Carrier Sense Multiple Access / Collision Avoidance

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Der englische Begriff Carrier Sense Multiple Access/Collision Avoidance (CSMA/CA) (zu deutsch etwa: 'Mehrfachzugriff mit Trägerprüfung mit Kollisionsvermeidung') bezeichnet ein Prinzip für den Zugriff mehrerer Netzwerkstationen auf dasselbe Übertragungsmedium. Es wird häufig u.a. bei drahtlosen Netzwerken (Wireless LANs) eingesetzt, findet aber abgewandelt auch bei Technologien wie ISDN Anwendung.

Inhaltsverzeichnis 1 Motivation für CSMA/CA bei Funknetzen 1.1 Versteckte und ausgelieferte Endgeräte 2 Protokollablauf 2.1 Siehe auch

[Bearbeiten] Motivation für CSMA/CA bei Funknetzen

Drahtlose Netze unterscheiden sich im Bezug auf den gemeinsamen Medienzugriff durch zwei wichtige Faktoren von drahtgebundenen Netzen:

• Der Netzadapter ist nicht notwendigerweise Voll-Duplex-fähig. Während einer eigenen Übertragung kann das Medium nicht überwacht werden. Der Einsatz eines "Collision Detection"-Mechanismus, wie er etwa von CSMA/CD vorgesehen ist und bei Ethernet verwendet wird, würde dann fehlschlagen. Deswegen wurde CSMA/CD zu einem Mechanismus weiterentwickelt, der konsequenter dem Prinzip "listen before talk" ("erst hören, dann sprechen") folgt. An die Stelle der Kollisionserkennung ("CD") sollte die (bestmögliche) Kollisionsvermeidung ("CA") treten. Dadurch lassen sich gleichzeitige Datenübertragungen zwar nicht völlig verhindern, aber doch minimieren.

• Die Reichweite des Signals ist stark begrenzt, da die Signalstärke quadratisch mit der Entfernung abnimmt. Deshalb kann es zu Effekten wie "versteckten" oder "ausgelieferten" Endgeräten kommen.

[Bearbeiten] Versteckte und ausgelieferte Endgeräte

Zu einem versteckten Endgerät kommt es zum Beispiel bei folgendem Szenario: Die zwei Funkteilnehmer A und C liegen räumlich so weit auseinander, dass sie ihre Funksignale gegenseitig nicht empfangen können. Zwischen ihnen liegt die Station B. A und C senden nun zeitgleich an B und erzeugen dort einen Konflikt, können diesen aber nicht erkennen, da die Funksignale des jeweils anderen sie ja nicht erreichen. A ist für C ein verstecktes Endgerät und umgekehrt.

Unter einem ausgelieferten Endgerät versteht man, wenn in unserem vorliegenden Szenario die Station B an A sendet und nun C an irgendeine andere Station (nicht A oder B) senden möchte. C erkennt die Signale von B und wartet, bis die Übertragung zwischen B und A vorbei ist. Da die Funkwellen von C aber A gar nicht erreichen können, wäre es gar nicht nötig zu warten: bei A könnte gar kein Konflikt auftreten. Dennoch ist C den anderen beiden Stationen ausgeliefert.

[Bearbeiten] Protokollablauf

Möchte ein Gerät Daten nach dem CSMA/CA Verfahren versenden, so ist u.a. folgender Ablauf möglich :

1. Zuerst wird das Medium abgehört ("Carrier Sense")
2. Ist das Medium für die Dauer eines IFS frei, wird gesendet
3. Ist das Medium belegt, wird auf einen freien IFS gewartet und zur Kollisionsvermeidung zusätzlich um eine zufällige Backoff-Zeit verzögert
4. Wird das Medium während der Backoff-Zeit von einer anderen Station belegt, bleibt der Backoff-Timer so lange stehen und wird nach Freiwerden des Mediums weitergezählt

Eine andere Möglichkeit ist die Adress-Arbitrierung, welche z. B. beim CAN-Bus verwendet wird.

Um das Problem der "versteckten" oder "ausgelieferten" Endgeräte zu beseitigen, existiert eine "Request to Send / Clear to Send" (RTS/CTS)-Erweiterung für CSMA/CA. Dabei muss die sendewillige Station den Kanal durch ein RTS-Paket reservieren. Der Empfänger bestätigt diese Reservierung mit einem CTS-Paket. Anschließend ist ein sofortiges Senden der Daten möglich. Andere Stationen speichern die Belegungsdauer, die im RTS- und CTS-Paket gesendet wurde, und senden während dieser Zeit keine Daten.

[Bearbeiten] Siehe auch

• Schiedsrichteralgorithmus
• CSMA/CA RTS/CTS
• CSMA/CA PCF