第四章_信道共享技術(shù)

第四章 信道共享技術(shù),當(dāng)信道使用產(chǎn)生競爭時(shí)如何分配信道的使用權(quán),關(guān)鍵問題:,信道共享技術(shù)分類（依據(jù)連接方式）, 通過集中器或復(fù)用器連接 特點(diǎn)：附加設(shè)備，集中控制 接入方法：順序掃描查詢，或使用中斷技術(shù) 通過公用信道連接 (多點(diǎn)接入技術(shù)） 特點(diǎn)：一條公用信道連接所有主機(jī)，按協(xié)議分配信道,集中式控制：輪叫輪詢 傳遞輪詢,分散式控制：令牌環(huán)網(wǎng)，傳遞令牌，獲得令牌才有權(quán)發(fā)送數(shù)據(jù),隨機(jī)接入：站點(diǎn)可隨時(shí)發(fā)送數(shù)據(jù)，爭用信道，易沖突 ALOHA CSMA CSMA/CD,受控接入 ,多點(diǎn)接入技術(shù),通過復(fù)用器或集中器連接,主 機(jī),前 端 機(jī),MUX,M,M,M,M,MUX,T,T,T,T,T,T,C,信道共享技術(shù)分類,信道共享,TDM,FDM,STDM,ATDM,隨機(jī)接入,受控接入,CATV,CSMA,CSMA/CD,集中控制,分散控制,輪詢,令牌,靜態(tài)分配,動(dòng)態(tài)分配,（異步時(shí)分復(fù)用）,1、輪叫輪詢 （1）原理 主站與從站間來回,主,1,2,N,受控多路接入,2、傳遞輪詢 （1）原理 主站與最遠(yuǎn)站點(diǎn)傳遞輪詢針，從最遠(yuǎn)站到最近的從站發(fā)送輪詢針,主,1,2,N,（2）性能 與輪叫輪詢不同,受控多路接入,3、兩種輪詢性能比較 （1）傳遞輪詢的時(shí)延小于同樣條件下的輪叫輪詢； （2）站點(diǎn)間距離越大傳遞輪詢的優(yōu)越性越強(qiáng)； （3）當(dāng)站點(diǎn)距離很小時(shí)，兩種輪詢方式時(shí)延相同。,受控多路接入,純ALOHA協(xié)議, 工作原理：站點(diǎn)只要產(chǎn)生幀，就立即發(fā)送到信道上；規(guī)定時(shí)間內(nèi)若收到應(yīng)答，表示發(fā)送成功；否則重發(fā) 重發(fā)策略：等待一段隨機(jī)的時(shí)間，然后重發(fā)；如再次沖突，則再等待一段隨機(jī)的時(shí)間，直到重發(fā)成功為止 缺點(diǎn)：極容易沖突 性能：網(wǎng)絡(luò)負(fù)載 0. 5 吞吐量 0. 184,N,N-1,2,1,接口,總線信道,ALOHA系統(tǒng)的一般模型,隨機(jī)接入方式,純ALOHA系統(tǒng)的工作原理圖,A1,幀產(chǎn)生,B1,A2,A2,B1,沖突,隨機(jī)時(shí)間 t1,t2,B2,A2,t3,B2,t4,B3,A3,站A,站B,信道上的總效應(yīng),A1,B1,A2,B2,純ALOHA協(xié)議的性能分析,假定幀的產(chǎn)生服從泊松分布，其概率密度函數(shù)為：,(t) = e -t , 其中t為到達(dá)時(shí)間間隔,主要性能參數(shù)： 吞吐率（吞吐量）S -T0 內(nèi)成功發(fā)送的幀數(shù) 0 S 1 網(wǎng)絡(luò)負(fù)載G - T0 內(nèi)總共發(fā)送的平均幀數(shù) T0 的含義：獨(dú)占信道時(shí)成功發(fā)送一幀所用的時(shí)間 幀成功發(fā)送的條件：該幀與其前后2幀的間隔均大于T0 S與G的關(guān)系：S = G P發(fā)送成功 P發(fā)送成功 = P 連續(xù)2個(gè)到達(dá)間隔T0 = （P 到達(dá)間隔T0 ）2 P 到達(dá)間隔T0 = T0 (t) dt = T0 (G/ T0) e -Gt/ T0 dt = e -G 吞吐量公式： S = G e -2G 極大值為 G=0.5時(shí)，S = 0.184,時(shí)隙ALOHA系統(tǒng)的工作原理圖,A1,幀產(chǎn)生,B3,A2,A2,B1,沖突,隨機(jī)時(shí)間t1,t2,B2,B2,B3,A3,站A,站B,信道上的總效應(yīng),A1,B1,A2,B2,A3, 工作原理：將時(shí)間劃分為一段段等長的時(shí)隙，規(guī)定幀不論何時(shí)產(chǎn)生，只能在每個(gè)時(shí)隙開始時(shí)發(fā)送到信道上,時(shí)隙ALOHA協(xié)議（S-ALOHA）, 工作原理：將時(shí)間劃分為一段段等長的時(shí)隙，規(guī)定幀不論何時(shí)產(chǎn)生，只能在每個(gè)時(shí)隙開始時(shí)發(fā)送到信道上 重發(fā)策略：同純ALOHA 性能：網(wǎng)絡(luò)負(fù)載 1 吞吐量 0. 