Solucionario_Tema11

Departamento de Sistemas de Comunicacin y Control

Redes y Comunicaciones

Solucionario

Tema 11 (Tema 12 del libro de texto): Acceso mltiple

Tema 11: Acceso mltiple

11.3

Resumen

Se puede considerar que el nivel de enlace de datos tiene dos subniveles. El subnivel superior es responsable del control del enlace de datos, y el

subnivel inferior es responsable de resolver el acceso al medio compartido.

Se han desarrollado muchos protocolos formales para gestionar el acceso a un enlace compartido. Se clasifican en tres grupos: protocolos de acceso

aleatorio, protocolos de acceso compartido y protocolos de canalizacin.

En los mtodos de acceso aleatorio o mtodos de contencin, ninguna estacin es superior a otra y ninguna tiene control sobre otra.

ALOHA permite el acceso mltiple (MA) al medio compartido. Existe la posibilidad de colisiones en este mtodo. Cuando una estacin enva datos,

otra estacin puede intentar hacerlo al mismo tiempo. Los datos de las dos

estaciones colisionan y se destruyen.

Para minimizar la posibilidad de colisiones y, por tanto, incrementar las prestaciones, se desarrollo el mtodo CSMA. La posibilidad de que ocurra

una colisin se puede reducir si una estacin comprueba el medio antes de

utilizarlo. El acceso mltiple por deteccin de portadora (CSMA) requiere que

cada estacin escuche primero el medio antes de enviar datos. Se han

desarrollado tres mtodos de comprobacin de portadora: de persistencia

1, no persistencia y de persistencia p.

El acceso mltiple por deteccin de portadora con deteccin de colisiones (CSMA/CD) mejora el algoritmo CSMA al contemplar las colisiones. En este

mtodo, una estacin monitoriza el medio despus de enviada la trama para

comprobar si la transmisin se realiza con xito. Si es as, la estacin

finaliza. Sin embargo, si hay una colisin, la trama se enva de nuevo.


11.4

Para evitar las colisiones en redes inalmbricas, se desarrollo el mtodo de acceso mltiple por deteccin de portadora con evitacin de colisiones

(CSMA/CA). Las colisiones se evitan mediante el use de tres estrategias:

el espacio entre tramas, la ventana de contencin y los mensajes de

confirmacin.

En el acceso controlado, una estacin no puede enviar a no ser que haya sido autorizada por otras estaciones. Se han descrito tres mtodos de

acceso controlado muy populares: de reservas, de muestreo y de paso de

testigo.

En el mtodo de acceso basado en reservas, una estacin necesita hacer una reserva antes de enviar sus datos. El tiempo se divide en intervalos. En

cada intervalo, una trama de reserva precede a las tramas de datos

enviadas en ese intervalo.

En el mtodo de muestreo, todos los intercambios de datos se hacen a travs de un dispositivo primario incluso aunque el destinatario sea un

dispositivo secundario. El dispositivo primario controla el enlace; los

dispositivos secundarios siguen sus instrucciones.

En el mtodo de paso de testigo, las estaciones en la red se organizan en un anillo lgico. Cada estacin tiene un predecesor y un sucesor. Un paquete

especial denominado testigo circula por el anillo.

La canalizacin es un mtodo de acceso mltiple en el que el ancho de banda disponible de un enlace se comparte en el tiempo, en la frecuencia

o a travs de cdigos, entre diferentes estaciones. Se han descrito tres

protocolos de canalizacin: FDMA, TDMA y CDMA.

En el acceso mltiple por divisin de frecuencia (FDMA), el ancho de banda disponible se divide en bandas de frecuencias. Cada estacin tiene asignada

una banda para enviar sus datos. En otras palabras, cada banda esta

reservada para una estacin concreta y pertenece a la estacin todo el

tiempo.


11.5

En el acceso mltiple por divisin en el tiempo (TDMA), las estaciones comparten el ancho de banda del canal en el tiempo. Cada estacin tiene

asignada una ranura de tiempo durante Ia cual puede enviar datos. Cada

estacin transmite sus datos en la ranura de tiempo asignada.

En el acceso mltiple por divisin de cdigos (CDMA), las estaciones utilizan cdigos diferentes para conseguir el acceso mltiple. CDMA se

basa en la teora de la codificacin y utiliza secuencias de nmeros

denominados chips. Las secuencias se generan utilizando cdigos

ortogonales tales como las tablas de Walsh.


11.7

Problemas resueltos

Problema 1

Indique las tres categoras de protocolos de acceso mltiple descritos en este

capitulo.

Solucin:

Las tres categoras de protocolos de acceso mltiple son acceso aleatorio, acceso

controlado y canalizacin.

Problema 3

Defina el acceso controlado e indique tres protocolos de esta categora.

Solucin:

En los mtodos de acceso controlado, las estaciones consultan a otras para

encontrar que estaciones tienen el derecho a enviar. Una estacin no puede enviar

a menos que haya sido autorizada por las otras estaciones. Los tres mtodos ms

populares son: De reserva (reservation), Muestreo (polling) y Paso de testigo (token

passing).

