วิธีการเข้าถึงหลายช่องทาง

วิธีการเข้าถึงหลายช่องทาง (อังกฤษ: Channel_Access_Method) ในด้านการสื่อสารโทรคมนาคมและเครือข่ายคอมพิวเตอร์, Channel Access Method หรือ multiple access method ช่วยให้เทอร์มินอลหลายตัวสามารถเชื่อมต่อกับตัวกลางการส่งข้อมูลหลายจุด(multipoint transmission media)เดียวกันได้ เพื่อแบ่งปันความสามารถของตัวกลางนั้นเพื่อเข้าไปถึงแหล่งข้อมูลต่างๆในเครือข่ายได้พร้อมกัน ตัวอย่างของสื่อทางกายภาพที่ถูกใช้ร่วมกันคือเครือข่ายไร้สาย, เครือข่ายบัส, วงแหวนเครือข่าย, ฮับเครือข่ายและการเชื่อมโยง point-to-point ครึ่งดูเพล็กซ์

รูปแบบหนึ่งของการเชื่อมต่อหลายช่องทางที่ใช้ตัวกลางเดียวกันแต่มีการจัดสรรเพื่อหลีกเลี่ยงการชนกันของข้อมูล

รูปแบบ channel-access ขึ้นอยู่กับวิธีการมัลติเพล็กที่ช่วยให้หลายสตรีมข้อมูลหรือสัญญาณได้แบ่งปันช่องทางการสื่อสารหรือสื่อทางกายภาพเดียวกัน ในบริบทนี้ Multiplexing ถูกจัดให้โดยชั้นกายภาพ พึงสังเกตว่าการมัลติเพล็กยังอาจถูกใช้ในการสื่อสารแบบ point-to-point full duplex ระหว่างโหนดในเครือข่ายสวิตช์อีกด้วย ซึ่งไม่ควรถือว่าเป็น multiple access

รูปแบบการเข้าถึงยังขึ้นอยู่กับโพรโทคอลของ multiple access และกลไกการควบคุมที่เรียกว่า media access control (MAC) โพรโทคอลตัวนี้ทำงานเกี่ยวกับที่อยู่, การกำหนดช่องทวีคูณให้กับผู้ใช้ที่แตกต่างกันและการหลีกเลี่ยงการชน. MAC เลเยอร์เป็นชั้นย่อยใน Layer 2 (Data Link Layer) ของแบบจำลอง OSI และส่วนประกอบของลิงก์เลเยอร์ของแบบจำลอง TCP / IP

ประเภทพื้นฐานของรูปแบบการเข้าถึงหลายช่องทาง

พื้นฐานของรูปแบบการเข้าถึงหลายช่องทางมีสี่ประเภท ได้แก่:

การเข้าถึงหลายช่องทางแบบการแบ่งความถี่

Frequency Division Multiple Access (FDMA) เป็นรูปแบบการเข้าถึงที่ขึ้นอยู่กับ frequency-division multiplexing (FDM) ซึ่งจัดให้มีคลื่นความถี่ที่แตกต่างกันกับกระแสข้อมูลที่แตกต่างกัน กระแสข้อมูลจะถูกจัดสรรไปยังโหนดหรืออุปกรณ์ที่แตกต่างกัน ตัวอย่างของระบบ FDMA คือ ระบบโทรศัพท์มือถือที่โทรศัพท์ 1G, ที่ซึ่งการใช้ของแต่ละเครื่องได้รับมอบหมายให้มีช่องความถี่อัปลิงก์และช่องความถี่ดาวน์ลิงก์เฉพาะ ดังนั้นสัญญาณแต่ละข้อความจึงใช้ความถี่ของคลื่นพาหะที่เฉพาะเจาะจง

เทคนิคที่เกี่ยวข้องก็คือ wavelength division multiple access (WDMA) ที่มีพื้นฐานบน wavelength-division multiplexing (WDM) ที่ซึ่งกระแสข้อมูลได้รับสีที่แตกต่างกันในการสื่อสารใยแก้วนำแสง ในกรณี WCDMA, โหนดเครือข่ายที่แตกต่างกันในบัสเครือข่ายของฮับจะได้สีที่แตกต่างกัน

