通信網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)ppt課件(已修改)
2025-05-15 18:37 本頁面
【正文】 * 1 隨機(jī)多址接入?yún)f(xié)議 2n 隨機(jī)多址協(xié)議又叫做 有競爭的多址接入?yún)f(xié)議 。各節(jié)點(diǎn)在網(wǎng)絡(luò)中的地位是等同的，通過競爭獲得信道的使用權(quán)。n 隨機(jī)多址接入?yún)f(xié)議可分為：n 完全隨機(jī)多址接入?yún)f(xié)議（ ALOHA 協(xié)議）n 載波偵聽型多址接入?yún)f(xié)議n 不論是哪種隨機(jī)多址接入?yún)f(xié)議，我們主要關(guān)心兩個方面的問題：n 穩(wěn)態(tài)情況下系統(tǒng)的通過率和時延性能n 系統(tǒng)的穩(wěn)定性 隨機(jī)多址接入?yún)f(xié)議3n ALOHA 協(xié)議是 70 年代 Hawaii 大學(xué)建立的在多個數(shù)據(jù)終端到計(jì)算中心之間的通信網(wǎng)絡(luò)中使用的協(xié)議。n 其 基本思想 是：若一個空閑的節(jié)點(diǎn)有一個分組到達(dá)，則立即發(fā)送該分組，并期望不會和其它節(jié)點(diǎn)發(fā)生碰撞。 ALOHA 協(xié)議4n 為了分析隨機(jī)多址接入?yún)f(xié)議的性能，假設(shè)系統(tǒng)是由 m個發(fā)送節(jié)點(diǎn)組成的單跳系統(tǒng)，信道是無差錯的，分組的到達(dá)和傳輸過程滿足如下假定：n 各節(jié)點(diǎn)的到達(dá)過程為獨(dú)立的參數(shù)為 λ/m的 Poisson過程，系統(tǒng)總的到達(dá)率為 λ。 ??n 在一個時隙或一個分組傳輸結(jié)束后，信道能夠立即給出當(dāng)前傳輸狀態(tài)的反饋信息。n 反饋信息為 “0”表明當(dāng)前時隙或信道無分組傳輸n 反饋信息為 “1”表明當(dāng)前時隙或信道僅有一個分組傳輸（即傳輸成功）n 反饋信息為 “e”表明當(dāng)前時隙或信道有多個分組在傳輸，即發(fā)生了碰撞，導(dǎo)致接收端無法正確接收。ALOHA 協(xié)議5n 碰撞的節(jié)點(diǎn)將在后面的某一個時刻重傳被碰撞的分組，直至傳輸成功。如果一個節(jié)點(diǎn)的分組需要重傳，則稱該節(jié)點(diǎn)為 等待重傳的節(jié)點(diǎn) 。n 對于節(jié)點(diǎn)的緩存和到達(dá)過程作如下假設(shè)： n 假設(shè) A：無緩存情況。在該情況下，每個節(jié)點(diǎn)最多容納一個分組。如果該節(jié)點(diǎn)有一個分組在等待傳輸或正在傳輸，則新到達(dá)的分組被丟棄且不會被傳輸。在該情況下，所求得的時延是有緩存情況下時延的下界。n 假設(shè) B：系統(tǒng)有無限個節(jié)點(diǎn)（ m=∞）。每個新產(chǎn)生的分組到達(dá)一個新的節(jié)點(diǎn)。這樣網(wǎng)絡(luò)中所有的分組都參與競爭，導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)的時延增加。因此，在該假設(shè)情況下求得的時延是有限節(jié)點(diǎn)情況下的時延上界。ALOHA 協(xié)議6純 ALOHA 協(xié)議 7n 純 ALOHA 協(xié)議是最基本的 ALOHA 協(xié)議。 只要有新的分組到達(dá)，就立即被發(fā)送并期望不與別的分組發(fā)生碰撞。一旦分組發(fā)生碰撞，則隨機(jī)退避一段時間后進(jìn)行重傳。純 ALOHA 協(xié)議8純 ALOHA 協(xié)議n 如果從數(shù)據(jù)分組開始發(fā)送的時間起點(diǎn)到其傳輸結(jié)束的這段時間內(nèi)，沒有其它數(shù)據(jù)分組發(fā)送，則該分組就不會和其它分組發(fā)生碰撞。n 在什么情況下圖中陰影部分表示的數(shù)據(jù)分組（在 t0+t時刻產(chǎn)生的分組）可以不受任何干擾的發(fā)送呢？