水聲通信組網(wǎng)技術(shù)第四講水聲網(wǎng)絡(luò)多址接入

2023/2/4第四講水聲網(wǎng)絡(luò)的多址接入1第四講水聲網(wǎng)絡(luò)的多址接入多址接入?yún)f(xié)議概述多址接入?yún)f(xié)議的分類多址接入信道模型各種多址接入?yún)f(xié)議固定多址接入?yún)f(xié)議隨機多址接入?yún)f(xié)議預(yù)約多址接入?yún)f(xié)議水下通信網(wǎng)絡(luò)的多址接入?yún)f(xié)議2023/2/4第四講水聲網(wǎng)絡(luò)的多址接入21.多址接入?yún)f(xié)議概述網(wǎng)絡(luò)中的終端設(shè)備通過通信子網(wǎng)來訪問網(wǎng)絡(luò)中的資源。當多個終端同時訪問同一資源（如共享的通信信道）時，就可能會產(chǎn)生信息碰撞，導(dǎo)致通信失敗。典型的共享鏈路有：衛(wèi)星鏈路和蜂窩移動通信系統(tǒng)的鏈路、局域網(wǎng)、分組無線電網(wǎng)等。2023/2/431.多址接入?yún)f(xié)議概述第四講水聲網(wǎng)絡(luò)的多址接入2023/2/4第四講水聲網(wǎng)絡(luò)的多址接入41.多址接入?yún)f(xié)議概述為了有效的進行通信，就需要有某種機制來決定資源的使用權(quán)，這就是網(wǎng)絡(luò)的多址接入控制問題。所謂多址接入?yún)f(xié)議（MultipleAccessProtocol）就是在一個網(wǎng)絡(luò)中，解決多個用戶如何高效共享一個物理鏈路資源的技術(shù)。2023/2/4第四講水聲網(wǎng)絡(luò)的多址接入51.多址接入?yún)f(xié)議概述

——MAC層在通信協(xié)議中的位置從分層的角度來看，多址技術(shù)是數(shù)據(jù)鏈路層的一個子層。它處于數(shù)據(jù)鏈路邏輯控制層下方，物理層的上方。MAC層將有限的資源分配給多個用戶，從而使得在眾多用戶之間實現(xiàn)公平、有效地共享有限的帶寬資源；實現(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)時延。邏輯鏈路控制（LLC）子層為本節(jié)點提供了到其鄰節(jié)點的“鏈路”，而如何協(xié)調(diào)本節(jié)點和其它節(jié)點來有效地共享帶寬資源，是媒質(zhì)接入控制子層——MAC層的主要功能。2023/2/4第四講水聲網(wǎng)絡(luò)的多址接入6水聲網(wǎng)絡(luò)的通用協(xié)議棧結(jié)構(gòu)的演化節(jié)點A節(jié)點B自組織網(wǎng)協(xié)議棧的演化

