FundamentalofCommunicationNetworks通信網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)第四章

多址技術(shù)2022/12/191FundamentalofCommunication第四章內(nèi)容概述4.1多址協(xié)議概述4.2固定多址接入?yún)f(xié)議4.3隨機(jī)多址接入?yún)f(xié)議4.4沖突分解4.5預(yù)約多址接入?yún)f(xié)議4.6分組無(wú)線電網(wǎng)絡(luò)2022/12/192第四章內(nèi)容概述4.1多址協(xié)議概述第四章內(nèi)容概述4.1多址協(xié)議概述

4.1.1MAC層在通信協(xié)議中的位置4.1.2多址協(xié)議的分類4.1.3系統(tǒng)模型4.2固定多址接入?yún)f(xié)議4.3隨機(jī)多址接入?yún)f(xié)議4.4沖突分解4.5預(yù)約多址接入?yún)f(xié)議4.6分組無(wú)線電網(wǎng)絡(luò)2022/12/193第四章內(nèi)容概述4.1多址協(xié)議概述2022/12/4.1多址協(xié)議概述(1)網(wǎng)絡(luò)中的各個(gè)終端設(shè)備通過(guò)通信子網(wǎng)來(lái)訪問(wèn)網(wǎng)絡(luò)中的資源。當(dāng)多個(gè)終端同時(shí)訪問(wèn)同一資源（如共享的通信信道）時(shí)，就可能會(huì)產(chǎn)生信息碰撞，導(dǎo)致通信失敗。典型的共享鏈路有：衛(wèi)星鏈路和蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)的鏈路、局域網(wǎng)、分組無(wú)線電網(wǎng)等。2022/12/1944.1多址協(xié)議概述(1)網(wǎng)絡(luò)中的各個(gè)終端設(shè)備通過(guò)通信子網(wǎng)4.1多址協(xié)議概述(2)典型的共享鏈路（1）在衛(wèi)星和蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)中，多個(gè)用戶采用競(jìng)爭(zhēng)或預(yù)約分配等方式向一個(gè)中心基站發(fā)送信息，中心基站通過(guò)下行鏈路應(yīng)答信息。衛(wèi)星通信系統(tǒng)蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)2022/12/1954.1多址協(xié)議概述(2)典型的共享鏈路（1）衛(wèi)星通信系統(tǒng)4.1多址協(xié)議概述(3)典型的共享鏈路（2）在局域網(wǎng)中，一個(gè)用戶發(fā)送，所有用戶都可以接收到，它是一個(gè)全聯(lián)通的網(wǎng)絡(luò)，典型網(wǎng)絡(luò)是以太網(wǎng)（Ethernet）局域網(wǎng)2022/12/1964.1多址協(xié)議概述(3)典型的共享鏈路（2）局域網(wǎng)2024.1多址協(xié)議概述(4)典型的共享鏈路（3）在分組無(wú)線電網(wǎng)絡(luò)中，用戶分布在一個(gè)很廣的范圍內(nèi)，每個(gè)用戶僅能接收到其通信范圍以內(nèi)的信息，任意兩個(gè)用戶之間可能需要多次中轉(zhuǎn)才能相互交換信息，它是一個(gè)部分連通的網(wǎng)絡(luò)。分組無(wú)線電網(wǎng)絡(luò)2022/12/1974.1多址協(xié)議概述(4)典型的共享鏈路（3）分組無(wú)線電網(wǎng)4.1多址協(xié)議概述(4)在上述的網(wǎng)絡(luò)中，如果多個(gè)用戶同時(shí)發(fā)送，就會(huì)產(chǎn)生多個(gè)用戶的幀在物理信道上相互重疊，使得接收端無(wú)法正確接收。為了有效的進(jìn)行通信，就需要有某種機(jī)制來(lái)決定資源的使用權(quán)，這就是網(wǎng)絡(luò)的多址接入控制問(wèn)題。所謂多址接入控制協(xié)議(MultipleAccessControlProtocol)就是在一個(gè)網(wǎng)絡(luò)中，解決多個(gè)用戶如何高效共享一個(gè)物理鏈路資源的技術(shù)。2022/12/1984.1多址協(xié)議概述(4)在上述的網(wǎng)絡(luò)中，如果多個(gè)用戶同時(shí)第四章內(nèi)容概述4.1多址協(xié)議概述4.1.1MAC層在通信協(xié)議中的位置4.1.2多址協(xié)議的分類4.1.3系統(tǒng)模型4.2固定多址接入?yún)f(xié)議4.3隨機(jī)多址接入?yún)f(xié)議4.4沖突分解4.5預(yù)約多址接入?yún)f(xié)議4.6分組無(wú)線電網(wǎng)絡(luò)2022/12/199第四章內(nèi)容概述4.1多址協(xié)議概述2022/12/4.1.1MAC層在通信協(xié)議中的位置從分層的角度來(lái)看，多址技術(shù)是數(shù)據(jù)鏈路層的一個(gè)功能，由媒體訪問(wèn)控制MAC層負(fù)責(zé)。MAC層將有限的資源分配給多個(gè)用戶，從而使得在眾多用戶之間實(shí)現(xiàn)公平、有效地共享有限的帶寬資源；實(shí)現(xiàn)各用戶之間良好的連通性，獲得盡可能高的系統(tǒng)吞吐量、以及盡可能低的系統(tǒng)時(shí)延。邏輯鏈路控制（LLC）子層為本節(jié)點(diǎn)提供了到其鄰節(jié)點(diǎn)的“鏈路”MAC子層協(xié)調(diào)本節(jié)點(diǎn)和其他節(jié)點(diǎn)有效地共享帶寬資源2022/12/19104.1.1MAC層在通信協(xié)議中的位置從分層的角度來(lái)看，多址第四章內(nèi)容概述4.1多址協(xié)議概述4.1.1MAC層在通信協(xié)議中的位置4.1.2多址協(xié)議的分類

