《数据通信与计算机网络信道共享学习教案.pptx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《数据通信与计算机网络信道共享学习教案.pptx（76页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、会计学1数据通信与计算机网络信道数据通信与计算机网络信道(xn do)共享共享第一页，共76页。2023/2/72A.1 信道信道(xn do)共共享技术的基本概念享技术的基本概念要解决的问题：什么时候才可以把数据发到链路上？如何让要解决的问题：什么时候才可以把数据发到链路上？如何让要解决的问题：什么时候才可以把数据发到链路上？如何让要解决的问题：什么时候才可以把数据发到链路上？如何让众多用户合理而方便的共享通信媒体资源？众多用户合理而方便的共享通信媒体资源？众多用户合理而方便的共享通信媒体资源？众多用户合理而方便的共享通信媒体资源？日常生活中常见的信道共享的例子日常生活中常见的信道共享的例子
2、日常生活中常见的信道共享的例子日常生活中常见的信道共享的例子(l zi)(l zi)就是召开会议。主就是召开会议。主就是召开会议。主就是召开会议。主要的召开会议的方式有：要的召开会议的方式有：要的召开会议的方式有：要的召开会议的方式有：（1 1）固定分配发言时间，如学术会议、年终总结会等；）固定分配发言时间，如学术会议、年终总结会等；）固定分配发言时间，如学术会议、年终总结会等；）固定分配发言时间，如学术会议、年终总结会等；（2 2）由主席管理发言。如听证会、辩论会；）由主席管理发言。如听证会、辩论会；）由主席管理发言。如听证会、辩论会；）由主席管理发言。如听证会、辩论会；（3 3）不设会议主
3、席，随机发言。如讨论会。）不设会议主席，随机发言。如讨论会。）不设会议主席，随机发言。如讨论会。）不设会议主席，随机发言。如讨论会。信道共享技术的基本思想大都与此类似。信道共享技术的基本思想大都与此类似。信道共享技术的基本思想大都与此类似。信道共享技术的基本思想大都与此类似。第1页/共76页第二页，共76页。2023/2/73A.1 信道信道(xn do)共享技术的基本共享技术的基本概念概念n n信道共享技术主要可以分为静态分配和动态分配两大类。信道共享技术主要可以分为静态分配和动态分配两大类。n n静态分配适用于用户数大致固定且通信量较大的情况。静态分配适用于用户数大致固定且通信量较大的情况
4、。n n主要问题：不够灵活，不能适应拓扑、用户量等变化。因此不适和用户数多且经常变化主要问题：不够灵活，不能适应拓扑、用户量等变化。因此不适和用户数多且经常变化或通信量具有突发性的情况。或通信量具有突发性的情况。n n典型的静态分配有时分复用、频分复用及码分复用等。典型的静态分配有时分复用、频分复用及码分复用等。n n动态分配又可以分为受控多点接入和随机多点接入两大类。动态分配又可以分为受控多点接入和随机多点接入两大类。n n受控接入是指用户接入信道要受到预先受控接入是指用户接入信道要受到预先(yxin)(yxin)设定的控者或规则的控制。典型的受控设定的控者或规则的控制。典型的受控接入技术包
5、括轮叫轮询和传递轮询。接入技术包括轮叫轮询和传递轮询。n n随机接入是指各站点通过随机争用的方式接入信道。主要的随机接入技术有随机接入是指各站点通过随机争用的方式接入信道。主要的随机接入技术有ALOHAALOHA，CSMACSMA，和，和CSMA/CDCSMA/CD。n n计算机网络中信道共享技术的设计原则是公平和效率。对协议性能的分析主要围绕吞吐计算机网络中信道共享技术的设计原则是公平和效率。对协议性能的分析主要围绕吞吐量和时延两个指标来讨论。量和时延两个指标来讨论。第2页/共76页第三页，共76页。第第4章章 多路复用与信道多路复用与信道(xn do)共享技术共享技术 4.1 多路复用技术
6、(jsh)4.2 信道共享技术(jsh)2023/2/74第3页/共76页第四页，共76页。4.1 多路复用技术多路复用技术(jsh)频分多路复用(FDM)时分(shfn)多路复用(TDM)波分复用(WDM)码分复用(CDM)空分复用(SDM)2023/2/75第4页/共76页第五页，共76页。4.1 多路复用技术多路复用技术(jsh)n n 多路复用是一种将若干彼此无关多路复用是一种将若干彼此无关(wgun)(wgun)的信号合并成一路复的信号合并成一路复合信号并在一条公用信道上传输，到达接收端后再进行分离的方合信号并在一条公用信道上传输，到达接收端后再进行分离的方法。法。n n 多路复用技