รูปแบบขั้นสูงของ FDMA เป็น orthogonal frequency-division multiple access (OFDMA) เช่นที่ใช้ในการสื่อสารระบบเซลลูลา 4G ใน OFDMA แต่ละโหนดอาจจะใช้คลื่นพาหะย่อยทำให้มันเป็นไปได้ที่จะให้คุณภาพของบริการที่แตกต่างกัน (อัตราการส่งข้อมูลที่แตกต่างกัน) กับผู้ใช้ที่แตกต่างกัน การมอบหมายคลื่นพาหะย่อยแก่ผู้ใช้อาจมีการเปลี่ยนแปลงแบบไดนามิกขึ้นอยู่กับเงื่อนไขในช่องความถี่วิทยุในปัจจุบันและปริมาณการจราจร

การเข้าถึงหลายช่องทางแบบการแบ่งเวลา

Time division multiple access (TDMA) เป็นรูปแบบการเข้าถึงที่มีพื้นฐานบน time-division multiplexing (TDM) ซึ่งจัดสรรช่วงเวลาที่แตกต่างกันเพื่อให้ได้กระแสข้อมูลที่แตกต่างกันในโครงสร้างของเฟรมที่ซ้ำเป็นวงรอบ. ตัวอย่างเช่นโหนด 1 อาจจะใช้ช่วงเวลา 1, โหนด 2 ใช้ช่วงเวลา 2 ฯลฯ จนถึงตัวส่งสุดท้าย แล้วก็เริ่มใหม่อีกครั้งในรูปแบบที่ซ้ำ ๆ จนการเชื่อมต่อสิ้นสุดลงและสล็อตกลายเป็นอิสระหรือมอบหมายไปยังโหนดอื่น รูปแบบขั้นสูงได้แก่ Dynamic TDMA (DTDMA) ที่ผู้จัดสรรเวลาอาจจะให้ช่วงเวลาแตกต่างกัน เช่นบางครั้งโหนด 1 อาจจะใช้ช่วงเวลาที่ 1 ในเฟรมแรกและใช้ช่วงเวลาอื่นในเฟรมถัดไป

ตัวอย่างเช่นระบบ โทรศัพท์มือถือ 2G จะขึ้นอยู่กับ TDMA และ FDMA รวมกัน แต่ละช่องความถี่จะถูกแบ่งออกเป็น 8 ไทม์สลอต ในที่ซึ่ง 7 ไทม์สลอตใช้สำหรับการใช้โทรศัพท์และหนึ่งไทม์สลอตสำหรับการส่งสัญญาณข้อมูล

การเข้าถึงหลายช่องทางแบบโหมด Packet

Packet mode multiple-access โดยปกติจะยังมีพื้นฐานบน time-domain multiplexing แต่ไม่ใช่โครงสร้างของเฟรมที่ซ้ำเป็นวงรอบ และดังนั้นจึงไม่ถือว่าเป็น TDM หรือ TDMA เนื่องจากตัวอักษรแบบสุ่มของมันสามารถแบ่งออกเป็นวิธีการมัลติเพล็กแบบสถิติทำให้มันเป็นไปได้ในการจัดสรรแบนด์วิดธ์แบบไดนามิก วิธีการนี้จำเป็นต้องอาศัยโพรโทคอลแบบ media access control (MAC) ได้แก่ หลักการสำหรับโหนดที่จะผลัดกันทำงานในช่องทางและเพื่อหลีกเลี่ยงการชนกัน ตัวอย่างร่วมกันได้แก่ CSMA/CD, ที่ใช้ในเครือข่ายบัสและเครือข่ายฮับกับ CSMA/CA ที่ใช้ในเครือข่ายไร้สายเช่น IEEE 802.11

การเข้าถึงหลายช่องทางแบบแบ่งรหัส (CDMA)/การเข้าถึงหลายช่องทางแบบการกระจายสเปคตรัมของคลื่น (SSMA)

