Was ist CSMA?
- Carrier-Sense Multiple Access CSMA
Zuhören vor dem Übertragen: - Wenn der Kanal als leer erkannt wird: übertrage das Paket
- Wenn der Kanal als besetzt erkannt wird: Übertragung verschieben
- Analogie: nicht dazwischenreden, wenn jemand anderes gerade etwas sagt!
Können bei CSMA immernoch Kollisionen auftauchen? Wenn ja wie wird mit diesen Umgegangen?
Kollisionen können immer noch auftreten:
* Ausbreitungsverzögerung als auch die Zeit zwischen hören und senden
kann dazu führen, dass man die Übertragung eines anderen Teilnehmers nicht rechtzeitig erkennt
* Wiederholung der Pakete nach zufälliger Wartezeit
* Dynamische Verlängerung der durchschnittlichen Wartezeit bei jeder Wiederholung eines Pakets
Was ist CSMA/CD und wie funktioniert es?
- CSMA/CD (Collision Detection)
- Kollisionen werden schnell erkannt
- Übertragungen, die kollidieren, werden abgebrochen
- Teilnehmer der Kollision erkennt macht sich bemerkbar (Jam-Signal)
Was ist der Unterschied bei der Kollisionserkennung bei Drahtgebundener- und Funkübertragung
- Einfach in drahtgebundenen Netzen: messe die empfangene Signalstärke und vergleiche mit der gesendeten Signalstärke
- Unmöglich in drahtlosen Netzen: Die empfangene Signalstärke wird von
der eigenen Übertragung dominiert
Was ist CSMA/CA und wie sieht es auf Sender Ebene aus?
- CSMA/CA (Collision Avoidance)
- Wenn der Kanal für die Dauer DIFS frei ist, dann sende das gesamten Paket (keine Kollisionserkennung!)
- Wenn der Kanal belegt ist starten einen zufälligen Backoff-Timer
- der Timer zählt runter, während der Kanal frei bleibt
- übertrage, sobald der Timer ausläuft
- wenn kein ACK, vergrößere das Backoff-Intervall aus dem die Timerlaufzeit ausgewählt wird und wiederhole