7、术包含信号复合、传输和分离三个方面的内容。多路复用技术包含信号复合、传输和分离三个方面的内容。2023/2/76第5页/共76页第六页，共76页。频分多路复用频分多路复用(FDM)n n频分多路复用是按照频率参量的差别来分割信号的。也就是说，频分多路复用是按照频率参量的差别来分割信号的。也就是说，分割信号的参量是频率，只要使各路信号的频谱互不重叠，接分割信号的参量是频率，只要使各路信号的频谱互不重叠，接收端就可以用滤波器把它们分割开来。收端就可以用滤波器把它们分割开来。n n把信道的可用频带分割为若干条较窄的子频带，每条子频带都把信道的可用频带分割为若干条较窄的子频带，每条子频带都可以作为一个
8、独立的传输信道用来传输一路信号。为了防止各可以作为一个独立的传输信道用来传输一路信号。为了防止各路信号之间的相互干扰，相邻两个子频带之间需要留有一定的路信号之间的相互干扰，相邻两个子频带之间需要留有一定的保护频带。保护频带。n n由于通过媒质传输的复合信号一般由于通过媒质传输的复合信号一般(ybn)(ybn)是模拟信号，因此，是模拟信号，因此，当输入信号为数字信号时，应采用数模转换将数字信号转换为当输入信号为数字信号时，应采用数模转换将数字信号转换为模拟信号，或者由数字信号直接键控载频形成幅度键控信号。模拟信号，或者由数字信号直接键控载频形成幅度键控信号。2023/2/77第6页/共76页第七
9、页，共76页。频分多路复用原理图频分多路复用原理图频分多路复用原理图频分多路复用原理图2023/2/78第7页/共76页第八页，共76页。话音信号话音信号话音信号话音信号(xnho)(xnho)频分多路载波通信系统的原理框图频分多路载波通信系统的原理框图频分多路载波通信系统的原理框图频分多路载波通信系统的原理框图 复合信号的总带宽复合信号的总带宽(di kun)(di kun)满足：满足：话音信号话音信号(xnho)频分多路复用系统需妥善处理好两频分多路复用系统需妥善处理好两个问题：防止串话、减少互调噪声。个问题：防止串话、减少互调噪声。2023/2/79第8页/共76页第九页，共76页。时分
10、时分时分时分(shfn)(shfn)多路复用多路复用多路复用多路复用(TDM)(TDM)n n 时分多路复用通信是指各路信号在同一信道上占有时分多路复用通信是指各路信号在同一信道上占有不同时间间隙进行通信。具体地说，就是把时间分成不同时间间隙进行通信。具体地说，就是把时间分成一些均匀的时间间隙，将各路信号的传输时间分配在一些均匀的时间间隙，将各路信号的传输时间分配在不同的时间间隙，以达到互相分开不同的时间间隙，以达到互相分开(fn ki)(fn ki)、互不干扰、互不干扰的目的。的目的。n n 目前常用的目前常用的TDMTDM有两种：同步时分多路复用和统计有两种：同步时分多路复用和统计时分多路
11、复用。时分多路复用。2023/2/711第10页/共76页第十一页，共76页。1 1同步同步同步同步(tngb)(tngb)时分多路复用时分多路复用时分多路复用时分多路复用 只要只要(zhyo)发送端和接收端的时分多路复用器能发送端和接收端的时分多路复用器能够按时间分配同步地切换所连接的设备，就能保证各够按时间分配同步地切换所连接的设备，就能保证各路设备共用一条信道进行相互通信，而且彼此互不干路设备共用一条信道进行相互通信，而且彼此互不干扰。扰。2023/2/712第11页/共76页第十二页，共76页。1 1同步同步同步同步(tngb)(tngb)时分多路复用时分多路复用时分多路复用时分多路复
12、用n nn n路通信设备路通信设备(shbi)(shbi)连接到一条公用信道上，发送端的时分多路复连接到一条公用信道上，发送端的时分多路复用器按照一定的次序轮流地给各个设备用器按照一定的次序轮流地给各个设备(shbi)(shbi)分配一段使用公用分配一段使用公用信道的时间。当轮到某个设备信道的时间。当轮到某个设备(shbi)(shbi)使用的逻辑联系被暂时切断，使用的逻辑联系被暂时切断，待指定的通信设备待指定的通信设备(shbi)(shbi)占用信道的时间一到，则同步时分多路占用信道的时间一到，则同步时分多路复用器就将信道切换给下一个被指定的设备复用器就将信道切换给下一个被指定的设备(shbi
