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# System prepended metadata

title: Random Access|第五週
tags: [無線與行動網路導論]

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title: Random Access|第五週
tags: 無線與行動網路導論
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# Random Access

:::success
如果一個系統沒有被規畫好如何 access medium
會使得 access 是個隨機的過程，也就是所謂的 random access

像之前學到的都是會先把資源劃分好，像是切時間、切頻段、切 Code、切空間等等
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# MAC

還記得上一篇的 MAC 嗎，就是那個制定規則的 MAC
他是一個協議 Protocol ，也就是一些規則，大家都認知的規則
MAC 這個規則主要

- 為了讓大家 (multiple mobile devices) 可以有序的存取 media wireless channel
- 也定義了要支援哪些服務，像是實時的音訊影訊和可靠的資料傳輸
- 並且在有效率且公平的分配「無線帶寬 wireless bandwidth」這稀缺的資源中，扮演重要的腳色

## MAC 要處理的事情

### 想要有效率的分配頻道這個資源，必須要處裡很多問題，像是

- 干擾 interfere
- 爭用 contention
- 存取控制 access control
- 頻道時好時壞，不同地點還不一樣

### 不同的服務會有不同的要求

- 音訊 Voice，會需要實時通訊 real-time，還有 reservation-based
- 資料 Data，會需要可靠的傳輸，以及最大努力? (best effort)

### 不同的目的以及取捨 trade-offs

- Centralized vs. Distributed

### 其他挑戰

- Mobility
- 能耗控管 power conservation
- 安全考量

### 和許多困難的問題

- Near-far
- hidden terminals
- time-varying channel
- burst errors
    - 較平均的錯誤比較好，因為還有補救的可能
- 等等...

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# 能不能直接從有線網路搬類似的架構來用

## CSMA/CD 

全名為「**Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection**」

是目前最成功的有線網路，也就是我們現在的乙太網路，插網路線的那個

- Carrier 就是 channel
- Sense 是指感覺、檢測；意思是傳訊號之前要去看一下、sense 一下有沒有人正在使用頻段，等正在傳的人傳完再傳
    - 其實所謂的檢測就是量電壓
    - 這個行為現在看起來很正常，但是是因為之前有不檢查就直接傳的
    - 請見底下的 Aloha

- Collision detection：Collision 就是有兩個人同時使用了某頻段
    - 有同時使用的話能量就會特別高
    - 解決方法就是重傳

## 但是這個不能直接搬來無線

因為無線網路是個「分散式架構 distributed」

- 能量會隨距離遞減
- sender 有進行 CS 和 CD，但是 Collision 是發生在 receiver
- sender 可能「聽不到」 Collision 發生
    - CD 沒有用
    - CD does not work
- sender 的 CS 可能也無效
    - 有 hidden terminals

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#  Hidden Node

![](https://drive.google.com/uc?id=1YDIDykF1n3F7iCgy-SuD3jPXAEf6VR56&export=download)


C 對 A 來說**有點遠**，「所以聽不到 / CS 沒有作用」，但是 C 也會發送訊號
如果 A 傳訊號給 B 的時候，C 也正在傳訊號給 D，那這樣 C 就會干擾到 B

# Exposed node problem

![](https://drive.google.com/uc?id=1v9giZeKSYAd_bzWTQNbPG2ZvWqKqcgJ1&export=download)

如果今天是 B 要傳給 A，C 要傳給 D，理論上 B 跟 C 可以同時傳
假如是 B 先傳給 A ，此時 C 正要傳的時候，做了 CS 聽聽看周遭
偵測到 B 的訊號，所以就沒有傳，**這樣就沒有達到 frequency reuse**

# Capture effect

![](https://drive.google.com/uc?id=1X_CCEAh7tL92SYsVYd-UBFW2-P6LgxWF&export=download)


B 收到了兩個信號，但是 C 的訊號太強，計算完 SINR 後，A 的訊號被蓋掉，只有收到 C 的

- 雖然這樣可以有篩選、強化的效果
- 但是會造成不公平 unfairness
    - 可能 A 也是需要接收的訊號

# Near and far effect/terminal

![](https://drive.google.com/uc?id=1Gg1RWMYf3LIJopChM2gT74wNC6mcClXV&export=download)


跟 Capture 有點像，Capture 是能量高的把能量低的蓋掉

Near and far 則是因為能量隨距離遞減，近的把遠的蓋掉

:::warning
上面這些就是無線網路會遇到的挑戰，不像有線那麼單純
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# Aloha 第一個無線的協議

![](https://drive.google.com/uc?id=1vRbayHkzqJyGVEhlTkB4-ymEK1CLwN_R&export=download)

會叫做 Aloha 是因為這是夏威夷大學開發的，當初就是在幾座小島間互相通訊

- 這個就是想傳就傳，沒有 CS
    - 也因此很容易發生 Collision
- random, distributed (no central 仲裁者 arbiter)
- time-multiplex
    - 從上圖可以看出是 TDMA

但是這樣子太容易發生 Collision 了，所以有了改良版本

## Slotted Aloha

![](https://drive.google.com/uc?id=1Ft2VyqmXUVq3yTSsJMXaxH8T79Mp1me-&export=download)

- 就是多了一個規定，**發送的時間要對齊**
- 這就使得傳送成功的機率變高了，或者說減少 Collision 發生的機會
    - 是用泊松分佈算的

:::info
原版 Aloha 可以看作是 continuous 的 ，新版則是 discrete 的
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