介質(zhì)訪問(wèn)控制PPT教案課件

1、會(huì)計(jì)學(xué)1介質(zhì)訪問(wèn)控制5-2理想的多址訪問(wèn)協(xié)議速率為R bps的廣播信道1. 當(dāng)一個(gè)節(jié)點(diǎn)有數(shù)據(jù)發(fā)送時(shí)，它能以R bps的速率發(fā)送.2. 當(dāng)有M個(gè)節(jié)點(diǎn)要發(fā)送數(shù)據(jù)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)的平均發(fā)送速率為 R/M3. 完全分散:不需要主節(jié)點(diǎn)協(xié)調(diào)傳輸不需要時(shí)鐘、時(shí)隙同步4. 簡(jiǎn)單第1頁(yè)/共24頁(yè)5-3MAC 協(xié)議:分類3大類:信道劃分把信道劃分為小“片” (時(shí)隙，頻分，碼分)給節(jié)點(diǎn)分配專用的小“片”隨機(jī)訪問(wèn)不劃分信道，允許沖突能從沖突中“恢復(fù)”輪流通過(guò)集中調(diào)整共享訪問(wèn)避免沖突第2頁(yè)/共24頁(yè)5-4時(shí)分多路訪問(wèn): TDMATDMA: time division multiple access 輪流訪問(wèn)信道在每個(gè)循環(huán)中，

2、每個(gè)站點(diǎn)得到一個(gè)固定長(zhǎng)度的時(shí)隙時(shí)隙長(zhǎng)度通常為數(shù)據(jù)服務(wù)單元的發(fā)送時(shí)間未被使用的時(shí)隙空閑例子：6個(gè)站點(diǎn)的局域網(wǎng)， 1,3,4 被使用，2,5,6空閑 第3頁(yè)/共24頁(yè)5-5頻分多路訪問(wèn): FDMAFDMA: frequency division multiple access 信道被分成不同頻段每個(gè)站點(diǎn)分配一個(gè)固定的頻段未被使用的頻段空閑例子：6個(gè)站點(diǎn)的局域網(wǎng)， 1,3,4 被使用，2,5,6空閑frequency bandstime第4頁(yè)/共24頁(yè)5-6頻分多路復(fù)用 頻分多路復(fù)用的原理圖 第5頁(yè)/共24頁(yè)5-7碼分多路訪問(wèn) (CDMA)CDMA (Code Division Multiple A

3、ccess) 每個(gè)節(jié)點(diǎn)分配一個(gè)唯一的碼片每個(gè)節(jié)點(diǎn)用它唯一的碼片來(lái)對(duì)它發(fā)送的數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼允許多個(gè)節(jié)點(diǎn)“共存” ，信號(hào)可疊加，即可以同時(shí)傳輸數(shù)據(jù)而無(wú)沖突 (如果編碼 是“正交化”的)第6頁(yè)/共24頁(yè)5-8波分多路復(fù)用 波分多路復(fù)用第7頁(yè)/共24頁(yè)5-9隨機(jī)訪問(wèn)協(xié)議節(jié)點(diǎn)有數(shù)據(jù)包發(fā)送以信道滿數(shù)據(jù)率R傳送節(jié)點(diǎn)間沒(méi)有協(xié)調(diào)者2個(gè)或更多的發(fā)送節(jié)點(diǎn) - “沖突collision”,隨機(jī)訪問(wèn)MAC協(xié)議要求: 能夠檢測(cè)沖突能夠從沖突中恢復(fù) (例如：通過(guò)延時(shí)重傳)隨機(jī)訪問(wèn)MAC協(xié)議實(shí)例：ALOHA時(shí)隙ALOHACSMA, CSMA/CD, CSMA/CA第8頁(yè)/共24頁(yè)5-10ALOHAAlOHA系統(tǒng)的一般模型第9頁(yè)

