วิธีการเข้าถึงหลายช่องทาง

วิธีการเข้าถึงหลายช่องทาง () ในด้านการสื่อสารโทรคมนาคมและเครือข่ายคอมพิวเตอร์, channel access method หรือ multiple access method ช่วยให้เทอร์มินอลหลายตัวสามารถเชื่อมต่อกับตัวกลางการส่งข้อมูลหลายจุด(multipoint transmission media)เดียวกันได้ เพื่อแบ่งปันความสามารถของตัวกลางนั้นเพื่อเข้าไปถึงแหล่งข้อมูลต่างๆในเครือข่ายได้พร้อมกัน ตัวอย่างของสื่อทางกายภาพที่ถูกใช้ร่วมกันคือเครือข่ายไร้สาย, เครือข่ายบัส, วงแหวนเครือข่าย, ฮับเครือข่ายและการเชื่อมโยง point-to-point ครึ่งดูเพล็กซ์

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

อ้างอิง

อินเทอร์เน็ตโพรโทคอล