37 代價(jià)：需要全網(wǎng)同步；可設(shè)置一個(gè)特殊站點(diǎn)，由該站點(diǎn)發(fā)送時(shí)鐘信號(hào) 幀發(fā)送成功的條件：沒有其他幀在同一時(shí)隙內(nèi)到達(dá) P發(fā)送成功 = P 到達(dá)間隔T0 - Tx P 到達(dá)間隔 Tx = T0 -Tx (t) dt Tx (t) dt = T0 -Tx e -t dt Tx e -t dt = T0 -Tx (G/ T0) e -Gt/ T0 dt Tx (G/ T0) e -Gt/ T0 dt = e -G 吞吐量公式： S = G e -G 極大值為 G= 1 時(shí)，S = 0.37 第k次發(fā)送成功的概率 Pk = e -G ( 1-e -G )k-1 平均重發(fā)次數(shù) E= k Pk = k e -G ( 1-e -G )k-1 = e G k=1 k=1,輪詢和隨機(jī)接入的比較,（1）當(dāng)站數(shù)較少時(shí)，純ALOHA時(shí)延較小 當(dāng)站數(shù)較多時(shí)，輪詢的時(shí)延較小 （2）純ALOHA受約束少，通信量強(qiáng)度小的時(shí)候 可以得到比較小的時(shí)延 輪詢系統(tǒng)對(duì)每個(gè)站的發(fā)送時(shí)機(jī)都有嚴(yán)格限制，所以通信量強(qiáng)度 增大時(shí)各站不會(huì)互相干擾，仍然能一個(gè)一個(gè)地發(fā)，不會(huì)沖突， 通信量強(qiáng)度大的時(shí)候時(shí)延特性好 （3）站數(shù)多的時(shí)候輪詢不會(huì)出現(xiàn)不穩(wěn)定現(xiàn)象， 而兩種ALOHA都有不穩(wěn)定區(qū)域 （4）傳播時(shí)延大的時(shí)候主要用ALOHA及其派生系統(tǒng),CSMA：載波監(jiān)聽多點(diǎn)訪問, 工作原理：發(fā)送前監(jiān)聽。附加硬件裝置，每個(gè)站點(diǎn)在發(fā)送數(shù)據(jù)之前要監(jiān)聽信道上是否有數(shù)據(jù)在傳送。若有，則此站暫停發(fā)送，等待一段時(shí)間后重試。 載波監(jiān)聽策略： 非堅(jiān)持CSMA：一旦監(jiān)聽到信道忙，就不再監(jiān)聽；延遲一個(gè)隨機(jī)時(shí)間 后再次監(jiān)聽。 堅(jiān)持CSMA：監(jiān)聽到信道忙時(shí)，仍繼續(xù)監(jiān)聽，直到信道空閑 1-堅(jiān)持CSMA：一聽到信道空閑就立即發(fā)送數(shù)據(jù)（以概率1發(fā)送） p-堅(jiān)持CSMA：聽到信道空閑時(shí)，以概率p發(fā)送數(shù)據(jù)，即以概率1-p延遲一段時(shí)間后再發(fā)送 性能：輕載時(shí)，1堅(jiān)持CSMA吞吐量最大； 重載時(shí)，非堅(jiān)持CSMA吞吐量最大。 缺點(diǎn)：由于傳播時(shí)延的存在，沖突不可避免,CSMA的流程圖,有待發(fā)幀？,載波監(jiān)聽策略,（分時(shí)隙）延遲到下 一個(gè)時(shí)隙的開始,發(fā)送,等待2t,收到ACK？,出口,N,Y,延遲隨機(jī)時(shí)間,N,Y,ALOHA,l p?,Y,N,非堅(jiān)持CSMA,信道忙？,選擇0-1之間 的隨機(jī)數(shù)l,信道忙？,延遲t,N,N,Y,Y,P堅(jiān)持CSMA,CSMA哪里可以改進(jìn)?,CSMA/CD：帶沖突檢測的載波監(jiān)聽多點(diǎn)訪問, 工作原理：邊發(fā)送邊監(jiān)聽。若監(jiān)聽到?jīng)_突，則沖突雙方都立即停止發(fā)送。信道很快空閑，從而提高效率。 1-堅(jiān)持的CSMA/CD：監(jiān)聽到信道空閑就立即發(fā)送數(shù)據(jù)，并繼續(xù)監(jiān)聽；若監(jiān)聽到?jīng)_突，則立即放棄發(fā)送 沖突檢測方法： 比較接收到的信號(hào)電壓的大小 檢測曼徹斯特編碼的過零點(diǎn) 比較接收到的信號(hào)與剛發(fā)出的信號(hào) 站點(diǎn)檢測到?jīng)_突后，往往發(fā)送人為干擾信號(hào)，強(qiáng)化沖突，以通知其他站點(diǎn) 退避算法：以截?cái)喽M(jìn)制指數(shù)類型，來決定重發(fā)時(shí)延 從 0, 1, 2, ., 2k-1 中隨機(jī)取一個(gè)數(shù)r，重發(fā)時(shí)延 = r 基本重發(fā)時(shí)延 其中 k = min 重發(fā)次數(shù)，10 動(dòng)態(tài)退避算法,若兩個(gè)最遠(yuǎn)距離站點(diǎn)間的傳輸時(shí)間為T，則網(wǎng)絡(luò)的最大沖突檢測時(shí)間為2T。,沖突檢測時(shí)間,T,A在t=0時(shí)刻向F發(fā)送幀。,F在t=T- 時(shí)刻向A發(fā)送幀，在t=T時(shí)檢測到?jīng)_突，立即發(fā)送噪聲幀。,A在t= 2T時(shí)刻收到F向全網(wǎng)發(fā)送的噪聲幀。,各站點(diǎn)嘗試爭用