Medium Access Control Protocols [2] Achmad Ubaidillah Ms.,ST.MT. Universitas Trunojoyo - Madura

Random Access : Aloha Dikembangkan oleh Abramson, Univ of Hawaii Skim multiple access yang sederhana Paket dikirimkan jika tersedia Tunggu ACK Jika time out, backoff  retransmisi

Aloha Sender Station A: When IF, send it out; Start Tout timer for this IF; Wait for Tout (Time-out value) for ACK; If (ACK) Then clear timer; proceed to next transmission; Else backoff for a random number of Tout intervals; retransmit; If no ACK after repeated transmissions, give up Receiver Station B: If (CRC(IF) OK && DA(IF) == address(B), send ACK; IF may be damaged by noise or by another station transmitting at the same time (collision) Any overlap of frames causes collision

Metoda Akses Aloha node 3 node 2 node 1 S: Success C: Collision t0-X t0+X t0+X+2tprop t0+X+2tpropB Time-out Retransmission if necessary First transmission Collision S: Success C: Collision I: Idle channel time 1 2 3 node 3 node 2 node 1 C S C C C S S E

Aloha : Analisa Throughput Penurunan formula performansi utk pure ALOHA – N stations Vulnerable period: Tvuln = perioda terpanjang dari 2 frame overlapping; Waktu transmisi: X = L/R, utk ukuran frame max; Time-out: Tout = t0+X+2Tprop Backoff period: B = jumlah waktu pengirim ‘backs off’ sebelum retransmisi; B = k Tout , dimana k adalah discrete random variable terdistribusi uniform dlm interval [0, N-1]. Transmission pertama Retransmisi t t0-X t0 t0+X t0+X+2Tprop t0+X+2TpropB Retransmission (if necessary) Time-out

Aloha : Analisa Throughput Asumsi paket mempunyai panjang konstan = L bit Bit rate kanal = R Waktu transmisi konstan = X = L/R S = arrival rate dari paket baru ke sistem (dalam unit paket/X detik)  S juga merepresentasikan throughput dari sistem G = total arrival rate (kedatangan baru + retransmisi)  total load Asumsi penyederhanaan (Abramson) : agregat arrival process mempunyai distribusi Poisson dengan jumlah kedatangan rata-rata = G kedatangan/X detik

Aloha : Analisa Throughput Throughput S = total arrival rate G dikalikan probabilitas transmisi sukses

Aloha : Analisa Throughput Delay rata-rata pada Aloha dapat diestimasi sbb: Jumlah rata-rata transmisi/paket G/S = e2G usaha per paket Jumlah usaha yang tidak sukses per paket  = G/S - 1 = e2G - 1 Tiap retransmisi memerlukan 2 tprop + X + B, dimana B adalah rata-rata waktu backoff Satu transmisi memerlukan X + tprop

Aloha : Analisa Throughput Waktu transmisi paket rata-rata : E[Taloha] = X + tprop + (e2G - 1)(X + 2tprop + B) Jika delay dinyatakan dalam X: E[Taloha]/X = 1 + a + (e2G - 1)(1 + 2a + B), a = tprop/X Jika waktu backoff didistribusikan secara uniform antara 1 dan K waktu transmisi paket, maka B = (K + 1)/2

Performansi Aloha & Slotted Aloha 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0.01563 0.03125 0.0625 0.125 0.5 1 2 4 8 Ge-G Ge-2G G S 0.184 0.368

Slotted Aloha node 3 node 2 node 1 Kinerja Aloha dapat ditingkatkan dengan mengurangi kemungkinan collision Slotted Aloha membatasi station hanya bisa transmit pada awal slot yang tertentu Paket dianggap konstan dan menduduki satu slot Vulnerable period menjadi = X detik 1 2 3 node 3 node 2 node 1 C S S C I S S S I S: Success C: Collision I: Idle channel slots

Slotted Aloha t t0+X+2tpropB (k+1)X kX t0 +X+2tprop Time-out Backoff Vulnerable period Time-out Backoff Retransmission if necessary t0+X+2tpropB