4.1.3系統(tǒng)模型4.2固定多址接入?yún)f(xié)議4.3隨機(jī)多址接入?yún)f(xié)議4.4沖突分解4.5預(yù)約多址接入?yún)f(xié)議4.6分組無(wú)線電網(wǎng)絡(luò)2022/12/1911第四章內(nèi)容概述4.1多址協(xié)議概述2022/12/4.1.2多址協(xié)議的分類(1)多址協(xié)議主要分為固定分配多址接入?yún)f(xié)議、隨機(jī)分配多址接入?yún)f(xié)議和基于預(yù)約方式的多址接入?yún)f(xié)議。固定分配多址接入是指在用戶接入信道時(shí)，專門為其分配一定的信道資源（如頻率、時(shí)隙、碼字或空間），用戶獨(dú)享該資源，直到通信結(jié)束。固定多址接入的優(yōu)點(diǎn)在于可以保證每個(gè)用戶之間的“公平性”（每個(gè)用戶都分配了固定的資源）以及數(shù)據(jù)的平均時(shí)延。典型的固定多址接入?yún)f(xié)議有：FDMA、TDMA、CDMA、SDMA（空分多址）等。2022/12/19124.1.2多址協(xié)議的分類(1)多址協(xié)議主要分為固定分配多4.1.2多址協(xié)議的分類(2)隨機(jī)多址接入是指用戶可以隨時(shí)接入信道，并且可能不會(huì)顧及其它用戶是否在傳輸。當(dāng)信道中同時(shí)有多個(gè)用戶接入時(shí)，在信道資源的使用上就會(huì)發(fā)生沖突（碰撞）。對(duì)于有競(jìng)爭(zhēng)的多址接入?yún)f(xié)議，如何解決沖突，從而使所有碰撞用戶都可以成功進(jìn)行傳輸是一個(gè)非常重要的問(wèn)題。典型的隨機(jī)多址接入?yún)f(xié)議有：ALOHA、CSMA、CSMA/CD、CSMA/CA。2022/12/19134.1.2多址協(xié)議的分類(2)隨機(jī)多址接入是指用戶可以隨4.1.2多址協(xié)議的分類(3)基于預(yù)約的多址接入?yún)f(xié)議，是指在數(shù)據(jù)分組傳輸之前，先進(jìn)行資源預(yù)約。一旦預(yù)約到資源（如頻率、時(shí)隙），則在該資源內(nèi)可進(jìn)行無(wú)沖突的傳輸。2022/12/19144.1.2多址協(xié)議的分類(3)基于預(yù)約的多址接入?yún)f(xié)議，是第四章內(nèi)容概述4.1多址協(xié)議概述4.1.1MAC層在通信協(xié)議中的位置4.1.2多址協(xié)議的分類4.1.3系統(tǒng)模型

4.2固定多址接入?yún)f(xié)議4.3隨機(jī)多址接入?yún)f(xié)議4.4沖突分解4.5預(yù)約多址接入?yún)f(xié)議4.6分組無(wú)線電網(wǎng)絡(luò)2022/12/1915第四章內(nèi)容概述4.1多址協(xié)議概述2022/12/4.1.3系統(tǒng)模型(1)從排隊(duì)論的觀點(diǎn)出發(fā)，多址信道可以看成一個(gè)多進(jìn)單出的排隊(duì)系統(tǒng)（即該系統(tǒng)有多個(gè)輸入而僅僅有一個(gè)輸出）。每一個(gè)節(jié)點(diǎn)都可以獨(dú)立的產(chǎn)生分組，而信道則相當(dāng)于服務(wù)員，它要為各個(gè)隊(duì)列服務(wù)。由于各個(gè)排隊(duì)隊(duì)列是相互獨(dú)立的，各節(jié)點(diǎn)無(wú)法知道其它隊(duì)列的情況，服務(wù)員也不知道各個(gè)隊(duì)列的情況，所以增加了系統(tǒng)的復(fù)雜性。研究目標(biāo)(1)協(xié)調(diào)多個(gè)用戶之間的通信業(yè)務(wù)(2)有效、高效的利用信道資源2022/12/19164.1.3系統(tǒng)模型(1)從排隊(duì)論的觀點(diǎn)出發(fā)，多址信道可以4.1.3系統(tǒng)模型(2)如果通過(guò)某種措施，使各個(gè)節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生的分組在進(jìn)入信道之前排列成一個(gè)總的隊(duì)列，然后由信道來(lái)服務(wù)，則可以有效的避免分組在信道上的碰撞，大大提高信道的利用率。理想的多址接入?yún)f(xié)議的等效模型研究目標(biāo)：有效的避免分組在信道上的碰撞，大大提高信道的利用率。2022/12/19174.1.3系統(tǒng)模型(2)如果通過(guò)某種措施，使各個(gè)節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生4.1.3系統(tǒng)模型(3)為了能夠有效的分析多址接入?yún)f(xié)議，我們必須根據(jù)應(yīng)用環(huán)境做一些假設(shè)。在討論每種多址協(xié)議時(shí)，應(yīng)該考慮下列問(wèn)題：網(wǎng)絡(luò)的連通特性。通常我們將網(wǎng)絡(luò)按其連通模式分為：?jiǎn)翁W(wǎng)絡(luò)：是指網(wǎng)絡(luò)中所有的節(jié)點(diǎn)都可以接收到其它節(jié)點(diǎn)發(fā)送的數(shù)據(jù)；兩跳網(wǎng)絡(luò)：是指網(wǎng)絡(luò)中的部分節(jié)點(diǎn)之間不能直接通信，需要經(jīng)過(guò)一次中繼才能通信；多跳網(wǎng)絡(luò)：是指網(wǎng)絡(luò)中源節(jié)點(diǎn)和目的節(jié)點(diǎn)之間的通信可能要經(jīng)過(guò)多次中繼。多跳網(wǎng)絡(luò)既可以是有線網(wǎng)絡(luò)，也可以是無(wú)線網(wǎng)絡(luò)。2022/12/19184.1.3系統(tǒng)模型(3)為了能夠有效的分析多址接入?yún)f(xié)議，4.1.3系統(tǒng)模型(4)同步的特性通常用戶可以在任意時(shí)刻接入信道，但也可以以時(shí)隙為基礎(chǔ)接入信道。在基于時(shí)隙的系統(tǒng)中，用戶只有在時(shí)隙的起點(diǎn)才能接入信道。在這種系統(tǒng)中，要求全網(wǎng)有一個(gè)統(tǒng)一的時(shí)鐘，同時(shí)將時(shí)間軸劃分成若干個(gè)時(shí)隙。系統(tǒng)中所有數(shù)據(jù)的傳輸開(kāi)始點(diǎn)都必須在一個(gè)時(shí)隙的起點(diǎn)。2022/12/19194.1.3系統(tǒng)模型(4)同步的特性2022/12/1714.1.3系統(tǒng)模型(5)反饋和應(yīng)答機(jī)制反饋信道是用戶獲得信道狀態(tài)的途徑。在本章的討論中，我們都假設(shè)用戶（節(jié)點(diǎn)）可以獲得信道的反饋信息，即信道是空閑、碰撞還是進(jìn)行了一次成功傳輸。數(shù)據(jù)產(chǎn)生模型所有的用戶都按照泊松過(guò)程獨(dú)立的產(chǎn)生數(shù)據(jù)。2022/12/19204.1.3系統(tǒng)模型(5)反饋和應(yīng)答機(jī)制2022/12/1第四章內(nèi)容概述4.1多址協(xié)議概述4.2固定多址接入?yún)f(xié)議4.2.1頻分多址接入4.2.2時(shí)分多址接入4.2.3固定多址接入?yún)f(xié)議的性能分析4.3隨機(jī)多址接入?yún)f(xié)議4.4沖突分解4.5預(yù)約多址接入?yún)f(xié)議4.6分組無(wú)線電網(wǎng)絡(luò)2022/12/1921第四章內(nèi)容概述4.1多址協(xié)議概述2022/12/4.2.3固定多址接入?yún)f(xié)議性能分析(1)一個(gè)由m個(gè)用戶組成的TDMA系統(tǒng)。設(shè)共享信道的總?cè)萘繛镃(bit/s)，每個(gè)用戶的分組到達(dá)率為λ(分組/秒)，分組的長(zhǎng)度固定，為1/μ(bit)。