รูปแบบของ Code division multiple access (CDMA) มีพื้นฐานบนการกระจายคลื่นความถี่ ซึ่งหมายความว่ามีการใช้คลื่นความถี่วิทยุเป็น Hz ที่กว้างขึ้นแทนที่จะเป็นอัตราการส่งข้อมูล, และสัญญาณของหลายๆข้อความจะถูกส่งออกไปพร้อมกันในช่วงความถี่ของคลื่นพาหะเดียวกัน ด้วยการใช้รหัสการแพร่กระจายที่แตกต่างกัน แบนด์วิดธ์ที่กว้างทำให้สามารถส่งด้วยอัตราส่วนสัญญาณต่อเสียงรบกวนต่ำมากถึงน้อยกว่า 1 dB มากๆ (น้อยกว่า 0 dB) ตามสูตรการคำนวณของ Shannon-heartly ซึ่งหมายความว่าการส่งผ่านพลังงานจะลดลงไปถึงระดับต่ำกว่า ระดับของเสียงรบกวนและต่ำกว่าการรบกวนช่องสัญญาณร่วม (cross talk) จากสัญญาณข้อความอื่น ๆ ที่ใช้ความถี่เดียวกันร่วมกัน

อีกรูปแบบหนึ่งคือ direct sequence spread spectrum (DS-CDMA) ตัวอย่างการใช้เช่นในระบบโทรศัพท์มือถือ 3G. แต่ละบิตข้อมูล (หรือแต่ละสัญลักษณ์) ถูกทำให้มีความหมายเป็นลำดับของรหัสยาวๆของคลื่นพัลส์ต่างๆที่เรียกว่าชิป ลำดับดังกล่าวคือรหัสการแพร่กระจายและสัญญาณแต่ละข้อความ (เช่นโทรศัพท์แต่ละครั้ง) ใช้รหัสการแพร่กระจายที่แตกต่างกัน

อีกรูปแบบหนึ่งคือ frequency-hopping (FH-CDMA) ซึ่งความถี่ช่องทางมีการเปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็วตามลำดับที่เป็นรหัสการแพร่กระจาย ตัวอย่างเช่นระบบการสื่อสารบลูทูธ จะมีพื้นฐานบนการรวมกันของความถี่กระโดดกับการสื่อสารโหมดแพ็คเก็ต CSMA/CA (สำหรับข้อมูลที่ใช้งานการสื่อสาร) หรือ TDMA (สำหรับส่งสัญญาณเสียง). โหนดทั้งหมดที่เป็นของผู้ใช้เดียวกัน (ที่เครือข่ายส่วนตัวเสมือนเดียวกันหรือ piconet) ใช้ลำดับความถี่กระโดดเดียวกันพร้อมๆกัน หมายความว่าพวกเขาส่งในช่องความถี่เดียวกัน แต่ CDMA / CA หรือ TDMA ถูกนำมาใช้เพื่อหลีกเลี่ยงการชนกันภายใน VPAN . ความถี่กระโดดถูกนำมาใช้เพื่อลด cross-talk และความน่าจะเป็นของความขัดแย้งระหว่างโหนดใน VPAN ที่แตกต่างกัน

รายการของวิธีการเข้าถึงหลายช่องทาง

โหมดวงจรและวิธีการ channelization

ต่อไปนี้วิธีการเข้าถึงหลายช่องทางแบบ common circuit mode และ channelization :

• Frequency-division multiple access (FDMA), พื้นฐานบน frequency-division multiplexing (FDM)
  • Wavelength division multiple access (WDMA)
  • Orthogonal frequency-division multiple access (OFDMA), พื้นฐานบน Orthogonal frequency-division multiplexing (OFDM)
  • Single-carrier FDMA (SC-FDMA), หรือเรียกว่า linearly-precoded OFDMA (LP-OFDMA), พื้นฐานบน single-carrier frequency-domain-equalization (SC-FDE)
• Time-division multiple access (TDMA), พื้นฐานบน time-division multiplexing (TDM)
  • Multi-Frequency Time Division Multiple Access (MF-TDMA)
• Code division multiple access (CDMA), หรือเรียกว่า Spread spectrum multiple access (SSMA)
  • Direct-sequence CDMA (DS-CDMA), พื้นฐานบน Direct-sequence spread spectrum (DSSS)
  • Frequency-hopping CDMA (FH-CDMA), พื้นฐานบน Frequency-hopping spread spectrum (FHSS)
  • Orthogonal frequency-hopping multiple access (OFHMA)
  • Multi-carrier code division multiple access (MC-CDMA)
• Space division multiple access (SDMA)