13、)(shbi)。以此类推，。以此类推，一直轮流到最后一个设备一直轮流到最后一个设备(shbi)(shbi)，然后又重新继续开始。，然后又重新继续开始。n n在接收端，时分多路复用器也是按照一定的次序轮流地接通各路输在接收端，时分多路复用器也是按照一定的次序轮流地接通各路输出，并且与输入端的时分多路复用器保持同步。出，并且与输入端的时分多路复用器保持同步。2023/2/713第12页/共76页第十三页，共76页。1 1同步同步同步同步(tngb)(tngb)时分多路复用时分多路复用时分多路复用时分多路复用TDMTDM的工作特点是：的工作特点是：第一，通信双方是按照预先指定的时隙进行通信的，而且这
14、第一，通信双方是按照预先指定的时隙进行通信的，而且这种时间关系是固定不变的；种时间关系是固定不变的；第二，就某一瞬时来看，公用信道上仅传输某一对设备的信第二，就某一瞬时来看，公用信道上仅传输某一对设备的信号，而不是号，而不是(bshi)(bshi)多路复合信号，但就一段时间而言，公多路复合信号，但就一段时间而言，公用信道上传输着按时间分隔的多路复合信号。用信道上传输着按时间分隔的多路复合信号。2023/2/714第13页/共76页第十四页，共76页。2 2统计统计统计统计(t(t ngj)ngj)时分多路复用时分多路复用时分多路复用时分多路复用n n 在传统的在传统的TDMTDM系统中，以固定
15、分配时隙的方式对来自系统中，以固定分配时隙的方式对来自多个设备的数据流进行组合，然后在单一的公用信道上传多个设备的数据流进行组合，然后在单一的公用信道上传输。这种时分多路复用技术既便宜又可靠，并能降低通信输。这种时分多路复用技术既便宜又可靠，并能降低通信费用。但是，把它用于高速通信时效率较低。费用。但是，把它用于高速通信时效率较低。n n 为了提高时隙的利用率，可以为了提高时隙的利用率，可以(ky)(ky)采用按需分配时隙采用按需分配时隙的技术，即动态地分配所需时隙，以避免每帧中出现空闲的技术，即动态地分配所需时隙，以避免每帧中出现空闲时隙的现象。以这种动态分配时隙方式工作的时隙的现象。以这种
16、动态分配时隙方式工作的TDMTDM称为统称为统计时分多路复用计时分多路复用(STDM)(STDM)。2023/2/715第14页/共76页第十五页，共76页。传统传统传统传统(chunt(chunt ng)TDMng)TDM与与与与STDM STDM 图中有4个数据源，并在4个不同时刻(t0t3)出现(chxin)数据。2023/2/716第15页/共76页第十六页，共76页。2 2统计统计统计统计(t(t ngj)ngj)时分多路复用时分多路复用时分多路复用时分多路复用STDMSTDM两种子帧的格式：两种子帧的格式：每帧一源的格式：帧末尾标志与总帧末尾标志相同。每帧一源的格式：帧末尾标志与总
17、帧末尾标志相同。每帧多源的格式：在一帧中包含多个数据每帧多源的格式：在一帧中包含多个数据(shj)(shj)源源的数据的数据(shj)(shj)，此时除了需要指明数据，此时除了需要指明数据(shj)(shj)源的地源的地址外，还要给出数据址外，还要给出数据(shj)(shj)字长。字长。2023/2/717第16页/共76页第十七页，共76页。波分复用波分复用波分复用波分复用(f yn(f yn)(WDM)(WDM)波分复用就是光的频分复用。目前一根单模光纤的传输波分复用就是光的频分复用。目前一根单模光纤的传输速率可达到速率可达到2.5Gb/s2.5Gb/s。如采用色散补偿。如采用色散补偿(b
18、chng)(bchng)技术，则一技术，则一根单模光纤的传输速率可达到根单模光纤的传输速率可达到10Gb/s10Gb/s。图图4.9 波分复用波分复用(f yn)的概念的概念 2023/2/718第17页/共76页第十八页，共76页。波分复用波分复用波分复用波分复用(f yn(f yn)(WDM)(WDM)n n图图4.94.9示出了示出了8 8路传输速率均为路传输速率均为2.5Gb/s2.5Gb/s的光载波的光载波(其波长均为其波长均为1310nm)1310nm)，经光调制后，它们的波长变换到，经光调制后，它们的波长变换到155015501557nm1557nm，相邻，相邻两个光载波相隔两个