自組織網(wǎng)協(xié)議棧結(jié)構(gòu)1.多址接入?yún)f(xié)議概述

——MAC層在通信協(xié)議中的位置2023/2/4第四講水聲網(wǎng)絡(luò)的多址接入71.多址接入?yún)f(xié)議概述

——MAC層在通信協(xié)議中的位置2023/2/4第四講水聲網(wǎng)絡(luò)的多址接入82.多址協(xié)議的分類固定分配多址接入?yún)f(xié)議隨機分配多址接入?yún)f(xié)議基于預(yù)約方式的多址接入?yún)f(xié)議2023/2/4第四講水聲網(wǎng)絡(luò)的多址接入92.多址協(xié)議的分類所謂固定分配多址接入是指在用戶接入信道時，專門為其分配一定的信道資源（如頻率、時隙、碼字或空間），用戶獨享該資源，直到通信結(jié)束。2023/2/4第四講水聲網(wǎng)絡(luò)的多址接入102.多址協(xié)議的分類所謂隨機多址接入是指用戶可以隨時接入信道，并且可能不會顧及其它用戶是否在傳輸。當信道中同時有多個用戶接入時，在信道資源的使用上就會發(fā)生沖突（碰撞）。因此，對于有競爭的多址接入?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行傳輸是一個非常重要的問題。2023/2/4第四講水聲網(wǎng)絡(luò)的多址接入112.多址協(xié)議的分類所謂基于預(yù)約的多址接入?yún)f(xié)議，是指在數(shù)據(jù)分組傳輸之前，先進行資源預(yù)約。一旦預(yù)約到資源（如頻率、時隙），則在該資源內(nèi)可進行無沖突的傳輸。2023/2/4第四講水聲網(wǎng)絡(luò)的多址接入122.多址協(xié)議的分類2023/2/4第四講水聲網(wǎng)絡(luò)的多址接入133.系統(tǒng)模型從排隊論的觀點出發(fā)，多址信道可以看成一個多進單出的排隊系統(tǒng)（即該系統(tǒng)有多個輸入而僅僅有一個輸出）。每一個節(jié)點都可以獨立的產(chǎn)生分組，而信道則相當于服務(wù)員，它要為各個隊列服務(wù)。由于各個排隊隊列是相互獨立的，各節(jié)點無法知道其它隊列的情況，服務(wù)員也不知道各個隊列的情況，所以增加了系統(tǒng)的復(fù)雜性。如果我們可以通過某種措施，使各個節(jié)點產(chǎn)生的分組在進入信道之前排列成一個總的隊列，然后由信道來服務(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。2023/2/4第四講水聲網(wǎng)絡(luò)的多址接入14(a)多址信道；

