关于随机多址技术的研讨Word文档格式.doc

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Stochasticmulti-sites；

Volumeofgoodshandled；

Timedelayperformance；

Priority

1引言

多址技术是指把处于不同地点的多个用户接入一个公共传输媒质实现各用户之间通信的技术，一个现实中的多址系统所进行信号的传输即实现通信有现实的利用价值，其信号的出现一般是随机的，解决这种随机过程中遇到的问题是我们主要解决的，在上世纪70年代，NormanAbrmson就提出了一种有效的随机争用多址通信方式，这就是著名的ALOHA系统，这以后Roberts又提出了一种使其系统通信量增加一倍的方法SlottedALOHA系统。

即时隙式ALOHA系统，从此，关于改进ALOHA系统的研究开始迅速发展起来，而卫星通信技术，无线分组网络和计算机网络的飞速发展也促使了随机多址系统传输理论的迅速发展，现在这些理论知识已经广泛的运用到了这些系统当中。

2ALOHA系统的介绍

2.1纯ALOHA（Pure-ALOHA）

纯ALOHA信道全网不进行定时和网同步工作，不设置时隙，所以又叫做异步ALOHA。

作为完全随机的多址方式，当无线端站的数量不大时很好地工作。

它的信道利用率比直接进行按需分配的方式更好，同时具有一定的抗干扰能力。

但当端站的数量很多时，传输业务繁忙导致发生碰撞的概率大大增加，这样降低了信道的传输效率，并且由于反复碰撞反复重发使系统稳定性恶性循环直到系统崩溃。

2.2时隙ALOHA（Slotted-ALOHA）

一种改进型ALOHA协议可以为提高纯ALOHA的信道效率:

时隙ALOHA。

时隙ALOHA具有严格的起始和结束时间，两个数据包只有在完全相同的时隙内发送才会发生碰撞，所以发生碰撞的数据包概率大大降低，信道效率得到提高。

根据这一协议:

它将规定信道按等长时隙进行划分，每个时隙正好恰好与传输一个数据包所需的时间相等。

为避免数据包因时间域上的部分重叠发生碰撞，数据包到达后必须等到下一时隙才开始传送，所有端站都只允许在时隙的开始时刻发送信息包。

数据包间一旦发生碰撞将是百分之百的重叠，发生碰撞后，仍经随机延时后分别重发。

2.3预约ALOHA（Reservation-ALOHA）

预约ALOHA协议把信道时间分成帧，每个帧分成A+1个时隙，前A个时隙用来发送数据包，与前面的A个时隙不同，第A+1时隙被再进一步细分成B个子时隙，专门供网中的端站发送预约信号。

一旦预约成功，端站便可利用前A个时隙中的某个空闲时隙发送信息.当某端站需要发送数据时，则向中心站的按需分配处理器发送一个申请，并说明需要发送的数据量。

按需分配处理器通过入站载波把定量的时隙分配给发出申请的端站。

当同时有多个端站向中心站发出申请时，则进行排队等候。

由于在前A个时隙内不会发生“碰撞”，最大信道利用率可达83.3%。

这种方式为数据量变化较大，需要更有效地利用无线信道资源的用户可采用。

2.4选择拒绝ALOHA（SelectReject-ALOHA）

选择拒绝ALOHA实际上是有选择的进行重发数据子包的协议。

本协议具有不需要定时同步的重要特点，并能适合数据包长度可变的端站传输要求。

它可以克服由于大量碰撞导致信道利用率降低的缺点。

在非同步系统中选择拒绝ALOHA的容量最高，是一种较好的非时隙随机多址方式。

对纯ALOHA方式中的发生碰撞数据包的观察中发现:

大量碰撞都发生在局部。

所以可以将该数据包中未被碰撞的部分接收下来恢复，而只将实际发生碰撞的部分重发，从而研发出了选择拒绝ALOHA方式。

本协议规定对数据包仍以ALOHA方式发射，但对每个数据包再分为若干个数据子包，每个数据子包又拥有各自独立的报头（Header）和前置码（AcquisitionPreamble），这样在接收端对每个数据子包可以独立地进行检测。

各个端站以异步随机方式发送信息，数据子包被发送到中心站的同时会启动一个定时器。

如果发生数据包碰撞，其中未遭碰撞的数据子包被对方站正确接收，只重新发射遭到碰撞的数据子包。

最基本的ALOHA多址协议即为以上四种:

纯ALOHA、时隙ALOHA、预约ALOHA和选择拒绝ALOHA.多址接入是无线通信的关键技术之一ALOHA随机多址是一种较适合突发型数据流业务的方式。

对于不同的拓扑网络和不同信息业务，应充分考虑需要传输的业务性质和所建网络的目的后，采用相应的多址方式才能使所建立的系统符合使用的要求，并具有最佳性能。

下面我们讨论一下ALOHA系统的其他改进系统。

3载波侦听多路复用（CSMA）

CSMA是ALOHA系统的一种改进协议，载波侦听多路复用。

采用分布式控制方法，附接总线的各个结点通过竞争的方式，获得总线的使用权。

只有获得使用权的结点才可以向总线发送信息帧，该信息帧将被附接在总线的所有结点感知。

包括以下三个要点：

载波侦听——发送结点在发送信息帧之前，必须侦听媒体是否处于空闲状态；

多路访问——具有两种含义，既表示多个结点可以同时访问媒体，也表示一个结点发送的信息帧可以被多个结点所接收；

冲突检测——发送结点在发出信息帧的同时，还必须监听媒体，判断是否发生冲突（同一时刻，有无其他结点也在发送信息帧）载波侦听多路复用CSMA（CarrierSenseMultipleAccess）协议进一步实现了减少碰撞分组过多占用系统资源的控制思想，通过增加检测电路，使发送站点在发送分组之前能够监听信道的工作状态，避免盲目发送分组信号，进一步减少碰撞发生，提高系统吞吐量。