19、光载波相隔1nm1nm。这。这8 8个波长很接近的光载波经过光复用器后，个波长很接近的光载波经过光复用器后，在一根光纤中传输。在一根光纤中传输。n n但光信号传输一段距离后会衰减，因此对衰减了的光信号必须进行但光信号传输一段距离后会衰减，因此对衰减了的光信号必须进行放大后才能继续传输。放大后才能继续传输。n n现在已经有了很好的掺铒光纤放大器现在已经有了很好的掺铒光纤放大器(EDFA)(EDFA)，它是一种光放大器。，它是一种光放大器。EDFAEDFA不需要进行光电转换而直接对光不需要进行光电转换而直接对光(dugung)(dugung)信号进行放大。信号进行放大。n n两个光纤放大器之间的光
20、缆线路长度可达两个光纤放大器之间的光缆线路长度可达120km120km，而光复用器和光，而光复用器和光分用器之间的无光电转换的距离可达分用器之间的无光电转换的距离可达600km(600km(只需放入只需放入4 4个光纤放大个光纤放大器器)。2023/2/719第18页/共76页第十九页，共76页。码分复用码分复用码分复用码分复用(f yn(f yn)(CDM)(CDM)n n码分复用码分复用(fyn)(CDM)(fyn)(CDM)，更常称为码分多址，更常称为码分多址(CDMA)(CDMA)。n n每每个个用用户户可可以以在在同同样样的的时时间间使使用用同同样样的的频频带带进进行行通通信信。由由
21、于于各各用用户户使使用用经经过过特特殊殊挑挑选选的的不不同同码码型型，因因此此各各用用户户之之间间不不会会造成干扰。造成干扰。n nCDMACDMA系系统统发发送送的的信信号号有有很很强强的的抗抗干干扰扰能能力力，其其频频谱谱类类似似于于白噪声。白噪声。n n最最早早应应用用于于军军事事通通信信中中，随随着着技技术术的的进进步步，CDMACDMA设设备备的的价价格和体积都大幅度下降，现已广泛使用在民用的移动通信中。格和体积都大幅度下降，现已广泛使用在民用的移动通信中。2023/2/720第19页/共76页第二十页，共76页。CDMACDMA工作工作工作工作(gngzu)(gngzu)原理原理原
22、理原理 n n 每个比特时间再划分为每个比特时间再划分为mm个短的间隔，称为码片个短的间隔，称为码片(chip)(chip)。通常。通常mm的值是的值是6464或或128128。n nCDMACDMA的每个站被指派一个唯一的的每个站被指派一个唯一的mbitmbit码片序列。码片序列。要发送比特要发送比特1 1，则发送它自己的，则发送它自己的mbitmbit码片序列；要发送码片序列；要发送比特比特0 0，则发送该码片序列的二进制反码，则发送该码片序列的二进制反码(fnm)(fnm)。n n例如，指派给例如，指派给S S站的站的8bit8bit码片序列是码片序列是0001101100011011。
23、当。当S S站发送比特站发送比特1 1时，就发送序列时，就发送序列0001101100011011，而当发送比特，而当发送比特0 0时，就发送序列时，就发送序列1110010011100100。n n 习惯上，习惯上，S S站的码片序列记为站的码片序列记为(-1-1-1+1+1-1+1+1)(-1-1-1+1+1-1+1+1)。2023/2/721第20页/共76页第二十一页，共76页。CDMACDMA工作工作工作工作(gngzu)(gngzu)原理原理原理原理 n nSS站数据率为站数据率为bb/sbb/s。由于每个比特的信息要转成。由于每个比特的信息要转成mm个比个比特的码片，特的码片，S
24、 S站实际据率提高到站实际据率提高到mbb/smbb/s，同时，同时S S站所占用的站所占用的频带也提高到原来的频带也提高到原来的mm倍。即扩频。倍。即扩频。n n 扩频通信通常有两大类：一种是直接序列（扩频通信通常有两大类：一种是直接序列（DS-DS-CDMACDMA）；另一种是跳频）；另一种是跳频(frequencyhopping)(frequencyhopping)扩频方式扩频方式（FH-CDMAFH-CDMA）。）。n nCDMACDMA系统的一个重要特点就是各站的码片序列不仅系统的一个重要特点就是各站的码片序列不仅(bjn)(bjn)必须各不相同，而且还必须互相正交。必须各不相同，而
25、且还必须互相正交。n n 在实用的系统中使用的是伪随机码序列。在实用的系统中使用的是伪随机码序列。2023/2/722第21页/共76页第二十二页，共76页。CDMACDMA工作工作工作工作(gngzu)(gngzu)原理原理原理原理用数学公式表示用数学公式表示(biosh)(biosh)码片序列的正交关系：码片序列的正交关系：两个不同站的码片序列正交，就是向量两个不同站的码片序列正交，就是向量S S和和T T的规格的规格化内积化内积(innerproduct)(innerproduct)为为0 0。向量向量S S和各站码片序列二进制反码的向量的规格化内和各站码片序列二进制反码的向量的规格化内