(b)理想的多址協(xié)議

2023/2/4第四講水聲網(wǎng)絡(luò)的多址接入15用戶數(shù)據(jù)隨機到達2023/2/4第四講水聲網(wǎng)絡(luò)的多址接入162023/2/4第四講水聲網(wǎng)絡(luò)的多址接入174.1固定分配多址接入?yún)f(xié)議頻分多址接入時分多址接入碼分多址接入空分多址接入2023/2/4第四講水聲網(wǎng)絡(luò)的多址接入184.1固定分配多址接入?yún)f(xié)議固定多址接入?yún)f(xié)議又稱為無競爭的多址接入?yún)f(xié)議或靜態(tài)分配的多址接入?yún)f(xié)議。固定多址接入為每個用戶固定分配一定的系統(tǒng)資源，這樣當用戶有數(shù)據(jù)發(fā)送時，就能不受干擾地獨享已分配的信道資源。固定多址接入的優(yōu)點在于可以保證每個用戶之間的“公平性”（每個用戶都分配了固定的資源）以及數(shù)據(jù)的平均時延。典型的固定多址接入?yún)f(xié)議有：頻分多址（FDMA）、時分多址（TDMA）、碼分多址（CDMA）及空分多址（SDMA）等。2023/2/4第四講水聲網(wǎng)絡(luò)的多址接入19頻分多址接入頻分多址——FrequencyDivisionMultipleAccess（FDMA）是把通信系統(tǒng)的總頻段劃分成若干個等間隔的頻道（或稱信道），并將這些頻道分配給不同的用戶使用，這些頻道之間互不交疊。2023/2/4第四講水聲網(wǎng)絡(luò)的多址接入20頻分多址接入2023/2/4第四講水聲網(wǎng)絡(luò)的多址接入21頻分多址接入FDMA的最大優(yōu)點是相互之間不會產(chǎn)生干擾。當用戶數(shù)較少且數(shù)量大致固定、每個用戶的業(yè)務(wù)量都較大時（比如在電話交換網(wǎng)中），F(xiàn)DMA是一種有效的分配方法。但是，當網(wǎng)絡(luò)中用戶數(shù)較多且數(shù)量經(jīng)常變化，或者通信量具有突發(fā)性的特點時，采用FDMA就會產(chǎn)生一些問題：當網(wǎng)絡(luò)中的實際用戶數(shù)少于已經(jīng)劃分的頻道數(shù)時，許多寶貴的頻道資源就白白浪費了當網(wǎng)絡(luò)中的頻道已經(jīng)分配完后，即使這時已分配到頻道的用戶沒有進行通信，其他一些用戶也會因為沒有分配到頻道而不能通信。2023/2/4第四講水聲網(wǎng)絡(luò)的多址接入22時分多址——TimeDivisionMultipleAccess(TDMA)也是一種典型的固定多址接入?yún)f(xié)議。TDMA多址接入?yún)f(xié)議將時間分割成周期性的幀，每一幀再分割成若干個時隙（無論幀或時隙都是互不重疊的），然后根據(jù)一定的時隙分配原則，使每個用戶只能在指定的時隙內(nèi)發(fā)送。時分多址接入2023/2/4第四講水聲網(wǎng)絡(luò)的多址接入23時分多址接入在時分多址的系統(tǒng)中，用戶在每一幀中可以占用一個時隙，如果用戶在已分配的時隙上沒有數(shù)據(jù)傳輸，則這段時間將被浪費。2023/2/4第四講水聲網(wǎng)絡(luò)的多址接入242023/2/4第四講水聲網(wǎng)絡(luò)的多址接入25每個用戶具有特定的地址碼用戶通過地址碼的正交性來進行區(qū)分碼分多址通常伴隨著擴頻通信碼分多址接入2023/2/4第四講水聲網(wǎng)絡(luò)的多址接入26將空間分割構(gòu)成不同的信道，從而實現(xiàn)頻率的重復(fù)使用。一顆衛(wèi)星使用多個天線，各個天線的波束射向地球表面的不同區(qū)域、地面上不同地區(qū)的地球站，它們在同一時間、即使使用相同的頻率進行工作，它們之間也不會形成干擾?？辗侄嘀方尤?023/2/4第四講水聲網(wǎng)絡(luò)的多址接入274.2隨機多址接入?yún)f(xié)議ALOHACSMACSMA/CDIEEE802.11協(xié)議(CSMA/CA)2023/2/4第四講水聲網(wǎng)絡(luò)的多址接入28隨機多址接入?yún)f(xié)議隨機多址協(xié)議又叫做有競爭的多址接入?yún)f(xié)議。網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點在網(wǎng)絡(luò)中的地位是等同的，各節(jié)點通過競爭獲得信道的使用權(quán)。隨機多址接入?yún)f(xié)議又可細分為：完全隨機多址接入?yún)f(xié)議（ALOHA協(xié)議）載波偵聽型多址接入?yún)f(xié)議我們主要關(guān)心兩個方面的問題：穩(wěn)態(tài)情況下系統(tǒng)的通過率和時延性能系統(tǒng)的穩(wěn)定性2023/2/4第四講水聲網(wǎng)絡(luò)的多址接入29ALOHA協(xié)議ALOHA協(xié)議是上世紀70年代Hawaii大學建立的在多個數(shù)據(jù)終端到計算中心之間的通信網(wǎng)絡(luò)中使用的協(xié)議。基本思想：若一個空閑的節(jié)點有一個分組到達，則立即發(fā)送該分組，并期望不會和其它節(jié)點發(fā)生碰撞。如果發(fā)生碰撞,則在一個隨機時延后重傳。