Problema 5

Explique por que la colisin es un problema en el protocolo de acceso aleatorio

pero no en el acceso controlado ni en los protocolos de canalizacin.

Solucin:

En los mtodos de acceso aleatorio, no hay control de acceso (como lo hay en los

mtodos de acceso controlado) y no hay canales predefinidos (como en la


11.8

canalizacin). Cada estacin puede transmitir cuando desee. Esta libertad puede

crear colisin.

Problema 7

Compare y contraste un protocolo de acceso aleatorio con un protocolo de

canalizacion.

Solucin:

En el mtodo de acceso aleatorio todo el ancho de banda disponible pertenece a la

estacin que gana la contencin; las otras estaciones necesitan esperar. En el

mtodo de canalizacin el ancho de banda disponible se divide entre las

estaciones. Si una estacin no tiene datos que enviar, el canal alojado permanece

desocupado.

Problema 9

Es necesario un protocolo de acceso mltiple cuando se utiliza el bucle local de la

compaa telefnica para acceder a Internet? Por qu?

Solucin:

No se necesita mtodos de acceso mltiple en este caso. El bucle local proporciona

una conexin dedicada punto-a-punto para la compaa telefnica.

Problema 11

Se dispone de una red ALOHA pura con 100 estaciones. Si Tfr = 1 microsegundo,

cul es el nmero de tramas por segundo que cada estacin puede enviar para

conseguir la mxima eficiencia?

Solucin:


11.9

Para conseguir la mxima eficacia en una red ALOHA pura, G = . Si se toma ns

como el nmero de estaciones y nfs como el nmero de tramas que una estacin

puede enviar por segundo y Tfr , el tiempo de transmisin:

G = ns nfs Tfr = 100 nfs 1 s = 1/2 nfs = 5000 tramas/s

Problema 13

Cien estaciones en una red ALOHA pura comparten un canal de 1 Mbps. Si las

tramas son de 1000 bits, encuentre la productividad si cada estacin enva 10

tramas por segundo.

Solucin:

Se puede calcular primero Tfr , G y despus la productividad, S:

Tfr = (1000 bits) / 1 Mbps = 1 ms

G = ns nfs Tfr = 100 10 1 ms = 1

Para una ALOHA pura S = G e2G 13.53 %

Esto significa que cada estacin puede enviar con xito slo 1.35 tramas por

segundo.

Problema 15

En una red CDMA/CD con una tasa de datos de 10 Mbps, se ha determinado que el

mnimo tamao de trama es de 512 bits para una operacin correcta del proceso de

deteccin de colisiones. Cul debera ser el tamao mnimo de la trama si se

incrementa la tasa a 100 Mbps, a 1Gbps y a 10 Gbps?

Solucin:


11.10

Para que el mtodo CSMA/CD funcione, se necesita una restriccin sobre el

tamao de las tramas. Antes de enviar el ltimo bit de la trama, la estacin que

enva debe detectar una colisin en caso de que exista y abortar la transmisin.

Esto es debido a que la estacin , una vez que ha enviado la trama entera, no

guarda una copia de la trama y no monitoriza la lnea para detectar la colisin. Por

lo tanto, el tiempo de transmisin de la trama, Tfr , debe ser al menos dos veces el

mximo tiempo de propagacin Tp.

Vamos a encontrar la relacin entre el tamao de trama mnimo y la tasa de datos:

Tfr = (tamao de trama) / (tasa de datos) = 2 Tp = 2 distancia / (vel. propagacin)

o

(tamao trama) = [2 (distancia) / (vel. propagacin)] (tasa datos)]

o

(tamao trama) = K (tasa datos)

Esto significa que el tamao de trama mnimo es proporcional a la tasa de datos (K

es una constante). Cuando la tasa de datos se incrementa, el tamao de la trama

debe ser incrementada en una red con una longitud fija para continuar la operacin

propia del CSMA/CD. En el ejemplo 12.5 del libro de texto, se mencion que el

tamao de trama mnimo para la tasa de datos de 10 Mbps es 512 bits. Se calcula

el tamao de trama mnimo en base a la relacin de proporcionalidad siguiente:

Tasa de datos = 10 Mbps tamao de trama mnimo = 512 bits

Tasa de datos = 100 Mbps tamao de trama mnimo = 5120 bits

Tasa de datos = 1 Gbps tamao de trama mnimo = 51200 bits

Tasa de datos = 10 Gbps tamao de trama mnimo = 512000 bits


11.11

Problema 17

En la Figura 11.1 (Figura 12.12 del libro), la tasa de datos es de 10 Mbps, la

distancia entre la estacin A y C es de 2000 m y la velocidad de propagacin es de

2 x 108 m/s. La estacin A comienza a enviar una trama larga en el instante t1 = 0;

la estacin C comienza a enviar una trama larga en el instante t2 = 3

microsegundos. El tamao de la trama es suficientemente largo para garantizar la

deteccin de la colisin por ambas estaciones. Encuentre:

a. El tiempo en el que la estacin C detecta la colisin (t3).

b. El tiempo en el que la estacin A detecta la colisin (t4).

c. El nmero de bits que la estacin A ha enviado antes de detectar la colisin.

d. El nmero de bits que la estacin C ha enviado antes de detectar la colisin.