26、积也是积也是0 0。任何一个码片向量和该码片向量自己的规格化内积任何一个码片向量和该码片向量自己的规格化内积为为1 1。一个码片向量和该码片序列二进制反码的向量的规一个码片向量和该码片序列二进制反码的向量的规格化内积是格化内积是-1-1。2023/2/723第22页/共76页第二十三页，共76页。CDMACDMA工作工作工作工作(gngzu)(gngzu)原理的一个例子原理的一个例子原理的一个例子原理的一个例子n nSS站发送数据站发送数据110110，码片序列，码片序列(xli)(xli)为为(-1-1-1+1+1-(-1-1-1+1+1-1+1+1)1+1+1)n nTT站发送数据站发送数
27、据110110，码片序列，码片序列(xli)(xli)为为(-1-1+1-(-1-1+1-1+1+1+1-1)1+1+1+1-1)2023/2/724第23页/共76页第二十四页，共76页。空分复用空分复用空分复用空分复用(f yn(f yn)(SDM)(SDM)n n 空分复用空分复用(SDM)(SDM)是利用是利用(lyng)(lyng)空间分割构成不同信空间分割构成不同信道的一种多路复用方法。道的一种多路复用方法。2023/2/725第24页/共76页第二十五页，共76页。空分复用技术在无线传输领域的应用空分复用技术在无线传输领域的应用空分复用技术在无线传输领域的应用空分复用技术在无线传
28、输领域的应用(yngyng)(yngyng)举例举例举例举例 2023/2/726第25页/共76页第二十六页，共76页。MIMOMIMO技术技术技术技术(jsh)(jsh)n nMIMO(Multiple-InputMultiple-Output)MIMO(Multiple-InputMultiple-Output)是在空分复用技术上衍生来是在空分复用技术上衍生来的的多输入的的多输入-多输出的方式多输出的方式 n nMIMOMIMO系统可将多径作为一个有利系统可将多径作为一个有利(yul)(yul)因素加以利用。因素加以利用。2023/2/727第26页/共76页第二十七页，共76页。第第4
29、章章 多路复用与信道多路复用与信道(xn do)共享技术共享技术 4.1 多路复用技术(jsh)4.2 信道共享技术(jsh)2023/2/728第27页/共76页第二十八页，共76页。4.2 信道信道(xn do)共享技术共享技术受控多点接入 随机(su j)接入ALOHA 随机(su j)接入CSMA/CD 令牌传递接入 2023/2/729第28页/共76页第二十九页，共76页。受控多点接入受控多点接入受控多点接入受控多点接入1 1轮叫轮询的性能分析轮叫轮询的性能分析 主主机机按按顺顺序序从从站站1 1开开始始逐逐个个轮轮询询。站站1 1如如有有数数据据，即即可可发发给给主主机机。站站1
30、 1如如无无数数据据，则则发发送送控控制制帧帧给给主主机机，表表示示无无数数据据可可发发。然然后后主主机机询询问问(xnwn)(xnwn)站站2,2,，在在询问询问(xnwn)(xnwn)完站完站N N后，又重复询问后，又重复询问(xnwn)(xnwn)站站1 1。轮叫轮询的网络拓扑结构轮叫轮询的网络拓扑结构(jigu)2023/2/730第29页/共76页第三十页，共76页。受控多点接入受控多点接入受控多点接入受控多点接入2 2传递轮询的性能分析传递轮询的性能分析 前前面面讨讨论论的的轮轮叫叫轮轮询询存存在在(cnzi)(cnzi)一一个个较较大大的的缺缺点点，这这就就是是轮轮询询帧帧在在多
31、多点点线线路路上上不不停停地地循循环环往往返返，形形成成了了相相当当大大的的开开销销，增增加加了了帧帧的的等等待待时时延延。为为了了克克服服这这一一缺缺点点，可可以以采采用传递轮询的办法。用传递轮询的办法。传递传递(chund)轮询工作示意图轮询工作示意图2023/2/731第30页/共76页第三十一页，共76页。受控多点接入受控多点接入受控多点接入受控多点接入传递轮询与轮叫轮询的比较：传递轮询与轮叫轮询的比较：(1)(1)传递轮询的帧时延总是小于同样传递轮询的帧时延总是小于同样(tngyng)(tngyng)条条件下的轮叫轮询的时延。件下的轮叫轮询的时延。(2)(2)站间的距离越大，传递轮询
