1、【Word版本下載可任意編輯】 CSMA 的仿真與分析 0 引言 以太網技術是當代一種非常重要的局域網建網技術，其特點是簡單，靈活，易于實施，其他技術一直難以取代以太網所采用的訪問控制協(xié)議，即本文所要研究的CSMA 協(xié)議和ALOHA 協(xié)議.網絡仿真分析是通過配置網絡環(huán)境，分析網絡協(xié)議對網絡性能的影響.網絡在執(zhí)行某一協(xié)議時，網絡節(jié)點鏈路等狀態(tài)對協(xié)議本身的反映，通過性能分析可以的預測網絡的性能. 文中主要運用OPNET 對純ALOHA 協(xié)議和1- 堅持型CSMA 協(xié)議建立網絡模型，目的是分析，評價此兩種網絡的性能，充分說明CSMA 協(xié)議相對于ALOHA 協(xié)議在網絡吞吐量和穩(wěn)定程度上的優(yōu)越性. 1

2、隨機多址接入協(xié)議 隨機多址協(xié)議又叫做有競爭的多址接入協(xié)議.網絡中的節(jié)點在網絡中的地位是等同的，各節(jié)點通過競爭獲得信道的使用權. 隨機多址接入協(xié)議又可細分為完全隨機多址接入協(xié)議（ALOHA 協(xié)議）和載波偵聽型多址接入協(xié)議.不管是那種隨機多址接入協(xié)議，主要關心兩個方面的問題：一個是穩(wěn)態(tài)情況下系統(tǒng)的通過率和時延性能，另一個是系統(tǒng)的穩(wěn)定性. 1.1 純ALOHA 協(xié)議 純ALOHA 協(xié)議是基本的ALOHA 協(xié)議.只要有新的分組到達，就立即被發(fā)送并期望不與別的分組發(fā)生碰撞.一旦分組發(fā)生碰撞，則隨機退避一段時間后開展重傳. 如果從數(shù)據(jù)分組開始發(fā)送的時間起點到其傳輸結束的這段時間內，沒有其他數(shù)據(jù)分組發(fā)送，則

3、該分組就不會和其他分組發(fā)生碰撞.在純ALOHA 協(xié)議中，只有在數(shù)據(jù)分組的易受破壞區(qū)間內沒有其他分組傳輸，則該分組才可以成功傳輸.計算ALOHA 協(xié)議的通過率（吞吐量）為：假定設系統(tǒng)有無窮個節(jié)點，假設重傳的時延足夠隨機，重傳分組和新到達分組合成的分組劉是到達率為G的Possion 分布過程.在單位時間內產生k 個分組的概率為： 1.2 載波偵聽型多址協(xié)議接入協(xié)議（CSMA） CSMA 協(xié)議是從ALOHA 協(xié)議演變出的一種改良型協(xié)議，它采用了附加的硬件裝置，每個節(jié)點都能夠檢測偵聽到信道上有無分組在傳輸.如果一個節(jié)點有分組要傳輸，它首先檢測信道是否空閑，如果信道有其它分組在傳輸，則該節(jié)點可以等到信道

4、空閑后再傳輸，這樣可以減少要發(fā)送的分組之間的碰撞，提高系統(tǒng)的利用率. CSMA 協(xié)議可細分為幾種不同的實現(xiàn)形式：非堅持型CSMA,1 堅持型CSMA 和p- 堅持型CSMA.所謂1- 堅持型CSMA 是指當分組到達時，若信道空閑，則立即發(fā)送分組；若信道處于忙狀態(tài)，則該節(jié)點一直監(jiān)測此信道狀態(tài)，直到檢測到信道空閑后，立即發(fā)送該分組. 2 對CSMA 和ALOHA 協(xié)議的比對與分析 2.1 在20 個節(jié)點下開展的CSMA 和ALOHA 協(xié)議的分析 理論上CSMA 協(xié)議在任何負載量得情況下都比ALOHA 協(xié)議要好.原理可知純ALOHA 協(xié)議下吞吐量S 與信道負載G 之間的關系為 :S = Ge.2G.

5、 當G=0.5 時有值S=1/2e 約等于1.84.此時的信道負載的數(shù)值G 也在0.5 左右，這點說明了原理上的純ALOHA 協(xié)議的值點與仿真值相似，驗證了原理的正確性. 由原理上可得1- 堅持型CSMA 在忽略傳播時延的情況下信道吞吐率和信道負載之間的關系為 :S = G（1+G）e/ （G + e）. 經過計算當G=1 時，S 的值約為53%.由圖1 可知，仿真結果和理論結果相當?shù)慕咏?，由此可以說明原理的正確性. 2.2 在60 個節(jié)點下開展的CSMA 和ALOHA 協(xié)議的比對與分析 由圖2 看出由于節(jié)點數(shù)的增多，總線的業(yè)務量明顯增加. 在節(jié)點增多的情況下ALOHA 協(xié)議與CSMA 協(xié)議的

6、吞吐量都沒有變.當在業(yè)務量較小時兩種情況的吞吐量都保持了上升的態(tài)勢，分別到達了的吞吐量，由于ALOHA 協(xié)議網絡中的節(jié)點不考慮當前信道是忙還是閑，一旦有分組到達就單獨決定將分組發(fā)送到信道，這種盲目的措施在業(yè)務量越來越大的情況下，吞吐量逐漸下降，在當G=4 時，吞吐量基本為零. 與此同時1- 堅持型CSMA 相比于ALOHA 協(xié)議，由于其具有載波偵聽的功能，如果一個節(jié)點要傳輸，它首先檢測到信道是否空閑，如果信道有其它分組在傳輸，則該節(jié)點一直檢測信道狀態(tài)，等信道空閑后再以概率為1 立即發(fā)送該分組. 信道業(yè)務量小時，兩種協(xié)議都保持一定的增長情況，但是隨著業(yè)務量的增加，由于ALOHA 協(xié)議沒有載波偵聽功能，信道內分組的碰撞較多，導致數(shù)據(jù)包的大量發(fā)送不成功，而CSMA 協(xié)議在發(fā)送時之前會觀察信道內是否有分組在發(fā)送，防止了分組之間的碰撞.這里從圖上可看出，業(yè)務量較大的情況下ALOHA 協(xié)議急速下降CSMA 協(xié)議吞吐量也有下降但相比照較緩和.由此可得，CSMA協(xié)議的穩(wěn)定性要優(yōu)于ALOHA 協(xié)議. 3 結論 隨著經濟社會的發(fā)展，計算機逐漸走進了千家萬戶，由此而來的導致了網絡負載的逐漸加大，人們日益關注網絡中的傳輸協(xié)議問題.利用仿真軟件可以有效的模擬網絡，節(jié)省人力物力，更好的為協(xié)議的分析和改良做工作. 在分析所得到的結果中能清楚