Với mạng không dây hay có dây đều cần phải có những phương pháp truy cập đường truyền cho tầng vật lý (MAC protocols). Vì những đặc tính riêng của mạng không dây nên những phương pháp truy cập đường truyền trong mạng có dây (fixed networks) không thể áp dụng được.

Bài viết sẽ đề cập tới các phương pháp truy cập đường truyền khác hoạt động hiệu quả hơn trong mạng không dây như: SDMA, FDMA, TDMA,...

Phương pháp truy cập đường truyền phổ biến trong mạng có dây là CSMA/CD (Carrier Senser Multiple Access with Collision Detection) bộc lộ những yếu điểm của nó trong mạng Wireless như:

+ Cường độ sóng giảm tỉ lệ thuận với bán kính của vòng tròn phủ sóng (Một điểm phát sẽ phủ sóng dạng hình tròn).

+ Phía gửi có thể áp dụng việc "Nghe trước khi nói" và "Nghe trong khi nói" nhưng phía receiver vẫn xảy ra hiện tượng xung đột.

+ Phía gửi không "nghe" thấy xung đột.

    Sau đây là các ví dụ cho việc không hiệu quả của phương pháp truy cập đường truyền CSMA/CD trong mạng Wireless:

* Với trường hợp như hình vẽ bên:

- A muốn gửi tín hiệu tới B, C không thể nhận tín hiệu từ A.

- C muốn gửi tín hiệu tới B trong khi nó không cảm nhận được sóng từ A (có phần giao nhau nhưng rất yếu) => không cảm nhận được xung đột.

- Do đó tại B sẽ không nhận được tín hiệu từ A hoặc C do xảy ra xung đột. Trường hợp như vậy chúng ta gọi A là "hidden" với C.

* Hoặc một trường hợp khác B muốn gửi tín hiệu tới A và C muốn gửi tín hiệu tới một nút khác không phải A hay B. C nhận thấy B đang gửi (vì sóng tại B lan tỏa mạnh tới C) và do đó nó chờ cho tới khi B gửi xong. Việc chờ đó là vô ích vì nếu C gửi thì không xảy ra xung đột. Trường hợp đó C được gọi là "exposed" với B.

(Còn các ví dụ khác các bạn có thể tham khảo với tài liệu C04_Media_Access.ppt)

    Vì những vấn đề gặp phải như trên nên CSMA/CD không áp dụng hiệu quả trong mạng không dây được. Trên mạng không dây sẽ có những phương thức truy cập đường truyền khác SDMA, FDMA, TDMA, CDMA,... Dưới đây sẽ trình bày sơ lược về một số phương thức truy cập đường truyền và chưa đề cập tới việc kết hợp giữa các phương thức với nhau:

1. FDMA (Frequency Division Multiple Access) - Đa truy cập phân chia theo tần số:

- Tư tưởng chính của phương pháp truy cập đường truyền này là mỗi người sử dụng trong một cell sẽ được phân cho một dải tần số (băng tần) nhất định. Các băng tần sử dụng của các người dùng khác nhau (tại một thời điểm) sẽ không chồng lên nhau (non-overlap). Người sử dụng chỉ sử dụng băng tần đã được cấp phép vì thế nhiều người trong cùng một cell có thể cùng truyền một lúc mà không gây nhiễu cho nhau.

- Tuy nhiên vì số lượng người sử dụng mạng nhiều nên việc sử dụng lại băng tần có thể diễn ra tại các cell khác nhau. Nếu 2 cell A và B ở gần nhau thì việc sử dụng lại băng tần có thể gây nhiễu.

- Ưu nhược điểm của FDMA là đơn giản, dễ thực hiện nhưng tốn băng tần và không đáp ứng được với hệ thống có nhiều người sử dụng.

2. TDMA (Time Division Multiple Access) - Đa truy cập phân chia theo thời gian:

- Với cách truy cập đường truyền này mỗi người dùng được phân chia cho một khoảng thời gian trong băng tần được gọi là các time-slot. Tức là trong mỗi khoảng thời gian (rất ngắn) một người dùng sẽ được sử dụng toàn bộ băng tần đường truyền.

- Có 2 loại Time Divison chính là TDD (Time Division Duplexing) và FDD (Frequency Division Duplexing) được sử dụng để phân bổ tài nguyễn giữa 2 chiều lên và xuống (uplink và downlink) trong cùng một kết nối full-duplex:

+ TDD (Time Division Duplexing): Hai bên (truyền và nhận) chia nhau sử dụng các tài nguyên dùng chung theo thời gian. Ví dụ chia sẻ cùng một tần số, mỗi bên sử dụng trong một time-slot (Hình dưới).

+ FDD (Frequency Division Duplexing): Hai bên chia nhau truy cập tài nguyên theo tần số. Trong cách phân chia này thì mỗi kênh (downlink và uplink) sẽ được cấp cho tần số khác nhau để hoạt động (Hình dưới).

 

3. CDMA (Code Division Multiple Access) - Đa truy cập phân chia mã:

- Trong phương thức truy cập này thì các người dùng đều được truyền trong cùng một thời gian và có thể trên cùng một tần số được. Mỗi người sử dụng được gán cho một mã (code) riêng biệt và không có người dùng nào trong cùng tế bào dùng chung mã đó. Mã này được dùng để mã hóa dữ liệu trước khi gửi vào kênh truyền dùng chung. Tại nơi thu tín hiệu sẽ sử dụng mã của người dùng tương ứng để lọc bớt (không hoàn toàn) những tín hiệu từ người dùng khác. Điều này cũng làm tăng thêm độ phức tạp của bộ lọc tín hiệu tại các thiết bị thu tín hiệu.