32、的效果就比轮叫轮站间的距离越大，传递轮询的效果就比轮叫轮询的越好。询的越好。(3)(3)站间距离较小且通信量较大时，传递轮询带来站间距离较小且通信量较大时，传递轮询带来的好处就不太明显。的好处就不太明显。传递轮询系统实现起来技术上比较复杂，代价也较传递轮询系统实现起来技术上比较复杂，代价也较高，因此在目前实用的轮询系统中，主要还是使用轮高，因此在目前实用的轮询系统中，主要还是使用轮叫轮询系统。叫轮询系统。2023/2/732第31页/共76页第三十二页，共76页。随机随机(su j)接入接入ALOHAn n轮询技术在网络的通信量较小时，系统的工作效率较低。n n当网络的通信量较小时，让用户自由
33、地发送数据随机接入。n n最早在美国夏威夷大学计算中心(jsunzhnxn)的无线网络ALOHA系统中采用，称为“ALOHA”方法。2023/2/733第32页/共76页第三十三页，共76页。2023/2/7341 1非时隙非时隙非时隙非时隙(sh x)ALOHA(sh x)ALOHA纯纯ALOHAALOHA的工作原理的工作原理设所有站发送的帧都是定长的，设所有站发送的帧都是定长的，且用发送时间而不是比特数来且用发送时间而不是比特数来表示。表示。要点要点(yodin)(yodin)：每个站自由：每个站自由地发送数据帧，若出现冲突，地发送数据帧，若出现冲突，各站等待一段随机的时间再重各站等待一段
34、随机的时间再重发，直到成功为止。发，直到成功为止。第33页/共76页第三十四页，共76页。1 1非时隙非时隙非时隙非时隙(sh x)ALOHA(sh x)ALOHA为便于分析，我们做如下假设：为便于分析，我们做如下假设：(1)(1)广播式信道本身是不产生差错的理想信道；广播式信道本身是不产生差错的理想信道；(2)(2)每个节点每个节点(jidin)(jidin)的帧到达为泊松过程，帧长的帧到达为泊松过程，帧长度固定相等，每帧的发送时间为秒；度固定相等，每帧的发送时间为秒；(3)(3)单位时间内进入信道的总业务量为单位时间内进入信道的总业务量为G G，其中成，其中成功传输的业务量为功传输的业务量
35、为S S，则有：，则有：G=S+(G=S+(单位时间内的重传帧数单位时间内的重传帧数)2023/2/735第34页/共76页第三十五页，共76页。1 1非时隙非时隙非时隙非时隙(sh x)ALOHA(sh x)ALOHA在一个帧发送期间在一个帧发送期间tf tf及之前共及之前共22（这里（这里=tf=tf）秒的）秒的时间区间，被称为时间区间，被称为“易损区间易损区间”。如能保证在这个区间。如能保证在这个区间内信道上只存在当前这个帧在传输内信道上只存在当前这个帧在传输(chunsh)(chunsh)，则这，则这个帧必能成功传输个帧必能成功传输(chunsh)(chunsh)。根据泊松分布公式，当
36、单位时间内的帧到达率为根据泊松分布公式，当单位时间内的帧到达率为G G时，则在期间内出现时，则在期间内出现k k个帧的概率为：个帧的概率为：2023/2/736第35页/共76页第三十六页，共76页。1 1非时隙非时隙非时隙非时隙(sh x)ALOHA(sh x)ALOHA 在易损区间内成功传输一个帧的概率应是在易损区间内成功传输一个帧的概率应是“前一内不发送前一内不发送帧帧”和和“后一个内只发送后一个内只发送个帧个帧”这两事件同时发生这两事件同时发生(fshng)(fshng)的的概率，则成功概率为：概率，则成功概率为：成功概率也即系统成功概率也即系统吞吐率：吞吐率：ALOHA系统系统(xt
37、ng)的的S-G特性曲线特性曲线 2023/2/737第36页/共76页第三十七页，共76页。1 1非时隙非时隙非时隙非时隙(sh x)ALOHA(sh x)ALOHAn nALOHAALOHA系统的帧传输时延通常用时延吞吐特性系统的帧传输时延通常用时延吞吐特性(txng)(txng)来描述。来描述。n n 定义帧传输时延定义帧传输时延D D是从一个帧发送到被接收节点成功接是从一个帧发送到被接收节点成功接收为止的一段时间间隔。收为止的一段时间间隔。n n 归一化的帧传输时延归一化的帧传输时延D D可表示为可表示为 n n 式中，第一项是成功传输的一次归一化时延；第二项是式中，第一项是成功传输的
