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En redes inalámbricas , el problema del nodo oculto o problema del terminal oculto ocurre cuando un nodo puede comunicarse con un punto de acceso inalámbrico (AP), pero no puede comunicarse directamente con otros nodos que se comunican con ese AP. [ 1 ] Esto genera dificultades en la subcapa de control de acceso al medio, ya que varios nodos pueden enviar paquetes de datos al AP simultáneamente, lo que crea interferencias en el AP y, como resultado, ningún paquete logra pasar.
Si bien es normal que se produzca cierta pérdida de paquetes en las redes inalámbricas, y las capas superiores los reenviarán, si uno de los nodos está transfiriendo muchos paquetes grandes durante un período prolongado, el otro nodo puede obtener muy poco rendimiento útil .
Existen soluciones de protocolo prácticas para el problema del nodo oculto. Por ejemplo, los mecanismos de solicitud de envío/autorización de envío (RTS/CTS) , donde los nodos envían paquetes cortos para solicitar permiso al punto de acceso (AP) para enviar paquetes de datos más largos. Dado que todos los nodos reciben las respuestas del AP, pueden sincronizar sus transmisiones para evitar interferencias. Sin embargo, este mecanismo introduce latencia , y la sobrecarga suele ser mayor que el coste, especialmente para paquetes de datos cortos.
Fondo
En una red inalámbrica, los nodos ocultos son aquellos que se encuentran fuera del alcance de otros nodos o de un conjunto de nodos. Consideremos una topología física en estrella con un punto de acceso (AP) rodeado de numerosos nodos en forma circular: cada nodo está dentro del alcance de comunicación del AP, pero los nodos no pueden comunicarse entre sí.
Por ejemplo, en una red inalámbrica, es probable que el nodo en el extremo más alejado del alcance del AP, conocido como A, pueda ver el AP, pero es improbable que el mismo nodo pueda comunicarse con un nodo en el extremo opuesto del alcance del AP, C. Estos nodos se conocen como ocultos .
Otro ejemplo sería cuando A y C se encuentran a ambos lados de un obstáculo que refleja o absorbe fuertemente las ondas de radio, pero aun así ambos pueden ver el mismo punto de acceso.
El problema surge cuando los nodos A y C comienzan a enviar paquetes simultáneamente al punto de acceso B. Dado que los nodos A y C no pueden recibir las señales del otro, no pueden detectar la colisión antes ni durante la transmisión. Por lo tanto, el acceso múltiple con detección de colisiones (CSMA/CD) no funciona y se producen colisiones que, a su vez, corrompen los datos recibidos por el punto de acceso.
Para superar el problema del nodo oculto, se implementa el protocolo de enlace de solicitud de envío/autorización de envío (RTS/CTS) ( IEEE 802.11 RTS/CTS ) en el punto de acceso junto con el esquema de acceso múltiple con detección de portadora y prevención de colisiones ( CSMA/CA ). El mismo problema existe en una red móvil ad hoc ( MANET ).
El estándar IEEE 802.11 utiliza paquetes de acuse de recibo y de establecimiento de conexión 802.11 RTS/CTS para superar parcialmente el problema del nodo oculto. RTS/CTS no es una solución completa y puede reducir aún más el rendimiento, pero los acuses de recibo adaptativos de la estación base también pueden ser de ayuda.
La comparación con estaciones ocultas muestra que los paquetes RTS/CTS en cada clase de tráfico son rentables (incluso con tramas de audio cortas, que causan una alta sobrecarga en las tramas RTS/CTS). [ 2 ]
En el entorno experimental se incluyen las siguientes clases de tráfico: datos (no críticos en el tiempo), datos (críticos en el tiempo), vídeo y audio. Ejemplos de notaciones: (0|0|0|2) significa 2 estaciones de audio; (1|1|2|0) significa 1 estación de datos (no crítica en el tiempo), 1 estación de datos (crítica en el tiempo) y 2 estaciones de vídeo.
Los otros métodos que se pueden emplear para resolver el problema de los nodos ocultos son :
- Aumentar la potencia de transmisión desde los nodos
- Utilice antenas omnidireccionales
- Eliminar obstáculos
- Mover el nodo
- Utilice software de mejora de protocolos
- Utilice la diversidad de antenas.
