반송파 감지 다중 접속
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1. 개요
반송파 감지 다중 접속(CSMA)은 공유 매체에서 전송을 시작하는 시점을 결정하기 위해 다양한 알고리즘을 사용하는 통신 방식이다. CSMA는 전송 방식의 적극성 또는 지속성에 따라 1-지속, 비-지속, P-지속, O-지속 방식으로 구분된다. CSMA/CD는 충돌이 감지되면 전송을 종료하여 성능을 개선하고, CSMA/CA는 전송을 무작위 간격으로 연기하여 충돌을 회피한다. CSMA/CR은 프레임 헤더의 우선 순위를 사용하여 충돌을 방지하며, VTCSMA는 실시간 컴퓨팅 시스템에서 충돌을 피하도록 설계되었다.
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반송파 감지 다중 접속 | |
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기본 정보 | |
이름 | 반송파 감지 다중 접속 |
로마자 표기 | bansongpa gamji dajoong jeopsok |
영어 명칭 | Carrier-sense multiple access |
약자 | CSMA |
기술적 특징 | |
접근 방식 | 다중 접속 방식 |
사용 목적 | 동일 매체 공유 |
감지 방식 | 반송파 감지 |
충돌 처리 | 충돌 회피 또는 충돌 감지 |
종류 | |
주요 종류 | CSMA/CD (충돌 감지) CSMA/CA (충돌 회피) |
추가 설명 | 다양한 변형 존재 (예: ALOHA) |
네트워크 프로토콜 | |
사용 프로토콜 | IEEE 802.11 (Wi-Fi) |
2. 접근 방식 (Access modes)
반송파 감지 다중 접속(CSMA)은 공유 매체에서 전송을 시작하는 시점을 결정하기 위해 서로 다른 알고리즘을 사용한다. 이러한 알고리즘의 주요 특징은 전송 방식이 얼마나 적극적이거나 지속적인지에 따라 구분된다. 적극적인 알고리즘은 빠르게 전송을 시작하여 매체의 가용 대역폭을 더 많이 활용하지만, 다른 송신자와의 충돌 가능성이 커진다.
CSMA는 다음과 같은 접근 방식을 가진다.
- 1-지속 (1-persistent) CSMA: 매체가 유휴 상태이면 즉시 전송하고, 사용 중이면 유휴 상태가 될 때까지 기다린 후 무조건 전송한다. 이더넷을 포함한 CSMA/CD 시스템에서 사용된다.
- 비지속 (Non-persistent) CSMA: 매체가 유휴 상태이면 즉시 전송하고, 사용 중이면 임의의 시간 동안 기다린 후 다시 시도한다. 지속적으로 감지하지 않으므로 충돌 가능성은 줄지만 초기 지연이 길어진다.
- P-지속 (P-persistent) CSMA: 1-지속 CSMA와 비지속 CSMA의 중간 형태로, 매체가 유휴 상태이면 즉시 전송하고, 사용 중이면 유휴 상태가 될 때까지 기다린 후 확률 p로 전송한다. 와이파이 및 기타 패킷 무선 시스템을 포함한 CSMA/CA 시스템에서 사용된다.
- O-지속 (O-persistent) CSMA: 각 노드는 감독 노드에 의해 할당된 전송 순서에 따라 전송한다. 코브라넷, 론웍스, 컨트롤러 영역 네트워크에서 사용된다.
2. 1. 1-지속 (1-persistent) CSMA
1-지속 CSMA는 적극적인 전송 알고리즘이다. 송신 노드가 전송할 준비가 되면, 전송 매체가 유휴 상태인지 사용 중인지 감지한다. 유휴 상태이면 즉시 전송한다. 사용 중이면, 유휴 상태가 될 때까지 전송 매체를 지속적으로 감지한 다음 메시지(프레임)를 무조건 전송한다(즉, 확률=1). 충돌이 발생하면, 송신자는 임의의 시간 동안 대기한 후 동일한 절차를 다시 시도한다. 1-지속 CSMA는 이더넷을 포함한 CSMA/CD 시스템에서 사용된다.[1]2. 2. 비지속 (Non-persistent) CSMA
비지속 CSMA는 비적극적인 전송 방식이다. 송신 노드가 데이터를 전송할 준비가 되면, 전송 매체가 사용 중인지, 유휴 상태인지 감지한다. 유휴 상태이면 즉시 전송한다. 사용 중이면, 1-지속 CSMA의 마지막 임의 대기 단계로 직접 이동한 후 전체 논리 주기를 다시 반복한다. 즉, 전송을 시도하기 위해 사용 중인 채널을 계속 확인하지 않으므로 비지속이라는 이름이 붙었다. 이러한 접근 방식은 충돌 가능성을 줄이고 전반적으로 높은 매체 처리량을 얻을 수 있지만, 1-지속 방식에 비해 초기 지연이 길어진다는 단점이 있다.2. 3. P-지속 (P-persistent) CSMA
