채널 액세스 방식

Channel access method

통신 및 컴퓨터 네트워크에서 채널 액세스 방법 또는 다중 액세스 방법은 동일한 전송 매체에 연결된 두 개 이상의 단말기가 이를 통해 전송되고 [1]용량을 공유할 수 있도록 한다.공유 물리 미디어의 예로는 무선 네트워크, 버스 네트워크, 링 네트워크, 반이중 모드로 동작하는 포인트 투 포인트링크 등이 있습니다.

채널 액세스 방법은 여러 데이터 스트림 또는 신호가 동일한 통신 채널 또는 전송 매체를 공유할 수 있도록 하는 다중화에 기초합니다.이 문맥에서 멀티플렉싱은 물리층에 의해 제공됩니다.

채널 액세스 방법은 미디어 액세스 제어(MAC)라고도 하는 다중 액세스 프로토콜 및 제어 메커니즘의 일부일 수도 있습니다.미디어 액세스 제어는 주소 지정, 멀티플렉스 채널 할당 및 충돌 방지 등의 문제를 처리합니다.미디어 액세스컨트롤은 OSI 모델의 데이터 링크레이어 내의 서브레이어이며 TCP/IP 모델의 링크레이어 컴포넌트입니다

기본 스킴

문헌에는 다중 액세스 체계와 프로토콜을 분류하는 여러 가지 방법이 사용되었습니다.예를 들어 Daniel Minoli(2009)[2]는 FDMA, TDMA, CDMA, SDMA 및 랜덤액세스의 5가지 주요 타입을 식별합니다.R. ROM과 M.Sidi(1990)[3]는 프로토콜을 무분쟁 액세스 프로토콜, 알로하 프로토콜 및 캐리어 감지 프로토콜로 분류합니다.

Telecommunications Handbook(Terplan and Morreale, 2000)[4]은 다음 MAC 카테고리를 식별합니다.

  • 고정 할당: TDMA, FDMA+WDMA, CDMA, SDMA
  • 할당된 수요(DA)
    • 예약: DA/TDMA, DA/FDMA+DA/WDMA, DA/CDMA, DA/SDMA
    • 폴링:범용 폴링, 분산 폴링, 토큰 패스, 암묵 폴링, 슬롯 액세스
  • 랜덤 액세스(RA): 순수 RA(ALOHA, GRA), 적응 RA(TRA), CSMA, CSMA/CD, CSMA/CA

채널 액세스 방식은 일반적으로 다음 [1][5][6]범주로 분류됩니다.

주파수 분할 다중 액세스

Frequency-Division Multiple Access(FDMA; 주파수 분할 다중 액세스) 채널액세스 방식은 다른 데이터 스트림에 다른 주파수 대역을 제공하는 Frequency-Division Multiplexing(FDM; 주파수 분할 다중화) 방식에 기초한 가장 표준 아날로그 시스템입니다.FDMA의 경우 주파수 대역은 다른 노드 또는 디바이스에 할당됩니다.FDMA 시스템의 예로는 제1세대 1G 휴대전화 시스템과 각 전화 통화가 특정 업링크 주파수 채널에 할당되고 다른 다운링크 주파수 채널이 있습니다.각 메시지 신호(각 전화 통화)는 특정 캐리어 주파수로 변조됩니다.

관련 기술은 파장분할다중화(WDM)에 기초한 Wavelength Division Multiplexing(WDMA; 파장분할다중화)입니다.WDM은 광섬유 통신에서 데이터 스트림에 따라 다른 색상을 가져옵니다.WDMA의 경우 버스 또는 허브네트워크의 네트워크 노드에 따라 다른 [7]색상이 됩니다.

FDMA의 고급 형태는 예를 들어 4G 셀룰러 통신 시스템에서 사용되는 직교 주파수 분할 다중 액세스(OFDMA) 방식입니다.OFDMA 에서는, 각 노드가 복수의 서브 캐리어(sub-carrier)를 사용할 수 있기 때문에, 유저 마다 다른 QoS(Quality of Service)를 제공할 수 있습니다.서브캐리어의 사용자에 대한 할당은 현재의 무선 채널 조건과 트래픽 부하에 따라 동적으로 변경될 수 있습니다.싱글 캐리어 FDMA(SC-FDMA)는, 예를 들면, 선형 프리코드 OFDMA(LP-OFDMA)로서 싱글 캐리어 주파수 도메인 균등화(SC-FDE)에 근거하고 있습니다.