因?yàn)槊繒r(shí)隙等長(zhǎng)且固定，所以系統(tǒng)構(gòu)成了m個(gè)獨(dú)立的M/D/1排隊(duì)模型。231m…231m…第1幀第2幀tC/mλ2C/mλ1C/mλm………2022/12/19224.2.3固定多址接入?yún)f(xié)議性能分析(1)一個(gè)由m個(gè)用戶組4.2.3固定多址接入?yún)f(xié)議性能分析(2)TDMA系統(tǒng)的分組平均時(shí)延由三部分組成：分組的傳輸時(shí)延：分組的排隊(duì)時(shí)延：W分組在幀內(nèi)等待服務(wù)的時(shí)延：。對(duì)于泊松到達(dá)過(guò)程，在穩(wěn)態(tài)下該時(shí)延為半個(gè)幀長(zhǎng)。231m…231m…第1幀第2幀tC/mλ2C/mλ1C/mλm………2022/12/19234.2.3固定多址接入?yún)f(xié)議性能分析(2)TDMA系統(tǒng)的分4.2.3固定多址接入?yún)f(xié)議性能分析(3)FDMA系統(tǒng)與TDMA系統(tǒng)有兩個(gè)方面的差別：FDMA的每個(gè)分組傳輸時(shí)間比TDMA大m倍：分組的排隊(duì)時(shí)延：WFDMA系統(tǒng)與TDMA系統(tǒng)平均時(shí)延比較：即當(dāng)m>2時(shí)，F(xiàn)DMA系統(tǒng)的分組時(shí)延總是大于TDMA系統(tǒng)的一個(gè)固定值(m/2-1)，與網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷無(wú)關(guān)。2022/12/19244.2.3固定多址接入?yún)f(xié)議性能分析(3)FDMA系統(tǒng)與T4.2.3固定多址接入?yún)f(xié)議性能分析(4)從左圖可以看出，當(dāng)m=2時(shí)，TDMA和FDMA的性能相同，m越大，兩者的差別就越大。2022/12/19254.2.3固定多址接入?yún)f(xié)議性能分析(4)從左圖第四章內(nèi)容概述4.1多址協(xié)議概述4.2固定多址接入?yún)f(xié)議4.3隨機(jī)多址接入?yún)f(xié)議4.3.1ALOHA協(xié)議4.3.2載波偵聽(tīng)型多址協(xié)議4.4沖突分解4.5預(yù)約多址接入?yún)f(xié)議4.6分組無(wú)線電網(wǎng)絡(luò)2022/12/1926第四章內(nèi)容概述4.1多址協(xié)議概述2022/12/4.3隨機(jī)多址接入?yún)f(xié)議隨機(jī)多址協(xié)議又叫做有競(jìng)爭(zhēng)的多址接入?yún)f(xié)議。各節(jié)點(diǎn)在網(wǎng)絡(luò)中的地位是等同的，通過(guò)競(jìng)爭(zhēng)獲得信道的使用權(quán)。隨機(jī)多址接入?yún)f(xié)議可分為：完全隨機(jī)多址接入?yún)f(xié)議（ALOHA協(xié)議）載波偵聽(tīng)型多址接入?yún)f(xié)議（CSMA）主要關(guān)心兩個(gè)方面的問(wèn)題：穩(wěn)態(tài)情況下系統(tǒng)的通過(guò)率和時(shí)延性能系統(tǒng)的穩(wěn)定性2022/12/19274.3隨機(jī)多址接入?yún)f(xié)議隨機(jī)多址協(xié)議又叫做有競(jìng)爭(zhēng)的多址接入?yún)f(xié)4.3.1ALOHA協(xié)議(1)其基本思想是：若一個(gè)空閑的節(jié)點(diǎn)有一個(gè)分組到達(dá)，則立即發(fā)送該分組，并期望不會(huì)和其它節(jié)點(diǎn)發(fā)生碰撞。純AOHA協(xié)議：最基本的ALOHA協(xié)議基本思想：只要有新的分組到達(dá)，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(jī)退避一段時(shí)間后進(jìn)行重傳。系統(tǒng)假設(shè)：系統(tǒng)中的所有分組的長(zhǎng)度相等，傳輸數(shù)據(jù)分組所需的時(shí)間定義為系統(tǒng)單位時(shí)間t。2022/12/19284.3.1ALOHA協(xié)議(1)其基本思想是：若一個(gè)空閑的4.3.1ALOHA協(xié)議(2)純AOHA協(xié)議：最基本的ALOHA協(xié)議易受破壞區(qū)間：很顯然，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(nèi)沒(méi)有其它分組到達(dá)，則該分組可以成功傳輸。與陰影幀的開(kāi)始碰撞與陰影幀的結(jié)尾碰撞易受破壞區(qū)間2022/12/19294.3.1ALOHA協(xié)議(2)純AOHA協(xié)議：最基本的4.3.1ALOHA協(xié)議(3)在純ALOHA協(xié)議中，一個(gè)分組傳輸成功的概率為：其產(chǎn)生時(shí)刻的前一個(gè)單位時(shí)間內(nèi)沒(méi)有分組發(fā)送，并且在該分組產(chǎn)生時(shí)刻的后一個(gè)單位時(shí)間內(nèi)也沒(méi)有分組發(fā)送的概率。即是該分組產(chǎn)生時(shí)刻前后兩個(gè)單位時(shí)間內(nèi)沒(méi)有其他分組發(fā)送的概率。與陰影幀的開(kāi)始碰撞與陰影幀的結(jié)尾碰撞易受破壞區(qū)間2022/12/19304.3.1ALOHA協(xié)議(3)在純ALOHA協(xié)議中，一4.3.1ALOHA協(xié)議(4)假定重傳的時(shí)延足夠隨機(jī)，重傳分組和新到達(dá)分組合成的分組流是到達(dá)率為G的Poisson到達(dá)過(guò)程。根據(jù)泊松公式，在單位時(shí)間內(nèi)，產(chǎn)生k個(gè)分組的概率是：則根據(jù)上面的分析，我們可以得到在純ALOHA系統(tǒng)中，分組成功傳輸?shù)母怕剩合到y(tǒng)的通過(guò)率（單位時(shí)間內(nèi)一個(gè)分組成功傳輸?shù)母怕剩?duì)下式求最大值，可得系統(tǒng)的最大通過(guò)率為1/2e≈0.184此時(shí)對(duì)應(yīng)的G=0.52022/12/19314.3.1ALOHA協(xié)議(4)假定重傳的時(shí)延足夠隨機(jī)，重4.3.1ALOHA協(xié)議(5)時(shí)隙AOHA協(xié)議針對(duì)純ALOHA協(xié)議，若縮小易受破壞區(qū)間，就可以減少分組碰撞的概率，提高系統(tǒng)的利用率。系統(tǒng)假設(shè)：將時(shí)間軸劃分為若干個(gè)時(shí)隙，所有節(jié)點(diǎn)同步，各節(jié)點(diǎn)只能在時(shí)隙的開(kāi)始時(shí)刻才能夠發(fā)送分組，時(shí)隙寬度等于一個(gè)分組的傳輸時(shí)間。