P-지속 CSMA는 1-지속 CSMA와 비지속 CSMA 방식의 중간 형태이다.[1] 송신 노드는 전송할 데이터가 있을 때 전송 매체가 유휴 상태인지, 사용 중인지 확인한다. 유휴 상태이면 즉시 전송한다. 사용 중이면 유휴 상태가 될 때까지 계속 감지하고, 유휴 상태가 되면 확률 ''p''로 전송한다. 전송하지 않으면(확률 ''1-p'') 임의의 시간 동안 기다린 후 같은 절차를 반복한다.[2] 전송 매체가 사용 중이 아니면 다시 확률 ''p''로 전송을 시도하며, 이 과정은 프레임이 전송되거나 매체가 다시 사용 중이 될 때까지 반복된다. P-지속 CSMA는 와이파이 등 CSMA/CA 시스템에서 사용된다. ''p'' = 0-지속 CSMA는 비지속 CSMA와 다르다. 둘 다 절차 시작 시에만 전송할 수 있지만, 사용 중인 채널에서의 동작 방식이 다르다. 비지속 CSMA는 채널 감지를 시도하지 않고 다시 시작하는 반면, ''p'' = 0-지속 CSMA는 채널이 다시 유휴 상태가 되어도 전송 확률이 0이므로 무한 대기 상태가 된다.2. 4. O-지속 (O-persistent) CSMA
O-지속 CSMA에서 각 노드는 감독 노드에 의해 전송 순서가 할당된다. 전송 매체가 유휴 상태가 되면, 노드는 할당된 전송 순서에 따라 자신의 시간 슬롯을 기다린다. 먼저 전송하도록 할당된 노드는 즉시 전송하고, 두 번째로 전송하도록 할당된 노드는 한 시간 슬롯을 기다린다(하지만 그 시간까지 첫 번째 노드가 이미 전송을 시작했을 수 있다). 노드는 다른 노드의 전송을 모니터링하고 각 감지된 전송으로 할당된 순서를 업데이트한다(즉, 큐의 앞쪽으로 한 위치 이동한다).[3] O-지속 CSMA는 코브라넷, 론웍스, 컨트롤러 영역 네트워크에서 사용된다.3. 프로토콜 개선 (Protocol modifications)
차량 애드혹 네트워크에서 브로드캐스팅을 할 때, 원래의 1-지속 및 p-지속 전략은 브로드캐스트 폭주 문제를 일으키는 경우가 많다. 이를 개선하기 위해 가중 p-지속, 슬롯 1-지속, 슬롯 p-지속과 같은 세 가지 수정 기법이 개발되었다.[4][5]
3. 1. CSMA/CD (Collision Detection, 충돌 감지)
반송파 감지 다중 접속 방식과 충돌 감지(CSMA/CD)는 충돌이 감지되는 즉시 전송을 종료하여 CSMA 성능을 개선하며, 재시도를 시도하기 전에 필요한 시간을 단축한다. CSMA/CD는 이더넷에서 사용된다.3. 2. CSMA/CA (Collision Avoidance, 충돌 회피)
CSMA/CA에서 충돌 회피는 CSMA의 성능을 향상시키기 위해 사용된다. 전송 매체가 전송 전에 사용 중으로 감지되면, 전송은 무작위 간격 동안 연기된다. 이 무작위 간격은 전송 대기 중인 둘 이상의 노드가 감지된 전송 종료 시 동시에 전송을 시작할 가능성을 줄여 충돌 발생을 줄인다. CSMA/CA는 와이파이에서 사용된다.3. 3. CSMA/CR (Collision Resolution, 충돌 해결)
CSMA/CR은 프레임 헤더의 우선순위를 사용하여 충돌을 해결한다. CAN에서 사용된다.3. 4. 가상 시간 CSMA (Virtual Time CSMA, VTCSMA)
가상 시간 CSMA(VTCSMA)는 주로 하드 실시간 컴퓨팅 시스템에서 사용되며, 노드가 동시에 신호를 전송하여 발생하는 충돌을 피하도록 설계되었다. 마감일에 따라 메시지 우선순위를 지정하기 위해 두 개의 시계를 사용한다.[6]참조
[1]
논문
Dynamic IEEE 802.11: design, modeling and performance evaluation
2000-09
[2]
논문
Packet Switching in Radio Channels: Part I--Carrier Sense Multiple-Access Modes and Their Throughput-Delay Characteristics
https://ieeexplore.i[...]
1975-12
[3]
특허
Order persistent timer for controlling events at multiple processing stations
1998-06-02
[4]
간행물
An Analytical Model for Sparse and Dense Vehicular Ad hoc Networks
https://books.google[...]
[5]
논문
Robust broadcast scheme regardless of vehicle distribution in vehicular ad hoc networks
https://www.research[...]
2017-09-02
[6]
서적
Real-Time Systems
McGraw-Hill Higher Education
1997
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