2023/2/4第四講水聲網(wǎng)絡(luò)的多址接入30純ALOHA協(xié)議純ALOHA協(xié)議基于用戶對媒介的隨機接入。當用戶有信息要發(fā)送時，它就立即發(fā)送如果接收用戶正確接收數(shù)據(jù)，則發(fā)回確認信息（ACK：acknowledgement）如果發(fā)送用戶沒有收到ACK，則等待隨機時間后重發(fā)。2023/2/4第四講水聲網(wǎng)絡(luò)的多址接入31時隙ALOHA協(xié)議時隙ALOHA協(xié)議是ALOHA協(xié)議的改進方法，是Roberts提出的。在這種方法中，時間劃分為時隙，網(wǎng)絡(luò)中的每個節(jié)點的時鐘依據(jù)這些時隙同步。各節(jié)點只能在時隙開始點進行傳輸,時隙寬度等于一個分組的傳輸時間當一個節(jié)點想要發(fā)送包時，它要等到下一個時隙開始時發(fā)送。限制包在時隙傳送降低了沖突的發(fā)生率。2023/2/4第四講水聲網(wǎng)絡(luò)的多址接入32時隙ALOHA協(xié)議2023/2/4第四講水聲網(wǎng)絡(luò)的多址接入33時隙ALOHA協(xié)議如果在某時隙內(nèi),僅有一個分組到達(包括新到達的分組和重傳分組的到達),則該分組會傳輸成功。如果在某時隙內(nèi)到達兩個或兩個以上的分組,則將會發(fā)生碰撞。碰撞的分組隨機時延若干個時隙后重傳,這樣將有效地避免再次相互碰撞。2023/2/4第四講水聲網(wǎng)絡(luò)的多址接入34時隙ALOHA協(xié)議性能分析在一個時隙內(nèi)到達的分組包括兩部分:新到達的分組重傳的分組設(shè)新到達的分組是到達率為λ(分組數(shù)/時隙)的Poisson過程。假定重傳的時延足夠隨機化則可以近似地認為重傳分組的到達過程和新分組的到達過程之和是到達率為G(＞λ)的Poisson過程2023/2/4第四講水聲網(wǎng)絡(luò)的多址接入35系統(tǒng)的通過率S：單位時間內(nèi)成功傳輸?shù)姆纸M數(shù)與單位時間內(nèi)系統(tǒng)能傳輸?shù)姆纸M數(shù)之比。若分組的長度為一個時隙寬度,則系統(tǒng)的通過率就是指一個時隙內(nèi)成功傳輸所占的比例(或分組成功傳輸?shù)母怕?。系統(tǒng)的通過率S又稱為離開系統(tǒng)的速率時隙ALOHA協(xié)議性能分析2023/2/4第四講水聲網(wǎng)絡(luò)的多址接入36由于重傳分組和新分組的到達過程之和是到達率為G(＞λ)的Poisson過程則，T個時隙內(nèi)有k個分組到達的概率：一個時隙內(nèi)僅有一個分組到達的概率，即分組成功傳輸?shù)母怕剩ㄏ到y(tǒng)的通過率S）2023/2/4第四講水聲網(wǎng)絡(luò)的多址接入37時隙ALOHA協(xié)議的通過率曲線

S=0.3682023/2/4第四講水聲網(wǎng)絡(luò)的多址接入38當G=1時,系統(tǒng)達到最大的通過率為1/e≈0.368;當G＜1,則空閑的時隙較多;當G＞1,則碰撞較多,會導(dǎo)致性能下降。為了達到最佳的性能,應(yīng)當將G維持在1附近變化。在系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)情況下,應(yīng)當有新分組的到達率等于系統(tǒng)的離開速率(也即系統(tǒng)的通過率),即S=λ。時隙ALOHA協(xié)議性能分析2023/2/4第四講水聲網(wǎng)絡(luò)的多址接入39假定分組的長度為單位長度,分組在t時刻到達并開始傳輸,則在(t-1,t+1)內(nèi)任何時刻到達和傳輸?shù)钠渌纸M都會與t時刻到達的分組發(fā)生碰撞。一個分組成功傳輸?shù)母怕?就是在t時刻前后各一個單位時間內(nèi)無分組到達的概率,即在兩個單位時間均無分組到達的概率,其表達式為