วิธีการเข้าถึงหลายช่องทางแบบ Packet mode

• Contention based random multiple access methods
  • Aloha
  • Slotted Aloha
  • Multiple Access with Collision Avoidance (MACA)
  • Multiple Access with Collision Avoidance for Wireless (MACAW)
  • Carrier sense multiple access (CSMA)
  • Carrier sense multiple access with collision detection (CSMA/CD) - เหมาะสำหรับเครื่อข่ายใช้สาย
  • Carrier sense multiple access with collision avoidance (CSMA/CA) - เหมาะสำหรับเครื่อข่ายไร้สาย
    • Distributed Coordination Function (DCF)
  • Carrier sense multiple access with collision avoidance and Resolution using Priorities (CSMA/CARP)
  • Carrier Sense Multiple Access/Bitwise Arbitration (CSMA/BA) พื้นฐานบน constructive interference (CAN-bus)
• Token passing:
  • Token ring
  • Token bus
• Polling
• Resource reservation (scheduled) packet-mode protocols
  • Dynamic Time Division Multiple Access (Dynamic TDMA)
  • Packet reservation multiple access (PRMA)
  • Reservation ALOHA (R-ALOHA)

วิธีการ Duplexing

ในขณะที่วิธีการเหล่านี้จะใช้สำหรับการแบ่งช่องทางการสื่อสารข้างหน้าและไปข้างหลัง พวกนี้เป็นที่รู้จักกันว่าเป็นวิธีการ duplexing เช่น

• Time division duplex (TDD)
• Frequency division duplex (FDD)

ตัวอย่างการประยุกต์ใช้ของการเข้าถึงหลายช่องทางแบบไฮบริด

พึงสังเกตว่าลูกผสมของเทคนิคเหล่านี้จะสามารถถูกนำไปใช้งานบ่อยครั้ง ตัวอย่างบางส่วนได้แก่:

• ระบบโทรศัพท์มือถือระบบ GSM รวมการใช้ frequency division duplex (FDD), เพื่อป้องกันการรบกวนระหว่างสัญญาณที่ส่งออกกับสัญญาณที่เข้ามา, ทำงานกับ FDMA และ TDMA เพื่อให้โทรศัพท์มือถือหลายตัวทำงานในเซลล์เดียวกัน

GSM กับบริการ GPRS แพ็กเกตสวิตช์ จะรวม FDD/FDMA, ที่ใช้ slotted Aloha สำหรับการสอบถามการสำรองที่นั่ง, รวมกับรูปแบบ TDMA ไดนามิกสำหรับการถ่ายโอนข้อมูลจริงๆ

การสื่อสารโหมดแพ็คเก็ตบลูทูธ รวมความถี่กระโดด (สำหรับการเข้าถึงช่องทางที่ใช้ร่วมกันระหว่างหลายเครือข่ายพื้นที่ส่วนตัวในห้องเดียวกัน) กับ CSMA / CA (สำหรับการเข้าถึงช่องทางที่ใช้ร่วมกันภายในตัวกลาง)

IEEE 802.11b ระบบเครือข่ายท้องถิ่นไร้สาย (WLANs) จะขึ้นอยู่กับ FDMA และ DS-CDMA เพื่อหลีกเลี่ยงการรบกวนระหว่างเซลล์ WLAN หรือ access point ที่อยู่ติดกัน ระบบนี้จะถูกรวมกับ CSMA /CA สำหรับการเข้าถึงหลายช่องภายในเซลล์

เครือข่ายไร้สาย HIPERLAN/2 รวม FDMA กับ TDMA แบบไดนามิกซึ่งหมายความว่าการจองทรัพยากรจะทำได้โดยการกำหนดเวลาแพ็กเกต

G.hn, มาตรฐาน ITU-T สำหรับเครือข่ายความเร็วสูงบนสายไฟในบ้าน (สายไฟฟ้า ,สายโทรศัพท์และสาย coaxial) ใช้การรวมกันของ TDMA, การส่งผ่าน Token และ CSMA / CARP เพื่อให้อุปกรณ์หลายชนิดแบ่งปันสื่อกลาง