當(dāng)一個(gè)分組在某時(shí)隙到達(dá)后，它將在下一時(shí)隙開(kāi)始傳輸，并期望不會(huì)與其它節(jié)點(diǎn)發(fā)生碰撞。2022/12/19324.3.1ALOHA協(xié)議(5)時(shí)隙AOHA協(xié)議2022/4.3.1ALOHA協(xié)議(6)時(shí)隙AOHA協(xié)議易受破壞區(qū)間：一個(gè)單位時(shí)間近似地認(rèn)為重傳分組的到達(dá)過(guò)程和新分組的到達(dá)過(guò)程之和是到達(dá)率為G的Poisson過(guò)程。時(shí)隙ALOHA協(xié)議的分組傳輸成功率：在單位時(shí)間內(nèi)沒(méi)有其他分組發(fā)送的概率。對(duì)下式求最大值，可得系統(tǒng)的最大通過(guò)率為1/e≈0.368此時(shí)對(duì)應(yīng)的G=0.52022/12/19334.3.1ALOHA協(xié)議(6)時(shí)隙AOHA協(xié)議對(duì)下式求最4.3.1ALOHA協(xié)議(7)上圖為ALOHA協(xié)議的通過(guò)率曲線。很明顯，時(shí)隙ALOHA協(xié)議的最大通過(guò)率是純ALOHA協(xié)議最大通過(guò)率的2倍。2022/12/19344.3.1ALOHA協(xié)議(7)上圖為ALOHA4.3.1ALOHA協(xié)議(6)若干個(gè)終端用純ALOHA隨機(jī)接入?yún)f(xié)議與遠(yuǎn)端主機(jī)通信，信道速率為2.4kb/s。每個(gè)終端平均每3分鐘發(fā)送一個(gè)幀，幀長(zhǎng)為200bit，問(wèn)系統(tǒng)中最多可容納多少個(gè)終端？若采用時(shí)隙ALOHA協(xié)議，其結(jié)果又如何？設(shè)可容納的終端數(shù)為N。每個(gè)終端發(fā)送數(shù)據(jù)的速率是bit/s。由于純ALOHA系統(tǒng)的最大系統(tǒng)通過(guò)率為1/2e，則有若采用時(shí)隙ALOHA協(xié)議，最大通過(guò)率為1/e，則有2022/12/19354.3.1ALOHA協(xié)議(6)若干個(gè)終端用純ALOHA第四章內(nèi)容概述4.1多址協(xié)議概述4.2固定多址接入?yún)f(xié)議4.3隨機(jī)多址接入?yún)f(xié)議4.3.1ALOHA協(xié)議4.3.2載波偵聽(tīng)型多址協(xié)議4.4沖突分解4.5預(yù)約多址接入?yún)f(xié)議4.6分組無(wú)線電網(wǎng)絡(luò)2022/12/1936第四章內(nèi)容概述4.1多址協(xié)議概述2022/12/4.3.2載波偵聽(tīng)型多址協(xié)議(1)載波偵聽(tīng)多址接入?yún)f(xié)議CSMA：是從ALOHA協(xié)議演變出的一種改進(jìn)型協(xié)議，它采用了附加的硬件裝置，每個(gè)節(jié)點(diǎn)都能夠檢測(cè)（偵聽(tīng)）到信道上有無(wú)分組在傳輸?；舅枷耄喝绻粋€(gè)節(jié)點(diǎn)有分組要傳輸，它首先檢測(cè)信道是否空閑，如果信道有其他分組在傳輸，則該節(jié)點(diǎn)可以等到信道空閑后再傳輸。這樣可以減少要發(fā)送的分組與正在傳輸?shù)姆纸M之間的碰撞，提高系統(tǒng)的利用率。2022/12/19374.3.2載波偵聽(tīng)型多址協(xié)議(1)載波偵聽(tīng)多址接入?yún)f(xié)議C4.3.2載波偵聽(tīng)型多址協(xié)議(2)CSMA協(xié)議分為三類：非堅(jiān)持型（Non-persistent）CSMA：①先監(jiān)聽(tīng)信道，信道忙則退避一段時(shí)間②退避時(shí)間內(nèi)放棄監(jiān)測(cè)信道。1-堅(jiān)持型CSMA：①先監(jiān)聽(tīng)信道，信道忙則退避一段時(shí)間②退避時(shí)間內(nèi)一直堅(jiān)持檢測(cè)信道狀態(tài)，直到信道空閑為止，再發(fā)送分組。p-堅(jiān)持型CSMA：①先監(jiān)聽(tīng)信道，信道忙則退避一段時(shí)間②退避時(shí)間內(nèi)一直監(jiān)測(cè)信道③信道空閑之后，以概率p發(fā)送分組。2022/12/19384.3.2載波偵聽(tīng)型多址協(xié)議(2)CSMA協(xié)議分為三類4.3.2載波偵聽(tīng)型多址協(xié)議(3)有碰撞檢測(cè)的載波偵聽(tīng)型多址協(xié)議（CSMA/CD）前面討論的CSMA協(xié)議由于在發(fā)送之前進(jìn)行載波監(jiān)聽(tīng)，所以減少了沖突的機(jī)會(huì)。但由于傳播時(shí)延的存在，沖突還是不可避免的。只要發(fā)生沖突，信道就被浪費(fèi)一段時(shí)間。CSMA/CD比CSMA又增加了一個(gè)功能，這就是邊發(fā)送邊監(jiān)聽(tīng)。只要監(jiān)聽(tīng)到信道上發(fā)生了沖突，則沖突的節(jié)點(diǎn)就必須停止發(fā)送。這樣，信道就很快空閑下來(lái)，因而提高了信道的利用率。這種邊發(fā)送邊監(jiān)聽(tīng)的功能稱為沖突檢測(cè)。2022/12/19394.3.2載波偵聽(tīng)型多址協(xié)議(3)有碰撞檢測(cè)的載波偵聽(tīng)型4.3.2載波偵聽(tīng)型多址協(xié)議(4)有碰撞檢測(cè)的載波偵聽(tīng)型多址協(xié)議（CSMA/CD）強(qiáng)化干擾：如果發(fā)生碰撞，則該節(jié)點(diǎn)停止發(fā)送，隨機(jī)時(shí)延一段時(shí)間后重復(fù)上述過(guò)程。在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，發(fā)送節(jié)點(diǎn)在檢測(cè)到碰撞以后，還要產(chǎn)生一個(gè)阻塞信號(hào)（32比特的1）來(lái)阻塞信道，以防止其它節(jié)點(diǎn)沒(méi)有檢測(cè)到碰撞而繼續(xù)傳輸。任一發(fā)送節(jié)點(diǎn)若能完整的發(fā)完一個(gè)數(shù)據(jù)幀，則停頓一段時(shí)間（兩倍的最大傳播時(shí)延）并監(jiān)聽(tīng)信道情況。若在此期間未發(fā)生碰撞，則可認(rèn)為該數(shù)據(jù)幀已經(jīng)發(fā)送成功。此時(shí)間區(qū)間稱為“碰撞檢測(cè)窗口”。提高一個(gè)數(shù)據(jù)幀發(fā)送成功的可信度。接收節(jié)點(diǎn)在此窗口內(nèi)發(fā)送應(yīng)答幀（ACK或NAK）。