4、/共24頁(yè)5-11時(shí)隙ALOHA假設(shè)所有幀大小相同時(shí)間被劃分為相同大小的時(shí)隙，一個(gè)時(shí)隙等于傳送一幀的時(shí)間節(jié)點(diǎn)只能在一個(gè)時(shí)隙的開(kāi)始才能傳送節(jié)點(diǎn)需要同步如果一個(gè)時(shí)隙有多個(gè)節(jié)點(diǎn)同時(shí)傳送，所有節(jié)點(diǎn)都能檢測(cè)到?jīng)_突實(shí)現(xiàn)當(dāng)節(jié)點(diǎn)要發(fā)送新幀，它等到下一時(shí)隙開(kāi)始時(shí)傳送沒(méi)有沖突，節(jié)點(diǎn)可以在下一時(shí)隙發(fā)送新幀如果有沖突，節(jié)點(diǎn)在隨后的時(shí)隙以概率p重傳該幀，直到成功為止。第10頁(yè)/共24頁(yè)5-12時(shí)隙ALOHA(S-ALOHA)(1)目的：為了提高隨機(jī)接入系統(tǒng)的吞吐量，可以將所有各站在時(shí)間上都同步起來(lái)，并將時(shí)間劃分為一段段等長(zhǎng)的時(shí)隙T0, 同時(shí)規(guī)定，不論幀在何時(shí)產(chǎn)生，它只能在每個(gè)時(shí)隙開(kāi)始時(shí)才能發(fā)送出去。這樣的ALOHA系統(tǒng)

5、稱為時(shí)隙ALOHA(S-ALOHA)。工作原理：第11頁(yè)/共24頁(yè)5-13時(shí)隙ALOHA優(yōu)點(diǎn)單個(gè)活躍節(jié)點(diǎn)可以持續(xù)以滿速率傳送幀具有高分散性: 只需節(jié)點(diǎn)的時(shí)隙同步簡(jiǎn)單缺點(diǎn)沖突，浪費(fèi)時(shí)隙空閑時(shí)隙第12頁(yè)/共24頁(yè)5-14時(shí)隙Aloha效率假設(shè)有N個(gè)節(jié)點(diǎn)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)在時(shí)隙以概率p發(fā)送一個(gè)節(jié)點(diǎn)在一個(gè)時(shí)隙成功傳送的概率 = p(1-p)N-1任一節(jié)點(diǎn)傳送成功的概率 = Np(1-p)N-1 為了得到N個(gè)活躍節(jié)點(diǎn)的最大效率，必須找出使表達(dá)式Np(1-p)N-1 取最大值的p*為了得到大量活躍節(jié)點(diǎn)的最大效率， 我們求N趨近無(wú)窮時(shí)Np*(1-p*)N-1 極限值，計(jì)算可知最大效率為1/e =0 .37效率 ：當(dāng)

6、有很多節(jié)點(diǎn)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)有很多幀要發(fā)送時(shí)，成功時(shí)隙所占的百分比最佳: 信道有 37%的有效傳輸?shù)?3頁(yè)/共24頁(yè)5-15純ALOHA圖4-3-2 純ALOHA的工作原理第14頁(yè)/共24頁(yè)5-16純 (非時(shí)隙) ALOHA非時(shí)隙Aloha: 簡(jiǎn)單，不需同步幀一到達(dá) 立即傳輸沖突概率增加:在t0發(fā)送的幀和在 t0-1,t0+1的發(fā)送的其它幀沖突第15頁(yè)/共24頁(yè)5-17純Aloha效率P(給定節(jié)點(diǎn)成功傳送) = P(節(jié)點(diǎn)傳送) . P(沒(méi)有其他節(jié)點(diǎn)在t0-1,t0內(nèi)傳送) . P(沒(méi)有其他節(jié)點(diǎn)在t0,t0 +1內(nèi)傳送) = p . (1-p)N-1 . (1-p)N-1 = p . (1-p)2(N-