38、一次归一化时延；第二项是归一化的传播时延，第三项是由于碰撞而引起归一化的传播时延，第三项是由于碰撞而引起E E次重传所次重传所引起的时延引起的时延，其中，其中 是每次重传所需的平均时延。问题是每次重传所需的平均时延。问题归结为求归结为求E E和和。2023/2/738第37页/共76页第三十八页，共76页。1 1非时隙非时隙非时隙非时隙(sh x)ALOHA(sh x)ALOHA不难得出一个帧的平均发送次数就等于不难得出一个帧的平均发送次数就等于G/SG/S。抛去成功的。抛去成功的一次，则平均重传次数为：一次，则平均重传次数为：实际中通常采用的一种简单重传策略是：当发送站检出实际中通常采用的一
39、种简单重传策略是：当发送站检出自己发送的帧出错后，立即计算一个在自己发送的帧出错后，立即计算一个在1,K1,K区间内均匀分区间内均匀分布的随机数布的随机数k k，据此延迟，据此延迟ktfktf秒后再重传被碰撞秒后再重传被碰撞(pnzhun)(pnzhun)的帧，则归一化后的平均一次重传时延为的帧，则归一化后的平均一次重传时延为：最后有：最后有：2023/2/739第38页/共76页第三十九页，共76页。2 2时隙时隙时隙时隙(sh x)ALOHA(sh x)ALOHAn n 前述非时隙前述非时隙ALOHAALOHA系统只给出了约系统只给出了约0.1840.184的最大吞的最大吞吐吐(tnt)(
40、tnt)率。为了提高吞吐率。为了提高吞吐(tnt)(tnt)率，需要设法减少率，需要设法减少各节点发送帧时发生冲突的机会。各节点发送帧时发生冲突的机会。n n 时隙时隙ALOHAALOHA系统系统(简记为简记为S-ALOHA)S-ALOHA)的吞吐的吞吐(tnt)(tnt)率比非时隙率比非时隙ALOHAALOHA系统的确实提高了一倍。系统的确实提高了一倍。n nS-ALOHAS-ALOHA系统的帧传输时延系统的帧传输时延D D比非时隙比非时隙ALOHAALOHA系系统的时延小。统的时延小。2023/2/740第39页/共76页第四十页，共76页。为了提高吞吐量，需要降低冲突的概率。通过给为了提
41、高吞吐量，需要降低冲突的概率。通过给信道划分时隙可以达到降低冲突概率的要求，付出信道划分时隙可以达到降低冲突概率的要求，付出的代价就是要把各站在时间上同步的代价就是要把各站在时间上同步(tngb)起来。起来。2023/2/7412时隙时隙(sh x)ALOHA第40页/共76页第四十一页，共76页。2023/2/742工作原理工作原理把信道在时间上划分成等长的时隙，时隙长度等于帧的发送时间把信道在时间上划分成等长的时隙，时隙长度等于帧的发送时间 ，帧到达各，帧到达各站后，不能立即发送，必须等到一个时隙的开始时才能发送。站后，不能立即发送，必须等到一个时隙的开始时才能发送。性能分析性能分析S-A
42、LOHAS-ALOHA发送成功的条件发送成功的条件(tiojin)(tiojin)是是:两个帧到达时间属于不同时隙，与纯两个帧到达时间属于不同时隙，与纯ALOHAALOHA比降低了冲突概率。比降低了冲突概率。2时隙时隙(sh x)ALOHA第41页/共76页第四十二页，共76页。随机随机(su j)接入接入CSMA/CDn n在在在在ALOHAALOHA中，各站要发送数据帧时，不考虑信道当中，各站要发送数据帧时，不考虑信道当中，各站要发送数据帧时，不考虑信道当中，各站要发送数据帧时，不考虑信道当前的状态，即不管信道是忙还是闲，就马上发送数据帧，前的状态，即不管信道是忙还是闲，就马上发送数据帧，
43、前的状态，即不管信道是忙还是闲，就马上发送数据帧，前的状态，即不管信道是忙还是闲，就马上发送数据帧，这存在严重的盲目性。所以这存在严重的盲目性。所以这存在严重的盲目性。所以这存在严重的盲目性。所以ALOHAALOHA的吞吐量很低。的吞吐量很低。的吞吐量很低。的吞吐量很低。n n要进一步提高系统吞吐率，还应进一步设法减少节点要进一步提高系统吞吐率，还应进一步设法减少节点要进一步提高系统吞吐率，还应进一步设法减少节点要进一步提高系统吞吐率，还应进一步设法减少节点间发送冲突的概率。间发送冲突的概率。间发送冲突的概率。间发送冲突的概率。n n 为此，除了缩小易损区间为此，除了缩小易损区间为此，除了缩小
44、易损区间为此，除了缩小易损区间(这也是有限度的这也是有限度的这也是有限度的这也是有限度的)外，还外，还外，还外，还可以从减少发送策略的盲目性着手，在发送之前进行可以从减少发送策略的盲目性着手，在发送之前进行可以从减少发送策略的盲目性着手，在发送之前进行可以从减少发送策略的盲目性着手，在发送之前进行“载波监测载波监测载波监测载波监测”来确定信道忙闲状态，然后来确定信道忙闲状态，然后来确定信道忙闲状态，然后来确定信道忙闲状态，然后(rnhu)(rnhu)再决定再决定再决定再决定帧发送与否帧发送与否帧发送与否帧发送与否 ，即载波侦听多址接入，即载波侦听多址接入，即载波侦听多址接入，即载波侦听多址接入