Soluciones
Aumento de la potencia de transmisión
Aumentar la potencia de transmisión de los nodos puede solucionar el problema de los nodos ocultos, ya que permite que la celda alrededor de cada nodo aumente de tamaño, abarcando a todos los demás nodos. Esta configuración permite que los nodos no ocultos detecten o escuchen al nodo oculto. Si los nodos no ocultos pueden escuchar al nodo oculto, este deja de estar oculto. Dado que las redes LAN inalámbricas utilizan el protocolo CSMA/CA , los nodos esperarán su turno antes de comunicarse con el punto de acceso.
Esta solución solo funciona si se aumenta la potencia de transmisión en los nodos ocultos. En el caso típico de una red Wi-Fi , aumentar la potencia de transmisión solo en el punto de acceso (AP) no resolverá el problema, ya que normalmente los nodos ocultos son los clientes (por ejemplo, portátiles, dispositivos móviles), no el propio AP, y los clientes seguirán sin poder oírse entre sí. De hecho, aumentar la potencia de transmisión en el AP probablemente empeore el problema, porque pondrá nuevos clientes dentro del alcance del AP y, por lo tanto, añadirá nuevos nodos a la red que estarán ocultos para los demás clientes.
Antenas omnidireccionales
Dado que los nodos que utilizan antenas direccionales son prácticamente invisibles para los nodos que no están ubicados en la dirección a la que apunta la antena, estas antenas solo deben usarse en redes muy pequeñas (por ejemplo, conexiones punto a punto dedicadas). Utilice antenas omnidireccionales para redes extensas con más de dos nodos.
Eliminar obstáculos
Aumentar la potencia de los nodos móviles podría no ser efectivo si, por ejemplo, un nodo está oculto debido a una pared de hormigón o acero que impide la comunicación con otros nodos. Si bien es poco probable que se pueda eliminar dicho obstáculo, su eliminación constituye otra solución al problema de los nodos ocultos.
Mover el nodo
Otro método para solucionar el problema de los nodos ocultos consiste en reubicarlos para que todos puedan comunicarse entre sí. Si se determina que el problema se debe a que un usuario ha movido su ordenador a una zona sin cobertura inalámbrica, puede ser necesario que dicho usuario vuelva a reubicarse. La alternativa a obligar a los usuarios a moverse es extender la red LAN inalámbrica para proporcionar una cobertura adecuada en la zona oculta, posiblemente mediante puntos de acceso adicionales.
Mejora del protocolo
Existen diversas implementaciones de software de protocolos adicionales que, en esencia, implementan una estrategia de sondeo o paso de testigo . Un nodo maestro (normalmente el punto de acceso) sondea dinámicamente a los clientes para obtener datos. Los clientes no pueden enviar datos sin la invitación del nodo maestro. Esto elimina el problema del nodo oculto, aunque a costa de una mayor latencia y un menor rendimiento máximo.
El protocolo de enlace Wi-Fi IEEE 802.11 RTS/CTS es uno de los protocolos utilizados. Los clientes que desean enviar datos envían una trama RTS, y el punto de acceso (AP) envía una trama CTS cuando está listo para ese nodo en particular. Para paquetes cortos, la sobrecarga es bastante grande, por lo que no se suele utilizar para este tipo de paquetes; el tamaño mínimo suele ser configurable.
Red celular
En las redes celulares, el problema del nodo oculto tiene soluciones prácticas mediante la multiplexación en el dominio del tiempo para cada cliente asignado a una antena, y el uso de transmisores espacialmente diversos, de modo que cada nodo pueda ser atendido por cualquiera de las tres antenas para minimizar en gran medida los problemas causados por los obstáculos que interfieren con la propagación de la radio.
Véase también
Referencias
- ↑ Buehrer, R. Michael (2006). Acceso múltiple por división de código (CDMA) (1.ª ed.). [San Rafael, California]: Morgan & Claypool Publishers. págs. 16–19 . ISBN 1598290401.
- ↑ Pommer, Hermann: Redes de área local inalámbricas itinerantes zwischen . VDM Verlag , Sarrebruck 2008, ISBN 978-3-8364-8708-5.
Enlaces externos
- El Protocolo de Coordinación Central Inalámbrica (WiCCP), una solución de software para el problema del nodo oculto.
- Frottle, una solución de software cliente/servidor
- Comparativas de referencia que comparan CSMA/CA puro con RTS/CTS y sondeo.
- NetEqualizer, un sistema de limitación de ancho de banda que aborda el problema del nodo oculto.
- redes inalámbricas
- IEEE 802.11