4. SDMA (Space Division Multiple Access) - Đa truy cập phân chia theo không gian:

- Ý tưởng chính của phương pháp này là sử dụng các khoảng không gian giữa nhiều người sử dụng trong một cell. Trạm gốc (Base Station) không truyền tín hiệu đến toàn bộ cell mà nó sẽ tập trung hướng tín hiệu vào vùng không gian của người dùng cần phục vụ và giảm công suất tín hiệu tới các vùng của thuê bao khác. Để làm được việc này thì yêu cầu BS phải có hệ thống Antenna lớn và có khả năng khử nhiễu. Việc khử nhiễu của BS có thể được thực hiện bằng một số kỹ thuật như:

+ Định hướng công suất lớn tín hiệu tới không gian của mỗi người sử dụng để tách tín hiệu của người cần phục vụ ra khỏi tín hiệu thu được (direction of arrival).

+ Sử dụng kỹ thuật beamforming để phát tín hiệu trực tiếp tới người sử dụng.

5. Phương thức truy cập ngẫu nhiên ALOHA/Slotted-ALOHA:

a. ALOHA:

- Ý tưởng của ALOHA là trong mạng mỗi khi nút gửi có gói dữ liệu cần gửi thì ngay lập tức nó gửi toàn bộ gói tin vào kênh truyền dùng chung. Nếu gói tin được truyền xung đột với gói tin từ nút khác thì ngay lập tức nút đó sẽ truyền lại gói tin đó với một xác suất p. Nếu việc tính xác suất xác định nó không được truyền thì nút đợi trong khoảng thời gian truyền 1 gói tin và lại truyền tiếp gói tin vào kênh truyền dùng chung với xác suất p. Lợi điểm của ALOHA là không cần đồng bộ thời gian tại các nút gửi (Hình dưới).

Trong hình vẽ trên khi nút A cần gửi gói tin nó gửi toàn bộ gói tin vào kênh truyền, do không có nút nào gửi trong thời gian gửi gói tin nên nó gửi thành công. Tương tự cho B gửi gói tin (màu vàng) tiếp theo.

Tuy nhiên khi nút C gửi gói tin đầu tiên (màu xám) thì sau khoảng thời gian rất ngắn sau đó (gói tin chưa gửi xong) thì nút B gửi gói tin vào kênh truyền (gói màu vàng thứ 2) nên gây xung đột.

b. SLOTTED-ALOHA:

- Ý tưởng chính của Slotted-Aloha là chia thời gian thành các khoảng có độ dài bằng thời gian để truyền một gói tin.

- Tất cả các nút có gói tin cần truyền đều chỉ truyền gói tin tại đầu mỗi khoảng thời gian. Nếu có xung đột thì tất cả các nút sẽ phát hiện xung đột ngay trong khoảng thời gian đó và mỗi nút sẽ truyền lại gói tin với xác suất p hoặc chờ cho tới đầu khoảng thời gian sau.

- Với phương thức này cần phải đồng bộ thời gian giữa các nút trong mạng.

Trong hình trên, tại khác slot thời gian 1, 2, 3, 4 không xảy ra xung đột do chỉ có một nút cần gửi gói tin trong một slot. Tuy nhiên, tại slot thứ 5 nút B và C cùng muốn gửi gói tin vào kênh truyền chung và gây ra xung đột.

Sau khi xung đột các nút gửi truyền lại với một xác suất p và tại slot thời gian thứ 6 chỉ có nút A gửi và không gây xung đột....

6. DAMA (Demand Assigned Multiple Access) - Đa truy cập theo nhu cầu:

- Phương pháp này dựa trên ý tưởng chính là Aloha nhưng có khắc phục nhược điểm gửi gói tin bất kỳ lúc nào có gói tin cần gửi của một nút bằng cách yêu cầu một nút muốn gửi dữ liệu đi thì phải đặt chỗ trước (reservation time slot).

- Mỗi nút trong mạng sẽ đăng ký với hệ thống DAMA một time-slot trong tương lai mà nó muốn gửi gói tin của nó tại thời điểm đó. Khi hệ thống cấp time-slot cho nút tương ứng (nếu có nhiều nút cùng đặt một time-slot thì có thể dựa vào độ ưu tiên để cấp quyền sử dụng, ví dụ First Come First Serve) thì tại time-slot đó xác suất để nút tương ứng gửi thành công gói tin của nó rất cao với băng thông gần như lớn nhất của kênh truyền.

- Do đặc điểm là mỗi nút chỉ được truyền trong khoảng thời gian đã đặt trước nên cho dù tại khoảng thời gian a nào đó nút có quyền sử dụng khoảng thời gian đó không có gói tin gửi đi nhưng nó vẫn được cấp quyền, trong khi đó một nút có gói tin muốn gửi đi không có quyền sử dụng khoảng thời gian đó. Đặc điểm này làm tăng độ trễ trong mạng.

- Hệ thống DAMA thường sử dụng cho liên kết với vệ tinh (satellite links).

Theo Pumpkin's Blog.