系統(tǒng)的通過率為

純ALOHA協(xié)議性能分析2023/2/4第四講水聲網(wǎng)絡(luò)的多址接入40純ALOHA協(xié)議的通過率曲線

純ALOHA協(xié)議最大通過率為1/2e≈0.184純ALOHA協(xié)議最大通過率是時隙ALOHA協(xié)議最大通過率的一半最大通過率對應(yīng)的G=0.5而不是1.02023/2/4第四講水聲網(wǎng)絡(luò)的多址接入41純ALOHAvs.時隙ALOHA純ALOHA協(xié)議的效率只是時隙ALOHA協(xié)議的一半純ALOHA協(xié)議的優(yōu)點是簡單且分組長度是可變的,而不像時隙ALOHA協(xié)議那樣要將分組分解為固定長度純ALOHA協(xié)議初次接入的時延較小。這些優(yōu)點從某種程度上彌補了通過率上的損失總之，ALOHA協(xié)議在網(wǎng)絡(luò)信息量突增的情況下效率很差。2023/2/4第四講水聲網(wǎng)絡(luò)的多址接入42CSMACSMA是從ALOHA協(xié)議演變出的一種改進型協(xié)議，它采用了附加的硬件裝置，每個節(jié)點都能夠檢測（偵聽）到信道上有無分組在傳輸。如果一個節(jié)點有分組要傳輸，它首先檢測信道是否空閑，如果信道有其他分組在傳輸，則該節(jié)點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。2023/2/4第四講水聲網(wǎng)絡(luò)的多址接入43CSMA協(xié)議可細分為幾種不同的實現(xiàn)形式：非堅持型（Non-persistent）CSMA1-堅持型CSMAp-堅持型CSMACSMA2023/2/4第四講水聲網(wǎng)絡(luò)的多址接入44非堅持型CSMA所謂非堅持型CSMA是指當分組到達時，若信道空閑，則立即發(fā)送分組；若信道處于忙狀態(tài)，則分組的發(fā)送將被延遲，且節(jié)點不再跟蹤信道的狀態(tài)（即節(jié)點暫時不檢測信道），延遲結(jié)束后節(jié)點再次檢測信道狀態(tài)，并重復(fù)上述過程，如此循環(huán)，直到將該分組發(fā)送成功為止。2023/2/4第四講水聲網(wǎng)絡(luò)的多址接入451-堅持型CSMA所謂1-堅持型CSMA是指當分組到達時，若信道空閑，則立即發(fā)送分組；若信道處于忙狀態(tài)，則該節(jié)點一直堅持檢測信道狀態(tài)，直至檢測到信道空閑后，立即發(fā)送該分組。2023/2/4第四講水聲網(wǎng)絡(luò)的多址接入46p-堅持型CSMA所謂p-堅持型CSMA是指當分組到達時，若信道空閑，則立即發(fā)送分組；若信道處于忙狀態(tài)，則該節(jié)點一直檢測信道的狀態(tài)，在檢測到信道空閑后，以概率p發(fā)送該分組2023/2/4第四講水聲網(wǎng)絡(luò)的多址接入47

CSMA/CDCSMA/CD(碰撞檢測)通常用于局域網(wǎng)(LAN),如Ethernet中。該網(wǎng)絡(luò)的特點：所有用戶都連接到一個公共電纜上,當一個節(jié)點發(fā)送分組時,所有節(jié)點都可以接收該分組來回傳播時延很小,它只占分組長度的很小部分2023/2/4第四講水聲網(wǎng)絡(luò)的多址接入48

工作過程:當一個節(jié)點有分組到達時,它首先偵聽信道：若信道空閑,則立即發(fā)送分組;否則，連續(xù)偵聽信道,直至信道空閑后立即發(fā)送分組。發(fā)送分組的同時監(jiān)測信道δ秒,以便確定本節(jié)點的分組是否與其他節(jié)點發(fā)生碰撞：若沒有發(fā)生碰撞,則該節(jié)點會無沖突地占用該總線,直至傳輸結(jié)束。否則，停止發(fā)送,隨機時延一段時間后重復(fù)上述過程。CSMA/CD2023/2/4第五講多址接入機制49隱藏終端和暴露終端問題A的作用范圍C的作用范圍ABCD當A向B發(fā)送數(shù)據(jù)時，這時C檢測不到無線信號，以為B空閑，因而向B發(fā)送數(shù)據(jù)，結(jié)果發(fā)生碰撞這種未能檢測出媒體上已存在的信號的問題