시분할 다중 액세스

Time-Division Multiple Access(TDMA; 시분할다중접속) 채널액세스 방식은 시분할다중(TDM) 방식을 기반으로 합니다.TDMA는 주기적으로 반복되는 프레임 구조의 다른 송신기에 다른 타임슬롯을 제공합니다.예를 들어 노드 1은 마지막 송신기가 다시 시작될 때까지 타임슬롯 1, 노드2 타임슬롯 2 등을 사용할 수 있습니다.고급 형식은 다이내믹 TDMA(DTDMA)로, 타임 슬롯에의 송신기 할당은 프레임 마다 다릅니다.

Multiprequency Time-Division Multiple Access(MF-TDMA; 다중 주파수 분할 다중 액세스)는 시간과 주파수의 다중 액세스를 결합합니다.예를 들어, 2G 셀룰러 시스템은 TDMA와 FDMA의 조합에 근거하고 있으며, 각 주파수 채널은 8개의 타임 슬롯으로 나누어져 있으며, 그 중 7개는 7개의 통화에 사용되고 있고, 1개는 신호 데이터에 사용되고 있다.

통계적 시분할 다중접속도 일반적으로 시간 도메인 다중화에 기반하지만 주기적으로 반복되는 프레임 구조에서는 그렇지 않습니다.랜덤한 문자로 인해 통계 다중 방식으로 분류되어 동적 대역폭 할당이 가능합니다.이를 위해서는 Media Access Control(MAC; 미디어 액세스 제어) 프로토콜이 필요합니다. 즉, 노드가 번갈아 채널을 켜고 충돌을 피하기 위한 원칙입니다.일반적인 예로는 이더넷버스 네트워크 및 허브네트워크에서 사용되는 CSMA/CD와 IEEE 802.11 등의 무선 네트워크에서 사용되는 CSMA/CA가 있습니다.

코드분할다중접속및스펙트럼확산다중접속

Code-Division Multiple Access(CDMA; 코드분할다중접속) 방식은 확산 스펙트럼에 기초하고 있습니다.즉, 개별 비트스트림의 데이터 레이트보다 넓은 무선 채널 대역폭이 사용되며 여러 메시지 신호가 다른 확산 코드를 사용하여 동일한 캐리어 주파수를 통해 동시에 전송됩니다.Shannon-Hartley 정리에 따르면 대역폭이 넓기 때문에 1(0dB 미만)보다 훨씬 작은 신호 대 잡음비로 송신할 수 있습니다.이는 동일한 주파수 범위를 공유하는 다른 메시지 신호로부터의 노이즈 및 공동 채널 간섭 수준 이하로 전송 파워를 줄일 수 있음을 의미합니다.

예를 들어 3G 휴대전화 시스템에서 사용되는 Direct-Sequence Spread Spectrum(DSSS; 다이렉트시퀀스 확산 스펙트럼)에 기반한 Direct-sequence CDMA(DS-CDMA; 다이렉트시퀀스 CDMA)가 그 중 하나입니다.각 정보 비트(또는 각 기호)는 칩이라고 하는 여러 펄스의 긴 코드 시퀀스로 표시됩니다.시퀀스는 확산 코드이며, 각 메시지 신호(예를 들어 각 전화 콜)는 다른 확산 코드를 사용합니다.

다른 형태는 주파수 호핑 확산 스펙트럼(FHSS)에 기초한 주파수 호핑 CDMA(FH-CDMA)로, 확산 코드를 구성하는 시퀀스에 따라 채널 주파수가 급격히 변화한다.예를 들어 블루투스 통신 시스템은 주파수 호핑과 CSMA/CA 통계 시분할 다중 통신(데이터 통신 애플리케이션용) 또는 TDMA(오디오 전송용)의 조합을 기반으로 한다.같은 사용자(같은 piconet)에 속하는 모든 노드는 같은 주파수호핑시퀀스를 동기화하여 사용합니다.즉, 같은 주파수 채널로 송신되지만, CDMA/CA 또는 TDMA는 VSAN 내의 충돌을 피하기 위해 사용됩니다.주파수 호핑은 다른 VSAN의 노드 간 크로스톡 및 충돌 가능성을 줄이기 위해 Bluetooth에서 사용됩니다.

그 외의 기술에는, OFDMA 와 멀티 캐리어 Code-Division Multiple Access(MC-CDMA; 코드 분할 다중 액세스)가 있습니다.

공간 분할 다중 액세스

Space-Division Multiple Access(SDMA; 공간분할다중접속)는 물리적인 영역에 따라 다른 정보를 전송합니다.예를 들어 단순한 셀룰러 무선 시스템과 방향성 안테나와 전력 변조를 사용하여 공간 전송 패턴을 정교하게 하는 보다 진보된 셀룰러 시스템이 있습니다.