7、1) 選擇p值，然后求N-無(wú)窮時(shí)的極限. 最大效率= 1/(2e) = 0.18 第16頁(yè)/共24頁(yè)5-18“輪轉(zhuǎn)”MAC協(xié)議分割信道MAC協(xié)議在高負(fù)載的情況下，信道共享公平高效低負(fù)載效率低：延遲訪問(wèn)，如果只有一個(gè)活躍節(jié)點(diǎn)只分配了 1/N的帶寬隨機(jī)訪問(wèn)MAC協(xié)議低負(fù)載效率高：?jiǎn)蝹€(gè)節(jié)點(diǎn)可以獲得整個(gè)信道高負(fù)載：沖突開(kāi)銷大“輪轉(zhuǎn)”協(xié)議兩者的折中!第17頁(yè)/共24頁(yè)5-19多址訪問(wèn)協(xié)議-輪流協(xié)議第一種：輪詢協(xié)議一個(gè)節(jié)點(diǎn)被指定為主節(jié)點(diǎn)，主節(jié)點(diǎn)以循環(huán)的方式輪詢每個(gè)節(jié)點(diǎn)。主節(jié)點(diǎn)首先給節(jié)點(diǎn)1發(fā)送一個(gè)報(bào)文，告訴它能夠傳輸?shù)淖畲髱瑪?shù)，節(jié)點(diǎn)1傳完之后，主節(jié)點(diǎn)告訴節(jié)點(diǎn)2能夠傳輸?shù)淖畲髱瑪?shù)，以這種方式繼續(xù)。（主節(jié)點(diǎn)可以

8、觀察信道上是否有信號(hào)來(lái)判斷某個(gè)節(jié)點(diǎn)是否完成了發(fā)送）第18頁(yè)/共24頁(yè)5-20多址訪問(wèn)協(xié)議-輪流協(xié)議第二種：令牌傳遞協(xié)議沒(méi)有主節(jié)點(diǎn)，一個(gè)稱為令牌的幀在節(jié)點(diǎn)之間傳輸，當(dāng)一個(gè)節(jié)點(diǎn)收到令牌時(shí)，只有當(dāng)它有數(shù)據(jù)要傳輸，它才持有這個(gè)令牌，否則向下一個(gè)節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)令牌。第19頁(yè)/共24頁(yè)5-21“輪轉(zhuǎn)” MAC協(xié)議輪詢: 主節(jié)點(diǎn)輪流 “邀請(qǐng)”從屬節(jié)點(diǎn)傳送數(shù)據(jù)關(guān)注：輪詢開(kāi)銷 延遲主節(jié)點(diǎn)失效，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)失效令牌傳遞：控制令牌從一個(gè)節(jié)點(diǎn)順序傳到下一個(gè)節(jié)點(diǎn)令牌消息關(guān)注：令牌開(kāi)銷延時(shí)令牌失效 第20頁(yè)/共24頁(yè)5-22令牌環(huán)網(wǎng)的基本原理令牌環(huán)是一種適用于環(huán)形網(wǎng)絡(luò)的分布式介質(zhì)訪問(wèn)控制方式。其有如下特點(diǎn)：一個(gè)環(huán)只有一個(gè)令牌；令牌是站點(diǎn)能進(jìn)行數(shù)據(jù)發(fā)送的憑證，只有獲得令牌的站點(diǎn)才能進(jìn)入數(shù)據(jù)發(fā)送工作方式；令牌環(huán)繞環(huán)行駛。令牌有“忙（Busy）”和“空閑（Free）”兩種信息狀態(tài)。第21頁(yè)/共24頁(yè)5-23令牌環(huán)訪問(wèn)基本原理 當(dāng)一個(gè)站點(diǎn)要發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，必須等待空令牌通過(guò)本站，然后將令牌改成忙令牌，然后把數(shù)據(jù)發(fā)送到環(huán)網(wǎng)。數(shù)據(jù)在環(huán)上循環(huán)一周后再回到發(fā)送站，由發(fā)送站將幀從環(huán)上移去，同時(shí)將忙令牌改成空令牌，傳給下一個(gè)站。數(shù)據(jù)幀環(huán)繞通過(guò)各站時(shí)，各站都要將幀的地址與本站地址相互比較，如果地址相符，則將幀拷貝到本站緩沖區(qū)，同時(shí)將幀送回環(huán)，使幀繼續(xù)沿環(huán)傳送；如地址不符則簡(jiǎn)單