2022/12/19404.3.2載波偵聽(tīng)型多址協(xié)議(4)有碰撞檢測(cè)的載波偵聽(tīng)型4.3.2載波偵聽(tīng)型多址協(xié)議(5)有碰撞避免功能的載波偵聽(tīng)型多址協(xié)議（CSMA/CA）CSMA/CA是對(duì)CSMA的另一種改進(jìn)方法通常在無(wú)線系統(tǒng)中，一臺(tái)無(wú)線設(shè)備不能在相同的頻率（信道）上同時(shí)進(jìn)行接收和發(fā)送，因而不能采用碰撞檢測(cè)技術(shù)，只能通過(guò)沖突避免的方法來(lái)減少?zèng)_突的可能性。在IEEE802.11無(wú)線局域網(wǎng)（WLAN）的標(biāo)準(zhǔn)中，就采用了CSMA/CA協(xié)議。它不僅支持全連通的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?，同時(shí)支持部分連通的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洹?022/12/19414.3.2載波偵聽(tīng)型多址協(xié)議(5)有碰撞避免功能的載波偵4.3.2載波偵聽(tīng)型多址協(xié)議(5)有碰撞避免功能的載波偵聽(tīng)型多址協(xié)議（CSMA/CA）工作流程

2022/12/19424.3.2載波偵聽(tīng)型多址協(xié)議(5)有碰撞避免功能的載波偵4.3.2載波偵聽(tīng)型多址協(xié)議(5)有碰撞避免功能的載波偵聽(tīng)型多址協(xié)議（CSMA/CA）工作流程

DIFS：分布式協(xié)調(diào)功能的幀間間隔，約為50us2022/12/19434.3.2載波偵聽(tīng)型多址協(xié)議(5)有碰撞避免功能的載波偵4.3.2載波偵聽(tīng)型多址協(xié)議(5)有碰撞避免功能的載波偵聽(tīng)型多址協(xié)議（CSMA/CA）工作流程

RTS（RequestToSend）：請(qǐng)求發(fā)送幀，預(yù)約信道。2022/12/19444.3.2載波偵聽(tīng)型多址協(xié)議(5)有碰撞避免功能的載波偵4.3.2載波偵聽(tīng)型多址協(xié)議(5)有碰撞避免功能的載波偵聽(tīng)型多址協(xié)議（CSMA/CA）工作流程

SIFS：短幀間間隔，典型數(shù)值為10us。2022/12/19454.3.2載波偵聽(tīng)型多址協(xié)議(5)有碰撞避免功能的載波偵4.3.2載波偵聽(tīng)型多址協(xié)議(5)有碰撞避免功能的載波偵聽(tīng)型多址協(xié)議（CSMA/CA）工作流程

CTS（ClearToSend）：應(yīng)答幀2022/12/19464.3.2載波偵聽(tīng)型多址協(xié)議(5)有碰撞避免功能的載波偵4.3.2載波偵聽(tīng)型多址協(xié)議(5)有碰撞避免功能的載波偵聽(tīng)型多址協(xié)議（CSMA/CA）工作流程

RTS/CTS中包括發(fā)送分組的長(zhǎng)度，其他節(jié)點(diǎn)就能計(jì)算出退避時(shí)間NAV,RTS/CTS相對(duì)于數(shù)據(jù)幀的長(zhǎng)度而言較小，因而引入的開(kāi)銷不大。2022/12/19474.3.2載波偵聽(tīng)型多址協(xié)議(5)有碰撞避免功能的載波偵FundamentalofCommunicationNetworks通信網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)第四章

多址技術(shù)2022/12/1948FundamentalofCommunication第四章內(nèi)容概述4.1多址協(xié)議概述4.2固定多址接入?yún)f(xié)議4.3隨機(jī)多址接入?yún)f(xié)議4.4沖突分解4.5預(yù)約多址接入?yún)f(xié)議4.6分組無(wú)線電網(wǎng)絡(luò)2022/12/1949第四章內(nèi)容概述4.1多址協(xié)議概述第四章內(nèi)容概述4.1多址協(xié)議概述

4.1.1MAC層在通信協(xié)議中的位置4.1.2多址協(xié)議的分類4.1.3系統(tǒng)模型4.2固定多址接入?yún)f(xié)議4.3隨機(jī)多址接入?yún)f(xié)議4.4沖突分解4.5預(yù)約多址接入?yún)f(xié)議4.6分組無(wú)線電網(wǎng)絡(luò)2022/12/1950第四章內(nèi)容概述4.1多址協(xié)議概述2022/12/4.1多址協(xié)議概述(1)網(wǎng)絡(luò)中的各個(gè)終端設(shè)備通過(guò)通信子網(wǎng)來(lái)訪問(wèn)網(wǎng)絡(luò)中的資源。當(dāng)多個(gè)終端同時(shí)訪問(wèn)同一資源（如共享的通信信道）時(shí)，就可能會(huì)產(chǎn)生信息碰撞，導(dǎo)致通信失敗。典型的共享鏈路有：衛(wèi)星鏈路和蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)的鏈路、局域網(wǎng)、分組無(wú)線電網(wǎng)等。2022/12/19514.1多址協(xié)議概述(1)網(wǎng)絡(luò)中的各個(gè)終端設(shè)備通過(guò)通信子網(wǎng)4.1多址協(xié)議概述(2)典型的共享鏈路（1）在衛(wèi)星和蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)中，多個(gè)用戶采用競(jìng)爭(zhēng)或預(yù)約分配等方式向一個(gè)中心基站發(fā)送信息，中心基站通過(guò)下行鏈路應(yīng)答信息。衛(wèi)星通信系統(tǒng)蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)2022/12/19524.1多址協(xié)議概述(2)典型的共享鏈路（1）衛(wèi)星通信系統(tǒng)4.1多址協(xié)議概述(3)典型的共享鏈路（2）在局域網(wǎng)中，一個(gè)用戶發(fā)送，所有用戶都可以接收到，它是一個(gè)全聯(lián)通的網(wǎng)絡(luò)，典型網(wǎng)絡(luò)是以太網(wǎng)（Ethernet）局域網(wǎng)2022/12/19534.1多址協(xié)議概述(3)典型的共享鏈路（2）局域網(wǎng)2024.1多址協(xié)議概述(4)典型的共享鏈路（3）在分組無(wú)線電網(wǎng)絡(luò)中，用戶分布在一個(gè)很廣的范圍內(nèi)，每個(gè)用戶僅能接收到其通信范圍以內(nèi)的信息，任意兩個(gè)用戶之間可能需要多次中轉(zhuǎn)才能相互交換信息，它是一個(gè)部分連通的網(wǎng)絡(luò)。分組無(wú)線電網(wǎng)絡(luò)2022/12/19544.1多址協(xié)議概述(4)典型的共享鏈路（3）分組無(wú)線電網(wǎng)4.1多址協(xié)議概述(4)在上述的網(wǎng)絡(luò)中，如果多個(gè)用戶同時(shí)發(fā)送，就會(huì)產(chǎn)生多個(gè)用戶的幀在物理信道上相互重疊，使得接收端無(wú)法正確接收。