분단 다중 액세스

Power-Division Multiple Access(PDMA; 분할다중접속) 방식은 채널에서 사용 가능한 전력을 공유하기 위해 사용자 간에 가변 전송 전력을 사용하는 것을 기반으로 합니다.예를 들어 위성 트랜스폰더 상의 여러 SCPC 모뎀이 있습니다.사용자는 온 디맨드로 더 높은 [8]데이터 레이트로 전송하기 위해 전력 버젯을 더 많이 사용하게 됩니다.

패킷 모드 방식

패킷 모드 채널액세스 방식에서는, 패킷의 송신 시간 동안, 1 개의 네트워크 송신기를 선택합니다.유선 통신에 적합한 방법과 [1]무선에 적합한 방법이 있습니다.

유선 멀티 드롭 네트워크에 대한 여러 액세스 프로토콜을 다중화하는 일반적인 통계 시분할 멀티플렉싱은 다음과 같습니다.

패킷 무선 네트워크에서 사용되는 일반적인 다중 액세스 프로토콜은 다음과 같습니다.

듀플렉스 방식

이러한 방식이 포워드 및 리버스 통신 채널을 분할하기 위해 사용되는 경우 듀플렉스 방식이라고 합니다.이중화 통신 시스템은 반이중 또는 전이중 중 하나입니다.반이중 시스템에서는 통신은 한 번에 한 방향으로만 기능합니다.무전기는 반이중 시스템의 한 예입니다.왜냐하면 두 사용자가 서로 통신할 수 있지만 동시에 다른 사용자가 시작하기 전에 누군가가 전송을 완료해야 하기 때문입니다.전이중 시스템에서는, 양쪽의 유저가 동시에 통신할 수 있습니다.양쪽 사용자가 동시에 말하고 들을 수 있기 때문에 전화기는 전이중 시스템의 가장 일반적인 예입니다.전이중 방식에는 다음과 같은 종류가 있습니다.

하이브리드 응용 프로그램 예시

이러한 기술의 하이브리드가 자주 사용된다는 점에 유의하십시오.몇 가지 예:

  • GSM 셀룰러 시스템은 FDD(Frequency-Division Duplex)를 사용하여 외부 신호와 리턴 신호 간의 간섭을 방지하고 FDMA 및 TDMA를 조합하여 여러 핸드셋을 단일 셀로 동작시킵니다.
  • GPRS 패킷 교환 서비스를 갖춘 GSM은 예약 문의 및 실제 데이터 전송을 위한 동적 TDMA 스킴을 위해 FDD 및 FDMA를 슬롯된 Aloha와 결합합니다.
  • Bluetooth 패킷모드 통신에서는 같은 방의 여러 프라이빗 에리어 네트워크 간의 공유 채널액세스를 위한 주파수 호핑과 네트워크 내의 공유 채널액세스를 위한 CSMA/CA를 조합합니다.
  • IEEE 802.11b Wireless Local Area Network(WLAN; 무선 로컬에리어 네트워크)는 FDMA 및 DS-CDMA를 기반으로 하여 인접한 WLAN 셀 또는 액세스포인트 간의 간섭을 방지합니다.이것은 CSMA/CA와 조합되어 셀 내에서 여러 액세스가 가능합니다.
  • HIPERLAN/2 무선 네트워크는 FDMA와 다이내믹 TDMA를 조합합니다.즉, 패킷스케줄링을 통해 자원 예약이 이루어집니다.
  • 홈 배선(전원선, 전화선, 동축 케이블)을 통한 고속 네트워킹의 ITU-T 표준인 G.hn은 TDMA, 토큰 패스 및 CSMA/CARP를 조합하여 여러 디바이스가 미디어를 공유할 수 있도록 합니다.

특정 응용 프로그램 영역 내에서의 정의

로컬 및 메트로폴리탄 에리어 네트워크

Local Area Network(LAN; 로컬지역 네트워크) 및 Metropolitan Area Network(MAN; 메트로폴리탄지역 네트워크)에서는 버스 네트워크, 링 네트워크, 스타 네트워크, 무선 네트워크 및 반이중 포인트 투 포인트 통신이 가능하지만 네트워크 스위치와 라우터 간의 전이중 포인트 투 포인트 시리얼 회선에서는 필요하지 않습니다.가장 일반적인 멀티 액세스 방식은 이더넷에서 사용되는 CSMA/CD입니다.오늘날의 이더넷 설치에서는 스위치에 직접 전이중 연결을 사용합니다.CSMA/CD는 오래된 리피터 허브와의 호환성을 확보하기 위해 구현되어 있습니다.