叫做隱藏終端問題(hiddenstationproblem)

隱藏終端帶來的沖突使得通信通信節(jié)點需要重發(fā)已發(fā)送的信息，如果重發(fā)后繼續(xù)有隱藏終端沖突，則網(wǎng)絡(luò)的通信會陷入一種惡性循環(huán)2023/2/4第五講多址接入機制50隱藏終端和暴露終端問題其實B向A發(fā)送數(shù)據(jù)并不影響C向D發(fā)送數(shù)據(jù)

這就是暴露終端問題(exposedstationproblem)B的作用范圍C的作用范圍ADCB？B向A發(fā)送數(shù)據(jù)，而C又想和D通信。C檢測到媒體上有信號，于是就不敢向D發(fā)送數(shù)據(jù)。

2023/2/4第四講水聲網(wǎng)絡(luò)的多址接入51BusyToneABXABXYXOKtotransmitXnotOKtotransmitReceivertransmitsbusytonewhenreceivingdataAllnodeshearingbusytonekeepsilentRequiresaseparatechannelforbusytoneBisreceivingapacketfromA2023/2/4第四講水聲網(wǎng)絡(luò)的多址接入52RTS/CTSdialogRTS=RequesttoSendRTSAnynodethathearsthisRTSwilldefermediumaccess.Defer2023/2/4第四講水聲網(wǎng)絡(luò)的多址接入53RTS/CTSDialogCTS=CleartoSendCTSAnynodethathearsthisCTSwilldefermediumaccess.DeferDeferRTS2023/2/4第四講水聲網(wǎng)絡(luò)的多址接入54RTS/CTSDialogACKDeferDeferData2023/2/4第四講水聲網(wǎng)絡(luò)的多址接入55IEEE802.11協(xié)議(CSMA/CA)IEEE802.11標準是針對無線局域網(wǎng)(WLAN)提出的標準。支持的傳輸速率有多種,如1Mb/s,2Mb/s,5.5Mb/s,11Mb/s,甚至更高的速率。在該協(xié)議中,采用的基本多址技術(shù)是CSMA/CA。CA是沖突避免(CollisionAvoidance)。由于一臺無線設(shè)備不能在相同的信道上同時接收和發(fā)送,因而不能采用CD碰撞檢測技術(shù)。2023/2/4第四講水聲網(wǎng)絡(luò)的多址接入56LogicallinkcontrolPointcoordinationfunction(PCF)Distributedcoordinationfunction(DCF)2.4-Ghzfrequency-hoppingspreadspectrum1Mbps2Mbps2.4-Ghzdirectsequencespreadspectrum1Mbps2MbpsInfrared1Mbps2Mbps5-GhzorthogonalFDM6,9.12.18,24,36,48,54Mbps2.4-Ghzdirectsequencespreadspectrum5.5Mbps11MbpsContention-freeserviceContentionserviceMAClayerIEEE802.11IEEE802.11aIEEE802.11bIEEE802.11

協(xié)議框架2023/2/4第五講多址接入機制57WaitforframetotransmitMediumidle?WaitIFSStillidle?TransmitframeWaituntilcurrenttransmissionendsWaitIFSStillidle?ExponentialbackoffwhilemediumidleTransmitframeYesNoNoYesNoYesIEEE802.11MediumAccessControlLogic2023/2/4第四講水聲網(wǎng)絡(luò)的多址接入58為了盡量避免沖突,IEEE802.11標準給出了三種不同的幀間間隔IFS（InterFrameSpace）:SIFS,即短(Short)IFS,典型的數(shù)值只有10μs;PIFS,即點協(xié)調(diào)功能IFS,比SIFS長,在PCF方式中輪詢時使用;DIFS,即分布協(xié)調(diào)功能IFS,是最長的IFS,典型數(shù)值為50μs,在DCF方式中使用。DIFS>PIFS>SIFSIEEE802.11協(xié)議(CSMA/CA)2023/2/4第四講水聲網(wǎng)絡(luò)的多址接入59IEEE802.11標準MAC子層中的一些時間關(guān)系(a)基本接入方法；(b)超幀的結(jié)構(gòu)