為了有效的進(jìn)行通信，就需要有某種機(jī)制來(lái)決定資源的使用權(quán)，這就是網(wǎng)絡(luò)的多址接入控制問(wèn)題。所謂多址接入控制協(xié)議(MultipleAccessControlProtocol)就是在一個(gè)網(wǎng)絡(luò)中，解決多個(gè)用戶如何高效共享一個(gè)物理鏈路資源的技術(shù)。2022/12/19554.1多址協(xié)議概述(4)在上述的網(wǎng)絡(luò)中，如果多個(gè)用戶同時(shí)第四章內(nèi)容概述4.1多址協(xié)議概述4.1.1MAC層在通信協(xié)議中的位置4.1.2多址協(xié)議的分類4.1.3系統(tǒng)模型4.2固定多址接入?yún)f(xié)議4.3隨機(jī)多址接入?yún)f(xié)議4.4沖突分解4.5預(yù)約多址接入?yún)f(xié)議4.6分組無(wú)線電網(wǎng)絡(luò)2022/12/1956第四章內(nèi)容概述4.1多址協(xié)議概述2022/12/4.1.1MAC層在通信協(xié)議中的位置從分層的角度來(lái)看，多址技術(shù)是數(shù)據(jù)鏈路層的一個(gè)功能，由媒體訪問(wèn)控制MAC層負(fù)責(zé)。MAC層將有限的資源分配給多個(gè)用戶，從而使得在眾多用戶之間實(shí)現(xiàn)公平、有效地共享有限的帶寬資源；實(shí)現(xiàn)各用戶之間良好的連通性，獲得盡可能高的系統(tǒng)吞吐量、以及盡可能低的系統(tǒng)時(shí)延。邏輯鏈路控制（LLC）子層為本節(jié)點(diǎn)提供了到其鄰節(jié)點(diǎn)的“鏈路”MAC子層協(xié)調(diào)本節(jié)點(diǎn)和其他節(jié)點(diǎn)有效地共享帶寬資源2022/12/19574.1.1MAC層在通信協(xié)議中的位置從分層的角度來(lái)看，多址第四章內(nèi)容概述4.1多址協(xié)議概述4.1.1MAC層在通信協(xié)議中的位置4.1.2多址協(xié)議的分類

4.1.3系統(tǒng)模型4.2固定多址接入?yún)f(xié)議4.3隨機(jī)多址接入?yún)f(xié)議4.4沖突分解4.5預(yù)約多址接入?yún)f(xié)議4.6分組無(wú)線電網(wǎng)絡(luò)2022/12/1958第四章內(nèi)容概述4.1多址協(xié)議概述2022/12/4.1.2多址協(xié)議的分類(1)多址協(xié)議主要分為固定分配多址接入?yún)f(xié)議、隨機(jī)分配多址接入?yún)f(xié)議和基于預(yù)約方式的多址接入?yún)f(xié)議。固定分配多址接入是指在用戶接入信道時(shí)，專門為其分配一定的信道資源（如頻率、時(shí)隙、碼字或空間），用戶獨(dú)享該資源，直到通信結(jié)束。固定多址接入的優(yōu)點(diǎn)在于可以保證每個(gè)用戶之間的“公平性”（每個(gè)用戶都分配了固定的資源）以及數(shù)據(jù)的平均時(shí)延。典型的固定多址接入?yún)f(xié)議有：FDMA、TDMA、CDMA、SDMA（空分多址）等。2022/12/19594.1.2多址協(xié)議的分類(1)多址協(xié)議主要分為固定分配多4.1.2多址協(xié)議的分類(2)隨機(jī)多址接入是指用戶可以隨時(shí)接入信道，并且可能不會(huì)顧及其它用戶是否在傳輸。當(dāng)信道中同時(shí)有多個(gè)用戶接入時(shí)，在信道資源的使用上就會(huì)發(fā)生沖突（碰撞）。對(duì)于有競(jìng)爭(zhēng)的多址接入?yún)f(xié)議，如何解決沖突，從而使所有碰撞用戶都可以成功進(jìn)行傳輸是一個(gè)非常重要的問(wèn)題。典型的隨機(jī)多址接入?yún)f(xié)議有：ALOHA、CSMA、CSMA/CD、CSMA/CA。2022/12/19604.1.2多址協(xié)議的分類(2)隨機(jī)多址接入是指用戶可以隨4.1.2多址協(xié)議的分類(3)基于預(yù)約的多址接入?yún)f(xié)議，是指在數(shù)據(jù)分組傳輸之前，先進(jìn)行資源預(yù)約。一旦預(yù)約到資源（如頻率、時(shí)隙），則在該資源內(nèi)可進(jìn)行無(wú)沖突的傳輸。2022/12/19614.1.2多址協(xié)議的分類(3)基于預(yù)約的多址接入?yún)f(xié)議，是第四章內(nèi)容概述4.1多址協(xié)議概述4.1.1MAC層在通信協(xié)議中的位置4.1.2多址協(xié)議的分類4.1.3系統(tǒng)模型

4.2固定多址接入?yún)f(xié)議4.3隨機(jī)多址接入?yún)f(xié)議4.4沖突分解4.5預(yù)約多址接入?yún)f(xié)議4.6分組無(wú)線電網(wǎng)絡(luò)2022/12/1962第四章內(nèi)容概述4.1多址協(xié)議概述2022/12/4.1.3系統(tǒng)模型(1)從排隊(duì)論的觀點(diǎn)出發(fā)，多址信道可以看成一個(gè)多進(jìn)單出的排隊(duì)系統(tǒng)（即該系統(tǒng)有多個(gè)輸入而僅僅有一個(gè)輸出）。每一個(gè)節(jié)點(diǎn)都可以獨(dú)立的產(chǎn)生分組，而信道則相當(dāng)于服務(wù)員，它要為各個(gè)隊(duì)列服務(wù)。由于各個(gè)排隊(duì)隊(duì)列是相互獨(dú)立的，各節(jié)點(diǎn)無(wú)法知道其它隊(duì)列的情況，服務(wù)員也不知道各個(gè)隊(duì)列的情況，所以增加了系統(tǒng)的復(fù)雜性。研究目標(biāo)(1)協(xié)調(diào)多個(gè)用戶之間的通信業(yè)務(wù)(2)有效、高效的利用信道資源2022/12/19634.1.3系統(tǒng)模型(1)從排隊(duì)論的觀點(diǎn)出發(fā)，多址信道可以4.1.3系統(tǒng)模型(2)如果通過(guò)某種措施，使各個(gè)節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生的分組在進(jìn)入信道之前排列成一個(gè)總的隊(duì)列，然后由信道來(lái)服務(wù)，則可以有效的避免分組在信道上的碰撞，大大提高信道的利用率。理想的多址接入?yún)f(xié)議的等效模型研究目標(biāo)：有效的避免分組在信道上的碰撞，大大提高信道的利用率。2022/12/19644.1.3系統(tǒng)模型(2)如果通過(guò)某種措施，使各個(gè)節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生4.1.3系統(tǒng)模型(3)為了能夠有效的分析多址接入?yún)f(xié)議，我們必須根據(jù)應(yīng)用環(huán)境做一些假設(shè)。