위성 통신

위성통신에서 다중접속이란 통신위성이 동시에 여러 쌍의 지상단말기 간 통신링크의 일부로 기능하는 기능이다.현재 통신 위성에서 사용되는 다중 액세스에는 코드 분할, 주파수 분할 및 시분할 다중 액세스의 3가지 유형이 있습니다.

셀룰러 네트워크

셀룰러 네트워크에서는 CDMA와 TDMA가 가장 널리 채용되고 있습니다.TDMA 테크놀로지는, 자연스러운 음성 중단을 특정해, 1개의 전파를 이용해 복수의 송신을 차례차례 서포트하는 것으로 동작합니다.CDMA 테크놀로지에서는, 각 개별의 패킷은, 하나의 코드를 수신해, 넓은 주파수 스펙트럼으로 분할해, 다른 한쪽에서 재구축 됩니다.CDMA를 사용하면 여러 사람이 같은 주파수로 동시에 통화할 수 있기 때문에 같은 양의 주파수를 통해 더 많은 대화를 전송할 수 있습니다.이것이 CDMA가 무선 [9]업계에서 가장 널리 채택되고 있는 채널액세스 방식이 된 이유 중 하나입니다.

CDMA의 기원은 1940년대 미국 정부에 의해 특허를 받았으며 2차 세계대전 내내 메시지를 전송하기 위해 사용되었다.그러나 전쟁 후 특허가 만료되고 CDMA 사용이 감소하여 [9]TDMA로 널리 대체되었습니다.그것은 MIT 엔지니어인 Irwin M. Jacobs와 Linkabit사의 동료 직원들이 통신 회사 [10]Qualcomm을 설립할 때까지였습니다.퀄컴이 설립되었을 때 제이콥스는 디지털 기술을 사용하여 주파수 [11]용량을 늘린 군의 통신 문제를 해결하는 작업을 이미 수행하고 있었습니다.퀄컴은 CDMA가 무선 효율과 가용성을 크게 높일 것이라는 것을 알고 있었지만 이미 수백만 달러를 TDMA에 투자한 무선업계는 [11]회의적이었다.제이콥스와 퀄컴은 수년간 인프라를 개선하고 CDMA의 테스트와 데모를 수행했습니다. 1993년에 CDMA는 무선 업계 표준으로 인정되었습니다.1995년까지 CDMA는 2G의 [9]기반으로서 무선 산업에서 상업적으로 사용되고 있었다.

「 」를 참조해 주세요.

레퍼런스

  1. ^ a b c Guowang Miao; Jens Zander; Ki Won Sung; Ben Slimane (2016). Fundamentals of Mobile Data Networks. Cambridge University Press. ISBN 978-1107143210.
  2. ^ Daniel Minoli (3 February 2009). Satellite Systems Engineering in an IPv6 Environment. CRC Press. pp. 136–. ISBN 978-1-4200-7868-8. Retrieved 1 June 2012.
  3. ^ Rom, Raphael; Sidi, Moshe (1990). "Multiple Access Protocols: Performance and Analysis". Springer-Verlag/University of Michigan. {{cite journal}}:Cite 저널 요구 사항 journal=(도움말)
  4. ^ Kornel Terplan (2000). The Telecommunications Handbook. CRC Press. pp. 266–. ISBN 978-0-8493-3137-4. Retrieved 1 June 2012.
  5. ^ "Fundamentals of Communications Access Technologies: FDMA, TDMA, CDMA, OFDMA, AND SDMA". Electronic Design. 2013-01-22. Retrieved 2014-08-28.
  6. ^ Halit Eren (Nov 16, 2005). Wireless Sensors and Instruments: Networks, Design, and Applications. CRC Press. p. 112. ISBN 9781420037401.
  7. ^ Sadique, Abubaker. "Multiple Access Techniques in communication: FDMA, TDMA, CDMA". Archived from the original on 2019-10-09.
  8. ^ Elinav, Doron; Rubin, Mati E.; Brener, Snir (Mar 6, 2014), Power Division Multiple Access, retrieved 2016-06-29
  9. ^ a b c Qualcomm, Qualcomm. "The world-changing technology that almost wasn't". Qualcomm.
  10. ^ Tibken, Shara (2011-12-21). "Qualcomm Founder Set to Retire". Wall Street Journal. ISSN 0099-9660. Retrieved 2019-12-03.
  11. ^ a b Mock, Dave (2005). The Qualcomm Equation: How a Fledgling Telecom Company Forged a New Path to Big Profits and Market Dominance. Amacom. ISBN 978-0-8144-2858-0.

Public Domain이 문서에는 General Services Administration 문서의 퍼블릭 도메인 자료가 포함되어 있습니다(MIL-STD-188 지원).