Slotted Aloha Delay rata-rata dalam slotted Aloha: E[Taloha]/X = 1 + a + (eG - 1)(1 + a + B/X)

Carrier Sensing Multiple Access (CSMA) Mencegah transmisi jika yakin akan menyebabkan collision  dengan sensing medium Pengirim memerlukan waktu tprop utk capture channel, Vulnerable period = satu delay propagasi A Station A begins transmission at t=0 Station A captures channel at t=Tprop B

1-Persistent CSMA Station yang punya paket untuk transmit deteksi kanal Jika kanal sibuk  deteksi kanal secara kontinyu, tunggu sampai kanal menjadi idle Begitu kanal terdeteksi idle  transmit paket Jika lebih dari satu station menunggu  collision Station-station yang mempunyai paket yang tiba dalam tprop dari transmisi sebelumnya mempunyai kemungkinan collision Station yang terlibat collision menjalankan algoritma backoff utk scheduling waktu resensing berikutnya 1-Persisten CSMA  berusaha akses medium sesegera mungkin  rate collision tinggi

Non-Persistent CSMA Berusaha mengurangi collision Station yg punya paket utk transmit mendeteksi kanal Jika kanal sibuk, segera backoff dan reschedule waktu resensing jika kanal idle, station transmit Dengan segera melakukan rescheduling resensing jika sibuk dan tidak ngotot (persisting)  insiden collision dikurangi dibandingkan dengan 1-persistent Rescheduling menyebabkan delay > daripada 1-persistent

p-Persistent CSMA Mengkombinasikan dua skim sebelumnya (1-persisten CSMA dan Non-persistent CSMA) Station yang punya paket untuk transmit mendeteksi kanal, jika kanal sibuk terus deteksi sampai kanal idle Jika kanal idle : dengan probabilitas p, station transmit paket dengan probabilitas 1-p station menunggu sebesar tprop sebelum sensing kanal kembali Teknik ini menyebarkan usaha transmisi oleh station-station yang telah menunggu untuk transmisi  meningkatkan kemungkinan station menunggu akan sukses menduduki medium

Throughput Non-Persistent CSMA 1 Non-Persistent CSMA 0.81 (carried traffic) 0.51 0.14 S 0.01 0.1

Throughput 1-Persistent CSMA 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.02 0.03 0.06 0.13 0.25 1 2 4 8 16 32 64 0.53 0.45 0.16 S G 0.01

Carrier Sensing Multiple Access with Collision detection (CSMA-CD) Jika station dp mengetahui apakah collision terjadi, maka bandwith yang terbuang dpt dikurangi dengan menghentikan transmisi

Carrier Sensing Multiple Access with Collision detection (CSMA-CD) Station yang mempunyai paket mendeteksi kanal dan transmit jika kanal idle Jika kanal sibuk, gunakan strategi dari CSMA (persist, backoff segera atau persist dengan prob. p) Jika collision terdeteksi saat transmisi, sinyal short jamming ditransmisikan untuk meyakinkan semua station mengetahui terjadi collision sebelum menghentikan transmisi, selanjutnya algoritma backoff digunakan untuk rescheduling waktu resensing

Carrier Sensing Multiple Access with Collision detection (CSMA-CD) Kanal mempunyai 3 kondisi (state): sibuk mentransmisikan frame idle perioda contention (dimana station berusaha menduduki kanal) Throughput 1-Persistent CSMA-CD dapat dianalisa dg asumsi waktu dibagi dalam minislot sebesar 2tprop det (untuk menjamin station selalu dapat mendeteksi collision) Setiap kanal menjadi idle, station memperebutkan (contend) kanal dengan transmit dan mendengar untuk mengetahui apakah sukses menduduki kanal

Carrier Sensing Multiple Access with Collision detection (CSMA-CD) Frame Contention 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 2 4 6 8 10 12 14 16 n Pmax Probability of 1 successful transmission: Psuccess = n p ( 1-p )n-1 Psuccess is maximized at p = 1/n:

Throughput Maksimum Random Access 0.1 Aloha Slotted Aloha 1-P CSMA Non-P CSMA CSMA/CD a max Figure 6.24 1

Frame Transfer delay untuk Ethernet a = traffic