الوصول المتعدد مع استشعار الناقل وتجنب التصادم

تُعدّ تقنية الوصول المتعدد مع استشعار الناقل وتجنب التصادم ( CSMA/CA ) في شبكات الحاسوب ، طريقةً للوصول المتعدد على مستوى طبقة الربط، حيث يُستخدم استشعار الناقل . في هذه التقنية، تحاول العقد تجنب التصادمات عن طريق بدء الإرسال فقط بعد استشعار خلو القناة من حركة البيانات. ^{[ 1 ] [ 2 ]} وعندما تبدأ العقد بالإرسال، فإنها تُرسل الإطارات كاملةً.

تُستخدم هذه التقنية بشكل أساسي في الشبكات اللاسلكية، حيث يكون البديل مع اكتشاف التصادم CSMA/CD غير ممكن بسبب أجهزة الإرسال اللاسلكية التي لا تستطيع اكتشاف عمليات الإرسال الأخرى بشكل فعال أثناء قيامها بالإرسال.

بروتوكول CSMA/CA غير موثوق به بسبب مشكلة العقدة المخفية . ^{[ 3 ] [ 4 ]}

يتم استخدام تجنب التصادم لتحسين أداء طريقة CSMA من خلال محاولة تقسيم القناة بالتساوي إلى حد ما بين جميع العقد المرسلة داخل نطاق التصادم.

1. استشعار الناقل : قبل الإرسال، تستمع العقدة أولاً إلى الوسط المشترك (مثل الاستماع إلى الإشارات اللاسلكية في شبكة لاسلكية) لتحديد ما إذا كانت عقدة أخرى تبث أم لا. تجدر الإشارة إلى أن مشكلة العقدة المخفية تعني أن عقدة أخرى قد تبث دون أن يتم اكتشافها في هذه المرحلة.
2. تجنب الاصطدام : إذا تم سماع عقدة أخرى، فإننا ننتظر فترة زمنية (عادة عشوائية) حتى تتوقف العقدة عن الإرسال قبل الاستماع مرة أخرى للحصول على قناة اتصال خالية.

• يمكن استخدام بروتوكول طلب الإرسال/الموافقة على الإرسال (RTS/CTS) اختيارياً في هذه المرحلة لتنظيم الوصول إلى الوسيط المشترك. يُسهم هذا في التخفيف من مشكلة العقد المخفية، لأنه في الشبكات اللاسلكية، على سبيل المثال، لا تُصدر نقطة الوصول سوى موافقة على الإرسال لعقدة واحدة في كل مرة. مع ذلك، لا تُفعّل تطبيقات معيار 802.11 اللاسلكية عادةً بروتوكول RTS/CTS لجميع عمليات الإرسال؛ فقد تُعطّله تماماً، أو على الأقل لا تستخدمه مع الحزم الصغيرة (حيث أن العبء الإضافي لبروتوكولات RTS وCTS والإرسال كبير جداً بالنسبة لنقل البيانات الصغيرة).
• الإرسال : إذا تم تحديد أن الوسط خالٍ أو إذا تلقى الجهاز إشارة CTS تشير صراحةً إلى إمكانية الإرسال، فإنه يرسل الإطار كاملاً. على عكس بروتوكول CSMA/CD ، يُعدّ الاستماع أثناء الإرسال تحديًا كبيرًا للجهاز اللاسلكي (إذ يُطغى حجم إرساله على أي محاولة للاستماع). في المثال اللاسلكي، ينتظر الجهاز استلام حزمة تأكيد من نقطة الوصول تُشير إلى استلام الحزمة وتحققها بشكل صحيح. إذا لم يصل هذا التأكيد في الوقت المناسب، يفترض الجهاز أن الحزمة قد اصطدمت بإرسال آخر، مما يدفعه إلى الدخول في فترة تأخير ثنائية قبل محاولة إعادة الإرسال.

على الرغم من استخدام بروتوكول CSMA/CA في العديد من أنظمة الاتصالات السلكية، إلا أنه يُعدّ مفيدًا بشكل خاص في الشبكات المحلية اللاسلكية (WLAN) نظرًا لمشكلة شائعة تتمثل في قدرة عدة محطات على رؤية نقطة الوصول، ولكن ليس بعضها البعض. ويعود ذلك إلى اختلافات في طاقة الإرسال وحساسية الاستقبال، بالإضافة إلى المسافة والموقع بالنسبة لنقطة الوصول. ^{[ 5 ]} وهذا ما يمنع إحدى المحطات من سماع بث محطة أخرى. تُعرف هذه المشكلة باسم " العقدة المخفية " أو "المحطة المخفية". يمكن للأجهزة التي تستخدم معايير 802.11 الاستفادة من ميزة تجنب التصادم (مصافحة RTS/CTS، ووظيفة تنسيق النقاط )، على الرغم من أنها لا تفعل ذلك افتراضيًا. فهي تستخدم افتراضيًا آلية استشعار الموجة الحاملة المسماة التراجع الأسي (أو وظيفة التنسيق الموزع )، والتي تعتمد على محاولة المحطة "الاستماع" لبث محطة أخرى قبل الإرسال. تعتمد تقنية CA أو PCF على منح نقطة الوصول (أو جهاز الاستقبال في الشبكات المخصصة) لمحطة ما الحق الحصري في الإرسال لفترة زمنية محددة بعد طلب ذلك (طلب الإرسال / الموافقة على الإرسال). ^{[ 6 ]}