Figura 11.1 (Figura 12.12 del libro)

Solucin:

Se tiene t1 = 0 y t2 = 3 s

a. t3 t1= (2000 m) / (2 108 m/s) =10 s t3 = 10 s + t1 = 10 s

b. t4 t2 = (2000 m) / (2 108 m/s) =10 s t4 = 10 s + t2 = 13 s

c. Tfr(A) = t4 t1 = 13 0 = 13 s BitsA = 10 Mbps 13 s = 130 bits


11.12

d. Tfr(C) = t3 t2 = 10 3 = 7s BitsC = 10 Mbps 7 s = 70 bits.

Problema 19

Calcule la tabla de Walsh W8 a partir de la tabla W4 de la Figura 11. 2 (Figura

12.29).

b. Generacin de W1, W2 W4

a. Dos reglas bsicas

FIGURA 11.2. Figura 12.29 del libro de texto

Solucin:

FIGURA 11.3. Solucin ejercicio 11.19


11.13

Problema 21

Demuestre la tercera y la cuarta propiedad de los chips de la tabla de Walsh para

W4 de la Figura 11. 2 (Figura 12.29).

Solucin:

La tercera propiedad: Si se multiplican dos secuencias iguales, elemento a

elemento, y se suma el resultado, se obtiene N, donde N es el nmero de

elementos en cada secuencia. A este producto se le denomina producto interno

(inner product) de dos secuencias iguales:

Row 1 Row 1 [+1 +1 +1 +1] [+1 +1 +1 +1] = +1 + 1 + 1 + 1 = 4

Row 2 Row 2 [+1 1 +1 1] [+1 1 +1 1] = +1 + 1 + 1 + 1 = 4

Row 3 Row 1 [+1 +1 1 1] [+1 +1 1 1] = +1 + 1 + 1 + 1 = 4

Row 4 Row 4 [+1 1 1 +1] [+1 1 1 +1] = +1 + 1 + 1 + 1 = 4

La cuarta propiedad: Si se multiplican dos secuencias diferentes, elemento a

elemento y se suma el resultado se obtiene 0. Para esta propiedad se necesita

probar las seis relaciones siguientes:

Row 1 Row 2 [+1 +1 +1 +1] [+1 1 +1 1] = +1 1 + 1 1 = 0

Row 1 Row 3 [+1 +1 +1 +1] [+1 +1 1 1] = +1 + 1 1 1 = 0

Row 1 Row 4 [+1 +1 +1 +1] [+1 1 1 +1] = +1 1 1 + 1 = 0

Row 2 Row 3 [+1 1 +1 1] [+1 +1 1 1] = +1 1 1 + 1 = 0

Row 2 Row 4 [+1 1 +1 1] [+1 1 1 +1] = +1 + 1 1 1 = 0

Row 3 Row 4 [+1 +1 1 1] [+1 1 1 +1] = +1 1 + 1 1 = 0

Problema 23


11.14

Repita el escenario mostrado en las Figuras 12.27 y 12.28 del libro de texto si las

estaciones 1 y 3 estn en silencio.

Solucin:

La figura 11.4 muestra la codificacin, los datos del canal y la decodificacin:

FIGURA 11.4. Solucin ejercicio 12.23

Problema 25

Una red con un dispositivo primario y cuatro secundarios utiliza muestreo. El

tamao de una trama de datos es de 1000 bytes. El tamao de las tramas de

muestreo de ACK y NACK es de 32 bytes cada una. Cada estacin tiene 5 tramas

para enviar. Cul es el nmero total de bytes que se intercambian si no hay

limitacin en el nmero de tramas que una estacin puede enviar en respuesta a un

mensaje de muestreo?


11.15

Repita el ejercicio si cada estacin slo puede enviar una trama en respuesta a un

muestreo.

Solucin:

Se puede decir:

Muestreo y transferencia de datos:

Estacin 1: [poll + 5 (trama + ACK)]




Muestreo y envo NAKs

Estacin 1: [poll + NAK]




Actividad total:

8 polls + 20 tramas + 20 ACKs + 4 NAKs = 21024 bytes

Se tienen 1024 bytes de sobrecarga.


11.16

Ahora repetiremos el ejercicio si cada estacin slo puede enviar una trama en

respuesta a un muestreo. Se puede decir:

Muestreo y transferencia de datos:

Trama 1 para todas las cuatro estaciones: 4 [poll + trama + ACK]





Muestreo y envo NAKs





Actividad total:

24 polls + 20 tramas + 20 ACKs + 4 NAKs = 21536 bytes

Se tienen 1536 bytes de sobrecarga lo cual son 512 bytes ms que en el caso

anterior. Esta es la razn por la que se necesitan enviar 16 polls extra.

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