在討論每種多址協(xié)議時(shí)，應(yīng)該考慮下列問(wèn)題：網(wǎng)絡(luò)的連通特性。通常我們將網(wǎng)絡(luò)按其連通模式分為：?jiǎn)翁W(wǎng)絡(luò)：是指網(wǎng)絡(luò)中所有的節(jié)點(diǎn)都可以接收到其它節(jié)點(diǎn)發(fā)送的數(shù)據(jù)；兩跳網(wǎng)絡(luò)：是指網(wǎng)絡(luò)中的部分節(jié)點(diǎn)之間不能直接通信，需要經(jīng)過(guò)一次中繼才能通信；多跳網(wǎng)絡(luò)：是指網(wǎng)絡(luò)中源節(jié)點(diǎn)和目的節(jié)點(diǎn)之間的通信可能要經(jīng)過(guò)多次中繼。多跳網(wǎng)絡(luò)既可以是有線網(wǎng)絡(luò)，也可以是無(wú)線網(wǎng)絡(luò)。2022/12/19654.1.3系統(tǒng)模型(3)為了能夠有效的分析多址接入?yún)f(xié)議，4.1.3系統(tǒng)模型(4)同步的特性通常用戶可以在任意時(shí)刻接入信道，但也可以以時(shí)隙為基礎(chǔ)接入信道。在基于時(shí)隙的系統(tǒng)中，用戶只有在時(shí)隙的起點(diǎn)才能接入信道。在這種系統(tǒng)中，要求全網(wǎng)有一個(gè)統(tǒng)一的時(shí)鐘，同時(shí)將時(shí)間軸劃分成若干個(gè)時(shí)隙。系統(tǒng)中所有數(shù)據(jù)的傳輸開(kāi)始點(diǎn)都必須在一個(gè)時(shí)隙的起點(diǎn)。2022/12/19664.1.3系統(tǒng)模型(4)同步的特性2022/12/1714.1.3系統(tǒng)模型(5)反饋和應(yīng)答機(jī)制反饋信道是用戶獲得信道狀態(tài)的途徑。在本章的討論中，我們都假設(shè)用戶（節(jié)點(diǎn)）可以獲得信道的反饋信息，即信道是空閑、碰撞還是進(jìn)行了一次成功傳輸。數(shù)據(jù)產(chǎn)生模型所有的用戶都按照泊松過(guò)程獨(dú)立的產(chǎn)生數(shù)據(jù)。2022/12/19674.1.3系統(tǒng)模型(5)反饋和應(yīng)答機(jī)制2022/12/1第四章內(nèi)容概述4.1多址協(xié)議概述4.2固定多址接入?yún)f(xié)議4.2.1頻分多址接入4.2.2時(shí)分多址接入4.2.3固定多址接入?yún)f(xié)議的性能分析4.3隨機(jī)多址接入?yún)f(xié)議4.4沖突分解4.5預(yù)約多址接入?yún)f(xié)議4.6分組無(wú)線電網(wǎng)絡(luò)2022/12/1968第四章內(nèi)容概述4.1多址協(xié)議概述2022/12/4.2.3固定多址接入?yún)f(xié)議性能分析(1)一個(gè)由m個(gè)用戶組成的TDMA系統(tǒng)。設(shè)共享信道的總?cè)萘繛镃(bit/s)，每個(gè)用戶的分組到達(dá)率為λ(分組/秒)，分組的長(zhǎng)度固定，為1/μ(bit)。因?yàn)槊繒r(shí)隙等長(zhǎng)且固定，所以系統(tǒng)構(gòu)成了m個(gè)獨(dú)立的M/D/1排隊(duì)模型。231m…231m…第1幀第2幀tC/mλ2C/mλ1C/mλm………2022/12/19694.2.3固定多址接入?yún)f(xié)議性能分析(1)一個(gè)由m個(gè)用戶組4.2.3固定多址接入?yún)f(xié)議性能分析(2)TDMA系統(tǒng)的分組平均時(shí)延由三部分組成：分組的傳輸時(shí)延：分組的排隊(duì)時(shí)延：W分組在幀內(nèi)等待服務(wù)的時(shí)延：。對(duì)于泊松到達(dá)過(guò)程，在穩(wěn)態(tài)下該時(shí)延為半個(gè)幀長(zhǎng)。231m…231m…第1幀第2幀tC/mλ2C/mλ1C/mλm………2022/12/19704.2.3固定多址接入?yún)f(xié)議性能分析(2)TDMA系統(tǒng)的分4.2.3固定多址接入?yún)f(xié)議性能分析(3)FDMA系統(tǒng)與TDMA系統(tǒng)有兩個(gè)方面的差別：FDMA的每個(gè)分組傳輸時(shí)間比TDMA大m倍：分組的排隊(duì)時(shí)延：WFDMA系統(tǒng)與TDMA系統(tǒng)平均時(shí)延比較：即當(dāng)m>2時(shí)，F(xiàn)DMA系統(tǒng)的分組時(shí)延總是大于TDMA系統(tǒng)的一個(gè)固定值(m/2-1)，與網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷無(wú)關(guān)。2022/12/19714.2.3固定多址接入?yún)f(xié)議性能分析(3)FDMA系統(tǒng)與T4.2.3固定多址接入?yún)f(xié)議性能分析(4)從左圖可以看出，當(dāng)m=2時(shí)，TDMA和FDMA的性能相同，m越大，兩者的差別就越大。2022/12/19724.2.3固定多址接入?yún)f(xié)議性能分析(4)從左圖第四章內(nèi)容概述4.1多址協(xié)議概述4.2固定多址接入?yún)f(xié)議4.3隨機(jī)多址接入?yún)f(xié)議4.3.1ALOHA協(xié)議4.3.2載波偵聽(tīng)型多址協(xié)議4.4沖突分解4.5預(yù)約多址接入?yún)f(xié)議4.6分組無(wú)線電網(wǎng)絡(luò)2022/12/1973第四章內(nèi)容概述4.1多址協(xié)議概述2022/12/4.3隨機(jī)多址接入?yún)f(xié)議隨機(jī)多址協(xié)議又叫做有競(jìng)爭(zhēng)的多址接入?yún)f(xié)議。各節(jié)點(diǎn)在網(wǎng)絡(luò)中的地位是等同的，通過(guò)競(jìng)爭(zhēng)獲得信道的使用權(quán)。隨機(jī)多址接入?yún)f(xié)議可分為：完全隨機(jī)多址接入?yún)f(xié)議（ALOHA協(xié)議）載波偵聽(tīng)型多址接入?yún)f(xié)議（CSMA）主要關(guān)心兩個(gè)方面的問(wèn)題：穩(wěn)態(tài)情況下系統(tǒng)的通過(guò)率和時(shí)延性能系統(tǒng)的穩(wěn)定性2022/12/19744.3隨機(jī)多址接入?yún)f(xié)議隨機(jī)多址協(xié)議又叫做有競(jìng)爭(zhēng)的多址接入?yún)f(xié)4.3.1ALOHA協(xié)議(1)其基本思想是：若一個(gè)空閑的節(jié)點(diǎn)有一個(gè)分組到達(dá)，則立即發(fā)送該分組，并期望不會(huì)和其它節(jié)點(diǎn)發(fā)生碰撞。