2023/2/4第四講水聲網(wǎng)絡(luò)的多址接入60當很多站都在監(jiān)聽信道時,使用SIFS可具有最高的優(yōu)先級,因為它的時間間隔最短。SIFS用在以下場合:

·發(fā)送“確認幀ACK”。只要收到的不是多播幀或廣播幀,就要向發(fā)送方響應(yīng)一個確認幀ACK。確認幀應(yīng)當具有更高的優(yōu)先級。當一個較長的LLC幀需要劃分為多個MAC幀來發(fā)送時,發(fā)送方只要收到一個ACK就接著發(fā)送下一幀。確認幀使用SIFS可使發(fā)送方能夠繼續(xù)控制信道,直到整個LLC幀發(fā)送完畢。

·發(fā)送“允許發(fā)送幀CTS”。這樣可保證原來發(fā)送“請求發(fā)送幀RTS”的節(jié)點能夠優(yōu)先發(fā)送數(shù)據(jù)幀。所有收到CTS幀的節(jié)點都要推后發(fā)送自己的數(shù)據(jù)。

·發(fā)送輪詢的應(yīng)答幀。IEEE802.11協(xié)議(CSMA/CA)2023/2/4第四講水聲網(wǎng)絡(luò)的多址接入61CSMA/CA的基礎(chǔ)是載波偵聽，載波偵聽(CS)包含兩部分：物理載波偵聽(PhysicalCS)物理層對接收天線接收的有效信號進行監(jiān)測，探測到有效信號，認為信道忙虛擬載波偵聽(VirtualCS)利用網(wǎng)絡(luò)分配向量(NetworkAllocationVector，NAV)來實現(xiàn)NAV中存放的是介質(zhì)信道使用情況的預(yù)測信息結(jié)點監(jiān)聽到的信道上的信號，用其MAC幀中Duration(持續(xù)時間字段)聲明的傳輸時間來更新NAV沖突避免（CA）結(jié)點通過載波偵聽發(fā)現(xiàn)信道忙，保持靜默，并延時傳輸采用的隨機退避(back-off)機制，進一步減小沖突IEEE802.11協(xié)議(CSMA/CA)2023/2/4第四講水聲網(wǎng)絡(luò)的多址接入62虛擬載波偵聽NAV可以看做一個以某個固定速率遞減的計數(shù)器：當值為0時，虛載波監(jiān)測認為信道空閑不為0時，認為信道忙只有當兩種方式都指示為信道“空閑”時，載波監(jiān)測(CS)才指示信道“空閑”，這時才能發(fā)送數(shù)據(jù)。2023/2/4第四講水聲網(wǎng)絡(luò)的多址接入63Back-offInterval2023/2/4第四講水聲網(wǎng)絡(luò)的多址接入64Back-offIntervalWhenthechannelisbusy,chooseaback-offintervalintherange[0,cw]cwiscontentionwindowCountdowntheback-offintervalwhenmediumisidleCount-downissuspendedifmediumbecomesbusyWhenback-offintervalreaches0,transmitRTS2023/2/4第四講水聲網(wǎng)絡(luò)的多址接入65DynamicContentionWindowBinaryExponentialBack-offin802.11DCF