يتطلب بروتوكول CSMA-CA تحديد ما إذا كانت القناة "خاملة"، حتى عند استخدام معايير غير متوافقة وترددات إرسال متداخلة. وفقًا للمعايير، بالنسبة لأجهزة إرسال 802.11/Wi-Fi على نفس القناة، يجب أن تتناوب أجهزة الإرسال على الإرسال إذا كان بإمكانها اكتشاف بعضها البعض حتى عند مستوى ضوضاء  أعلى بمقدار 3 ديسيبل (يبلغ مستوى الضوضاء الحرارية حوالي -101 ديسيبل ميلي واط لقنوات 20 ميجاهرتز). ^{[ 7 ]} من ناحية أخرى، تتجاهل أجهزة الإرسال أجهزة الإرسال ذات المعايير غير المتوافقة أو على قنوات متداخلة إذا كانت قوة الإشارة المستقبلة منها أقل من عتبة Pth، _والتي تتراوح ، بالنسبة للأنظمة غير Wi-Fi 6 ، بين -76 و-80 ديسيبل ميلي واط. ^{[ 8 ]} 

يمكن إضافة تبادل حزمة طلب الإرسال (RTS) من المرسل (S) وحزمة الإذن بالإرسال (CTS) من المستقبل (R) إلى بروتوكول CSMA/CA. يُنبه هذا التبادل جميع العقد ضمن نطاق المرسل أو المستقبل أو كليهما، بعدم الإرسال طوال مدة الإرسال الرئيسي. يُعرف هذا بتبادل RTS/CTS وفقًا لمعيار IEEE 802.11 . يُسهم تطبيق RTS/CTS في حل مشكلة العقدة المخفية جزئيًا ، وهي مشكلة شائعة في الشبكات اللاسلكية. ^{[ 9 ] [ 10 ]}

يعتمد أداء بروتوكول CSMA/CA بشكل كبير على تقنية التضمين المستخدمة لنقل البيانات بين العقد. تُظهر الدراسات أنه في ظل ظروف الانتشار المثالية (المحاكاة)، يوفر طيف الانتشار ذو التسلسل المباشر (DSSS) أعلى إنتاجية لجميع العقد على الشبكة عند استخدامه مع CSMA/CA وتبادل IEEE 802.11 RTS/CTS في ظروف حمل الشبكة الخفيف. ويأتي طيف الانتشار ذو القفز الترددي (FHSS) في المرتبة الثانية بعد DSSS من حيث الإنتاجية، مع زيادة ملحوظة في الإنتاجية عند ازدياد حمل الشبكة بشكل كبير. ومع ذلك، تبقى الإنتاجية متقاربة عمومًا في ظروف العالم الحقيقي نظرًا لعوامل انتشار الموجات الراديوية. ^{[ 4 ]}

• GNET – بروتوكول شبكة محلية احتكاري مبكر
• قامت شركة Apple's LocalTalk بتطبيق بروتوكول CSMA/CA على ناقل كهربائي باستخدام إشارة تشويش مكونة من ثلاثة بايتات.
• يقوم معيار 802.11 RTS/CTS بتنفيذ استشعار الناقل الافتراضي باستخدام رسائل طلب الإرسال القصيرة ورسائل الموافقة على الإرسال لشبكات WLAN ( على الرغم من أن معيار 802.11 يعتمد بشكل أساسي على استشعار الناقل المادي ).
• يستخدم معيار IEEE 802.15.4 (الشبكة الشخصية اللاسلكية) بروتوكول CSMA/CA
• بروتوكول NCR WaveLAN – بروتوكول شبكة لاسلكية احتكاري مبكر
• الصفحة الرئيسية PNA
• يستخدم معيار ITU-T G.hn، الذي يوفر طريقة لإنشاء شبكة محلية عالية السرعة (تصل إلى 1 جيجابت/ثانية) باستخدام أسلاك المنزل الحالية (خطوط الطاقة وخطوط الهاتف والكابلات المحورية)، CSMA/CA كطريقة للوصول إلى القناة للتدفقات التي لا تتطلب ضمان جودة الخدمة ، وتحديدًا متغير CSMA/CARP .

• الوصول المتعدد مع استشعار الناقل
• الوصول المتعدد مع استشعار الناقل واكتشاف التصادم
• IEEE 802.11 RTS/CTS
• متجه تخصيص الشبكة

• شبكات الحاسوب: منهج النظم. بيترسون وديفي. مورغان كوفمان ، بيرلينغتون، ماساتشوستس، الولايات المتحدة الأمريكية. رقم ISBN 978-0-12-385138-3الصفحات 128-139