純AOHA協(xié)議：最基本的ALOHA協(xié)議基本思想：只要有新的分組到達(dá)，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(jī)退避一段時(shí)間后進(jìn)行重傳。系統(tǒng)假設(shè)：系統(tǒng)中的所有分組的長(zhǎng)度相等，傳輸數(shù)據(jù)分組所需的時(shí)間定義為系統(tǒng)單位時(shí)間t。2022/12/19754.3.1ALOHA協(xié)議(1)其基本思想是：若一個(gè)空閑的4.3.1ALOHA協(xié)議(2)純AOHA協(xié)議：最基本的ALOHA協(xié)議易受破壞區(qū)間：很顯然，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(nèi)沒(méi)有其它分組到達(dá)，則該分組可以成功傳輸。與陰影幀的開(kāi)始碰撞與陰影幀的結(jié)尾碰撞易受破壞區(qū)間2022/12/19764.3.1ALOHA協(xié)議(2)純AOHA協(xié)議：最基本的4.3.1ALOHA協(xié)議(3)在純ALOHA協(xié)議中，一個(gè)分組傳輸成功的概率為：其產(chǎn)生時(shí)刻的前一個(gè)單位時(shí)間內(nèi)沒(méi)有分組發(fā)送，并且在該分組產(chǎn)生時(shí)刻的后一個(gè)單位時(shí)間內(nèi)也沒(méi)有分組發(fā)送的概率。即是該分組產(chǎn)生時(shí)刻前后兩個(gè)單位時(shí)間內(nèi)沒(méi)有其他分組發(fā)送的概率。與陰影幀的開(kāi)始碰撞與陰影幀的結(jié)尾碰撞易受破壞區(qū)間2022/12/19774.3.1ALOHA協(xié)議(3)在純ALOHA協(xié)議中，一4.3.1ALOHA協(xié)議(4)假定重傳的時(shí)延足夠隨機(jī)，重傳分組和新到達(dá)分組合成的分組流是到達(dá)率為G的Poisson到達(dá)過(guò)程。根據(jù)泊松公式，在單位時(shí)間內(nèi)，產(chǎn)生k個(gè)分組的概率是：則根據(jù)上面的分析，我們可以得到在純ALOHA系統(tǒng)中，分組成功傳輸?shù)母怕剩合到y(tǒng)的通過(guò)率（單位時(shí)間內(nèi)一個(gè)分組成功傳輸?shù)母怕剩?duì)下式求最大值，可得系統(tǒng)的最大通過(guò)率為1/2e≈0.184此時(shí)對(duì)應(yīng)的G=0.52022/12/19784.3.1ALOHA協(xié)議(4)假定重傳的時(shí)延足夠隨機(jī)，重4.3.1ALOHA協(xié)議(5)時(shí)隙AOHA協(xié)議針對(duì)純ALOHA協(xié)議，若縮小易受破壞區(qū)間，就可以減少分組碰撞的概率，提高系統(tǒng)的利用率。系統(tǒng)假設(shè)：將時(shí)間軸劃分為若干個(gè)時(shí)隙，所有節(jié)點(diǎn)同步，各節(jié)點(diǎn)只能在時(shí)隙的開(kāi)始時(shí)刻才能夠發(fā)送分組，時(shí)隙寬度等于一個(gè)分組的傳輸時(shí)間。當(dāng)一個(gè)分組在某時(shí)隙到達(dá)后，它將在下一時(shí)隙開(kāi)始傳輸，并期望不會(huì)與其它節(jié)點(diǎn)發(fā)生碰撞。2022/12/19794.3.1ALOHA協(xié)議(5)時(shí)隙AOHA協(xié)議2022/4.3.1ALOHA協(xié)議(6)時(shí)隙AOHA協(xié)議易受破壞區(qū)間：一個(gè)單位時(shí)間近似地認(rèn)為重傳分組的到達(dá)過(guò)程和新分組的到達(dá)過(guò)程之和是到達(dá)率為G的Poisson過(guò)程。時(shí)隙ALOHA協(xié)議的分組傳輸成功率：在單位時(shí)間內(nèi)沒(méi)有其他分組發(fā)送的概率。對(duì)下式求最大值，可得系統(tǒng)的最大通過(guò)率為1/e≈0.368此時(shí)對(duì)應(yīng)的G=0.52022/12/19804.3.1ALOHA協(xié)議(6)時(shí)隙AOHA協(xié)議對(duì)下式求最4.3.1ALOHA協(xié)議(7)上圖為ALOHA協(xié)議的通過(guò)率曲線。很明顯，時(shí)隙ALOHA協(xié)議的最大通過(guò)率是純ALOHA協(xié)議最大通過(guò)率的2倍。2022/12/19814.3.1ALOHA協(xié)議(7)上圖為ALOHA4.3.1ALOHA協(xié)議(6)若干個(gè)終端用純ALOHA隨機(jī)接入?yún)f(xié)議與遠(yuǎn)端主機(jī)通信，信道速率為2.4kb/s。每個(gè)終端平均每3分鐘發(fā)送一個(gè)幀，幀長(zhǎng)為200bit，問(wèn)系統(tǒng)中最多可容納多少個(gè)終端？若采用時(shí)隙ALOHA協(xié)議，其結(jié)果又如何？設(shè)可容納的終端數(shù)為N。每個(gè)終端發(fā)送數(shù)據(jù)的速率是bit/s。由于純ALOHA系統(tǒng)的最大系統(tǒng)通過(guò)率為1/2e，則有若采用時(shí)隙ALOHA協(xié)議，最大通過(guò)率為1/e，則有2022/12/19824.3.1ALOHA協(xié)議(6)若干個(gè)終端用純ALOHA第四章內(nèi)容概述4.1多址協(xié)議概述4.2固定多址接入?yún)f(xié)議4.3隨機(jī)多址接入?yún)f(xié)議4.3.1ALOHA協(xié)議4.3.2載波偵聽(tīng)型多址協(xié)議4.4沖突分解4.5預(yù)約多址接入?yún)f(xié)議4.6分組無(wú)線電網(wǎng)絡(luò)2022/12/1983第四章內(nèi)容概述4.1多址協(xié)議概述2022/12/4.3.2載波偵聽(tīng)型多址協(xié)議(1)載波偵聽(tīng)多址接入?yún)f(xié)議CSMA：是從ALOHA協(xié)議演變出的一種改進(jìn)型協(xié)議，它采用了附加的硬件裝置，每個(gè)節(jié)點(diǎn)都能夠檢測(cè)（偵聽(tīng)）到信道上有無(wú)分組在傳輸?；舅枷耄喝绻粋€(gè)節(jié)點(diǎn)有分組要傳輸，它首先檢測(cè)信道是否空閑，如果信道有其他分組在傳輸，則該節(jié)點(diǎn)可以等到信道空閑后再傳輸。這樣可以減少要發(fā)送的分組與正在傳輸?shù)姆纸M之間的碰撞，提高系統(tǒng)的利用率。2022/12/19844.3.2載波偵聽(tīng)型多址協(xié)議(1)載波偵聽(tīng)多址接入?yún)f(xié)議C4.3.2載波偵聽(tīng)型多址協(xié)議(2)CSMA協(xié)議分為三類：非堅(jiān)持型（Non-persistent）CSMA：①先監(jiān)聽(tīng)信道，信道忙則退避一段時(shí)間②退避時(shí)間內(nèi)放棄