WhenanodefailstoreceiveCTSinresponsetoitsRTS,itincreasesthecontentionwindowcwisdoubled(uptoanupperbound)Whenanodesuccessfullycompletesadatatransfer,itrestorescwtocwmin2023/2/4第四講水聲網(wǎng)絡(luò)的多址接入662023/2/4第四講水聲網(wǎng)絡(luò)的多址接入67IEEE802.11的兩種接入方式：分布式協(xié)調(diào)功能DCF(DistributedCoordinationFunction)使用分布式的基于CSMA/CA的接入機制,各個節(jié)點通過競爭獲取發(fā)送權(quán)點協(xié)調(diào)功能PCF(PointCoordinationFunction)提供可選優(yōu)先級的無競爭的幀傳送IEEE802.11協(xié)議(CSMA/CA)2023/2/4第四講水聲網(wǎng)絡(luò)的多址接入68IEEE802.11DCFDCF有兩種工作方式：基本工作方式DATA-ACKRTS/CTS機制工作方式RTS-CTS-DATA-ACK2023/2/4第四講水聲網(wǎng)絡(luò)的多址接入69IEEE802.11DCF基本工作方式采用兩次握手機制，又稱ACK機制，是一種最簡單的握手機制當接收方正確地接收幀后，就會立即發(fā)送確認幀(ACK)發(fā)送方收到該確認幀，就知道該幀已成功發(fā)送如果媒體空閑時間大于或等于DIFS，就傳輸數(shù)據(jù)，否則延時傳輸2023/2/4第四講水聲網(wǎng)絡(luò)的多址接入702023/2/4第四講水聲網(wǎng)絡(luò)的多址接入71為了避免隱藏終端問題,發(fā)送站和接收站之間以握手的方式對信道進行預(yù)約采用四次(Four-way)握手機制:RTS—CTS—DATA—ACK發(fā)送節(jié)點A先發(fā)送一個請求發(fā)送幀(RTS,RequestToSend)接收節(jié)點B在收到RTS后,發(fā)送一個允許發(fā)送的應(yīng)答幀(CTS,ClearToSend)IEEE802.11DCFRTS/CTS機制2023/2/4第四講水聲網(wǎng)絡(luò)的多址接入72RTS和CTS的傳輸過程

IEEE802.11DCFRTS/CTS機制2023/2/4第四講水聲網(wǎng)絡(luò)的多址接入73在RTS和CTS幀中均包括要發(fā)送分組的長度CTS幀有兩個作用：表明接收節(jié)點B可以接收發(fā)送節(jié)點A的幀禁止B的鄰節(jié)點發(fā)送,從而避免隱藏終端的影響

RTS和CTS幀很短,分別為20和14字節(jié)。而數(shù)據(jù)幀最長可達2346字節(jié)相比之下,RTS和CTS引入的開銷不大IEEE802.11DCFRTS/CTS機制2023/2/4第四講水聲網(wǎng)絡(luò)的多址接入74S2S1RS2S1RXXChannelBusyDIFSChannelIdleDIFS:DCFInter-FrameSpaceRTSSIFS:ShortInter-FrameSpaceCTSSIFSNAVNAVSIFSDATASIFSACKB2=9B1=5cw=15RTSB2=4B1=7DIFSChannelIdleIEEE802.11DCFRTS/CTS機制2023/2/4第四講水聲網(wǎng)絡(luò)的多址接入75RTS/CTS的握手機制并不能保證碰撞完全不發(fā)生。X和A同時向B發(fā)送RTS幀,發(fā)生碰撞.使得B收不到正確的RTS幀，不會發(fā)送后續(xù)的CTS幀。ABXRTSRTSIEEE802.11DCFRTS/CTS機制2023/2/4第五講多址接入機制76B的作用范圍C的作用范圍ADCB？B向A發(fā)送數(shù)據(jù)，而C又想和D通信。C檢測到媒體上有信號，于是就不敢向D發(fā)送數(shù)據(jù)。

暴露終端問題沒有解決2023/2/4第四講水聲網(wǎng)絡(luò)的多址接入77RTS/CTS機制的不足使用RTS/CTS幀會使整個網(wǎng)絡(luò)的效率有所下降但這兩種控制幀都很短，其長度分別為20字節(jié)和14字節(jié)，與數(shù)據(jù)幀(最長可達2346字節(jié))相比開銷不算大。相反，若不使用這種控制幀，則一旦發(fā)生碰撞而導(dǎo)致數(shù)據(jù)幀重發(fā)