当一个分组到达某站点准备发送时，该站即开始侦听信道.根据监听策略的不同，可得到三种不同的协议：

（1）0坚持CSMA:

若监听到信道忙（即发现有其他站在发送数据），则放弃

发送，并根据退避协议算法延迟一个随机的时间后再重新监听信道.若监

听到信道空闲，则将要发送的数据帧发送出去;

（2）1坚持CSMA:

若监听信道忙，则坚持监听下去，直到信道空闲，然后抢

占信道将数据帧发送出去;

若监听时信道空闲，则将数据帧发送出去;

（3）p坚持CSMA:

若监听到信道忙，则坚持监听下去直到信道空闲，以P的

概率发送帧，而以（1一P）的概率延时一定时间后重新监听。

0坚持协议的缺点在于即使几个站有信息分组要发送，信道仍可能处于空闲

状态，信道利用率较低。

为了避免这种信道利用率的损失，可采用1坚持协议，

当站点有信息分组要发送时，只要信道空闲，就立即发送。

但这种协议的缺点是

有两个或两个以上的站点有分组要发送时，冲突则不可避免.P坚持协议是一种

折中的协议，它试图降低像1坚持协议的冲突概率，又希望减少像非坚持协议中

信道资源的浪费情况，但问题在于如何有效地选择P值.CSMA由于发送分组前进行载波监听，所以减少了碰撞发生的概率。

4载波侦听多路复用/冲突检测（CSMA/CD）

CSMA由于发送分组前进行载波监听，所以减少了碰撞发生的概率。

但由于传播时延r的存在，冲突还是不可避免。

只要冲突发生，信道就被浪费一段时间T+r.为了进一步减少碰撞分组占用的系统资源，CSMA/CD（CarrierSenseMultipleAccesswithCollisionDetection）增加了边发送边监听的功能。

CSMA/CD和CSMA一样也可以分为3种---0坚持，1坚持，P坚持。

其控制方案如下：

各个站（节点）都能独立地决定数据帧的发送与接收。

每个站在发送数据帧之前，首先要进行载波监听，只有介质空闲时，才允许发送帧。

这时，如果两个以上的站同时监听到介质空闲并发送帧，则会产生冲突现象，这使发送的帧都成为无效帧，发送随即宣告失败。

每个站必须有能力随时检测冲突是否发生，一旦发生冲突，则应停止发送，以免介质带宽因传送无效帧而被白白浪费，然后随机延时一段时间后，再重新争用介质，重发送帧。

CSMA/CD协议简单、可靠，其网络系统（如Ethernet）被广泛使用。

发送控制过程：

a）节点1要发送数据，先帧听信道是否有信号传输;

b）媒体正有信号传输，继续监听;

c）媒体无信号传输，发送数据，继续监听；

d）发出与监听信息不一致，则认为发生冲突，立即终止发送信息，并向其他媒体发出冲突强化信号，使其他节点也感知；

e）等待时间，准备重发；

f）重发，继续监听;

g）信息一致，数据正确，则没有发生冲突，完成。

节点

节点1

信道

节点2

图1通信信道图

CSMA/CD方式的数据接收过程相对简单：

网上每个结点的MAC实体都监听媒体，如果有信号传输，则收集信息，得到MAC帧；

实体分析和判断帧中的接收地址；

如果接收地址为本结点地址，复制接收该帧；

否则，简单丢弃该帧。

由于CSMA/CD控制方式的数据发送具有广播的特点，对于具有组地址或者广播地址的数据帧，同时具有多个结点复制和接收该帧。

5载波侦听多路复用/避免冲撞协议（CSMA/CA）

CSMA/CD有效解决了有线网络中的媒体接入控制问题。

随着无线通信技术的

迅速发展，由于无线网络具有隐藏终端和暴露终端等问题，且无线信道传输条件

特殊，造成信号强度的动态范围非常大，发送站点无法使用冲突检测的方法来确

定是否发生了冲突，所以无线局域网不能使用CSMA/CD，而使用CSMA。

为了提

高CSMA的效率，IEEE8802.11协议使用了CSMA/CA（carrierSenseMultipleAccesswithCollisionAvoidance）技术.CSMA/CA技术采用两次握手机制或四次握手RTS/CTS机制在发送数据帧之前对信道进行预约，减少了发生冲突浪费的时间，提高了网络效率。

IEEE8802.11协议为无线局域网的通信协议，所以一般无线通信协议采用CSMA/CA。

CSMA/CA属于坚持CSMA,它通过使用载波监听机制来确定信道的忙