นิยามภายในพื้นที่การประยุคใช้งานบางแห่ง

เครือข่ายท้องถิ่นและเครือข่ายเขตเมือง

ในระบบแลนและแมน วิธีการเข้าถึงหลายช่องทางช่วยทำให้เกิดเครือข่ายบัส, เครือข่ายวงแหวน, เครือข่ายฮับ, เครือข่ายไร้สายและการสื่อสารจุดต่อจุดแบบครึ่งดูเพล็กซ์ แต่ไม่จำเป็นสำหรับการสื่อสารแบบเส้นอนุกรมจุดต่อจุดแบบดูเพล็กซ์เต็มระหว่างเครือข่ายสวิตช์และเราเตอร์, หรือในเครือข่ายสวิตช์โครงสร้างตรรกะรูปดาว วิธีการเข้าถึงหลายช่องทางที่พบมากที่สุดคือ CSMA/CD, ซึ่งถูกใช้ในอีเธอร์เน็ต ถึงแม้ว่าวันนี้การติดตั้งอีเธอร์เน็ตมักจะเป็น switched network, CSMA/CD ยังถูกนำมาใช้เพื่อให้บรรลุความเข้ากันได้กับฮับหลายๆตัว

การสื่อสารผ่านดาวเทียม

ในการสื่อสารผ่านดาวเทียม, การเข้าถึงหลายช่องทางเป็นความสามารถของการสื่อสารผ่านดาวเทียมที่ทำงานเป็นส่วนหนึ่งของการเชื่อมโยงการสื่อสารระหว่างมากกว่าหนึ่งคู่ของสถานีดาวเทียมควบคู่กันไป ในปัจจุบันมีการเข้าถึงหลายช่องทางสามประเภทที่ใช้กับการสื่อสารผ่านดาวเทียม นั่นคือ การแบ่งรหัส, การแบ่งความถี่และการแบ่งเวลา

ศูนย์ Switching

ในศูนย์สวิตชิงการสื่อสารโทรคมนาคม, การเข้าถึงหลายช่องทางคือการเชื่อมต่อผู้ใช้คนใดคนหนึ่งเข้ากับศูนย์สวิตชิงสองศูนย์หรือมากกว่า ด้วยเส้นทางการเข้าถึงแยกจากกันโดยการใช้ตัวบ่งชี้เส้นทางข้อความเดียวหรือใช้หมายเลขโทรศัพท์

การจำแนกประเภทในตำรา

มีหลายวิธีในการจัดหมวดหมู่ของการเข้าถึงหลายช่องทางและโพรโทคอลในตำรา ตัวอย่างเช่นแดเนียล ไมนอรี (2009) ระบุห้าประเภทหลักของรูปแบบหลายเข้าถึง ได้แก่: FDMA, TDMA, CDMA, SDMA และ การเข้าถึงแบบสุ่ม. R Rom และ M Sidi (1990) แบ่งประเภทโพรโทคอลออกเป็น โพรโทคอลการเข้าถึงไร้ความขัดแย้ง, ปรโตคอล Aloha และโพรโทคอลการตรวจวัดคลื่นพาหะ

The Telecommunications Handbook (Terplan and Morreale, 2000)[3] identifies the following MAC categories: Fixed assigned: TDMA, FDMA+WDMA, CDMA, SDMA

(DA)

หนังสือคู่มือโทรคมนาคม (Terplan และ Morreale 2000) ระบุประเภท MAC ไว้ดังต่อไปนี้:

• Fixed assigned: TDMA, FDMA + WDMA, CDMA, SDMA, Demand assigned (DA)
• Reservation: DA / TDMA, DA / FDMA + DA / WDMA, DA / CDMA, DA / SDMA
• Polling: Generalized polling, Distributed polling, Token Passing, Implicit polling, Slotted access
• Random access (RA): Pure RA (ALOHA, GRA), Adaptive RA (TRA), CSMA, CSMA/CD, CSMA/CA

ดูเพิ่ม

• Radio resource management for inter-base station interference control
• Statistical multiplexing
• Dynamic bandwidth allocation
• Diversity scheme