45、(Carrier Sense(Carrier Sense Multiple AccessMultiple Access，CSMA)CSMA)方式。方式。方式。方式。2023/2/743第42页/共76页第四十三页，共76页。的基本原理的基本原理的基本原理的基本原理 任一个网络节点在它有帧欲发送之前，先监测一下广任一个网络节点在它有帧欲发送之前，先监测一下广播信道中是否存在别的节点正在发送帧的载波信号。如播信道中是否存在别的节点正在发送帧的载波信号。如果监测到这种信号，说明信道正忙，否则信道是空闲的。果监测到这种信号，说明信道正忙，否则信道是空闲的。然后，根据预定的控制策略来决定：然后，根据预定
46、的控制策略来决定：(1)(1)若测得信道是闲的，应该立即将自己的帧发送出去若测得信道是闲的，应该立即将自己的帧发送出去？还是？还是(hi shi)(hi shi)为慎重起见暂时不发送出去？为慎重起见暂时不发送出去？(2)(2)若测得信道是忙的，应该继续坚持监测载波？还是若测得信道是忙的，应该继续坚持监测载波？还是(hi shi)(hi shi)暂时退避一段时间再监测？暂时退避一段时间再监测？2023/2/744第43页/共76页第四十四页，共76页。2023/2/745随机随机(su j)接入技术：接入技术：CSMAn n载波监听多点接入（载波监听多点接入（载波监听多点接入（载波监听多点接入（
47、Carrier Sense Multiple Access,CSMACarrier Sense Multiple Access,CSMA）是对）是对）是对）是对ALOHAALOHA技技技技术的进一步改进。术的进一步改进。术的进一步改进。术的进一步改进。n nCSMACSMA就是在发送前先监听信道，确定信道是否空闲，再根据信道的情况决就是在发送前先监听信道，确定信道是否空闲，再根据信道的情况决就是在发送前先监听信道，确定信道是否空闲，再根据信道的情况决就是在发送前先监听信道，确定信道是否空闲，再根据信道的情况决定是否发送。当然，代价是要增加载波监听装置。定是否发送。当然，代价是要增加载波监听装置
48、。定是否发送。当然，代价是要增加载波监听装置。定是否发送。当然，代价是要增加载波监听装置。n n根据监听策略的不同，根据监听策略的不同，根据监听策略的不同，根据监听策略的不同，CSMACSMA可以可以可以可以(ky(ky)分为以下三种类型：分为以下三种类型：分为以下三种类型：分为以下三种类型：n n（1 1）非坚持）非坚持）非坚持）非坚持CSMACSMA（Non-persistentNon-persistent）n n（2 2）1-1-坚持坚持坚持坚持CSMACSMA（1-persistent1-persistent）n n（3 3）p-p-坚持坚持坚持坚持CSMACSMA（p-persist
49、entp-persistent）第44页/共76页第四十五页，共76页。2023/2/746随机随机(su j)接入技术：接入技术：CSMA三种三种三种三种CSMACSMACSMACSMA策略的特点策略的特点策略的特点策略的特点(tdin)(tdin)(tdin)(tdin)如下：如下：如下：如下：非坚持非坚持非坚持非坚持:一旦听到信道忙，一旦听到信道忙，一旦听到信道忙，一旦听到信道忙，就随机延时一段时间就随机延时一段时间就随机延时一段时间就随机延时一段时间再重新监听。很可能再重新监听。很可能再重新监听。很可能再重新监听。很可能在重新监听前，信道在重新监听前，信道在重新监听前，信道在重新监听前
50、，信道已经空闲了。不能充已经空闲了。不能充已经空闲了。不能充已经空闲了。不能充分利用信道的空闲时分利用信道的空闲时分利用信道的空闲时分利用信道的空闲时间，影响了信道利用间，影响了信道利用间，影响了信道利用间，影响了信道利用率。在通信量不大时，率。在通信量不大时，率。在通信量不大时，率。在通信量不大时，平均时延较大。平均时延较大。平均时延较大。平均时延较大。非坚持(jinch)CSMA第45页/共76页第四十六页，共76页。2023/2/747随机随机(su j)接入技术：接入技术：CSMA三种三种三种三种CSMACSMACSMACSMA策略的特点如下：策略的特点如下：策略的特点如下：策略的特点