與陰影幀的開始碰撞與陰影幀的結(jié)尾碰撞易受破壞區(qū)間易受破壞區(qū)間9n 假設(shè)系統(tǒng)中所有分組的長度相等，傳輸數(shù)據(jù)分組所需的時間定義為系統(tǒng)的單位時間，為了簡化描述，令該值等于 t， (下面的分析中令 t 等于 1）。n 我們將時間區(qū)間 [t0， t0+2t]稱為陰影分組（在 t0+t時刻產(chǎn)生的分組）的 易受破壞區(qū)間 。 ??n 很顯然，在純 ALOHA協(xié)議中，只有在數(shù)據(jù)分組的易受破壞區(qū)間內(nèi)沒有其它分組到達(dá)，則該分組可以成功傳輸。純 ALOHA 協(xié)議10n 為了分析方便，設(shè)系統(tǒng)有無窮多個節(jié)點(diǎn)（假設(shè) B），假定重傳的時延足夠隨機(jī)，重傳分組和新到達(dá)分組合成的分組流是到達(dá)率為 G的 Poisson到達(dá)過程。則在純 ALOHA系統(tǒng)中，一個分組成功傳輸?shù)母怕?，就是在其產(chǎn)生時刻前一個時間單位內(nèi)沒有分組發(fā)送，并且在該分組產(chǎn)生時刻的后一個時間單位內(nèi)僅有一個分組（即該分組本身）發(fā)送的概率。純 ALOHA 協(xié)議11純 ALOHA 協(xié)議n 根據(jù)泊松公式，在單位時間內(nèi)，產(chǎn)生 k個分組的概率是n 則根據(jù)上面的分析，我們可以得到在純 ALOHA系統(tǒng)中，分組成功傳輸?shù)母怕?2純 ALOHA 協(xié)議n 系統(tǒng)的通過率（單位時間內(nèi)一個分組成功傳輸?shù)母怕剩???n 對上式求最大值，可得系統(tǒng)的最大通過率為1/2e≈??n 此時對應(yīng)的 G=n 可見，效率很低。13n 從前面的描述中可以看到，在純 ALOHA協(xié)議中，節(jié)點(diǎn)只要有分組就發(fā)送，易受破壞區(qū)間為兩個單位時間。如果我們縮小易受破壞區(qū)間，就可以減少分組碰撞的概率，提高系統(tǒng)的利用率。基于這一出發(fā)點(diǎn)，提出了時隙 ALOHA 協(xié)議。時隙 ALOHA 協(xié)議14n 時隙 ALOHA系統(tǒng)將時間軸劃分為若干個時隙，所有節(jié)點(diǎn)同步，各節(jié)點(diǎn) 只能在時隙的開始時刻 才能夠發(fā)送分組，時隙寬度等于一個分組的傳輸時間。n 當(dāng)一個分組在某時隙到達(dá)后，它將在下一時隙開始傳輸，并期望不會與其它節(jié)點(diǎn)發(fā)生碰撞。n 如果在某時隙內(nèi)，僅有一個分組到達(dá)（包括新到達(dá)的分組和重傳分組的到達(dá)），則該分組會傳輸成功。n 如果在某時隙內(nèi)到達(dá)兩個或兩個以上的分組，則將會發(fā)生碰撞。碰撞的分組將在以后的時隙中重傳。n 很顯然，此時的易受破壞區(qū)間長度減少為一個單位時間（時隙）。 時隙 ALOHA 協(xié)議15時隙 ALOHA 協(xié)議16n 利用前面的假設(shè)條件，并假定系統(tǒng)有無窮多個節(jié)點(diǎn) (假設(shè)B)。 ??n 顯然在一個時隙內(nèi)到達(dá)的分組包括兩個部分：n 新到達(dá)的分組n 重傳的分組n 設(shè)新到達(dá)的分組是到達(dá)率為 λ( 分組數(shù) /時隙 )的 Poisson過程。假定重傳的時延足夠隨機(jī)化，這樣就可以近似地認(rèn)為重傳分組的到達(dá)過程和新分組的到達(dá)過程之和是到達(dá)率為 G(G λ) 的 Poisson過程。時隙 ALOHA 協(xié)議分析17n 則在一個時隙內(nèi)有一個分組成功傳輸?shù)母怕蕿镚 eG，它被定義為系統(tǒng)的通過率 S（或離開系統(tǒng)的速率），即S=G eGn 如果分組的長度為一個時隙寬度，則系統(tǒng)的通過率就是指在一個時隙內(nèi)成功傳輸所占的比例（或有一個分組成功傳輸?shù)母怕剩 其最大通過率為 1/e≈，對應(yīng)的 G =1時隙 AL
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