【正文】 目錄1. 緒論 1. 研究的目的和意義 1. 論文研究的背景 1. 論文研究內(nèi)容安排 12. 多址接入?yún)f(xié)議概述 3. 網(wǎng)絡(luò)參考模型 3. OSI參考模型 3. TCP/IP參考模型 3. 多址接入?yún)f(xié)議概述 4. 多址接入?yún)f(xié)議的分類 4. 隨機多址接入?yún)f(xié)議 5. 完全隨機多址接入?yún)f(xié)議 5. 純ALOHA（非時隙ALOHA）協(xié)議 6. 時隙ALOHA協(xié)議 9. CSMA協(xié)議 11. 本章小結(jié) 133. 多址接入?yún)f(xié)議仿真模型 14. 仿真系統(tǒng)模型 14. 仿真場景的建立 14. 通信信道模型 15. 業(yè)務(wù)源模型 15. 仿真時對碰撞的處理 15. 本章小結(jié) 154. 隨機多址接入?yún)f(xié)議的仿真 16. 程序流程圖 16. 仿真基本流程圖 16. 純ALOHA協(xié)議的仿真程序流程圖 17. 時隙ALOHA協(xié)議的仿真程序流程圖 18. 非持續(xù)性載波監(jiān)聽（npCSMA）協(xié)議的仿真程序流程圖 20. 仿真結(jié)果和分析 21. 純ALOHA協(xié)議的仿真 21. 時隙ALOHA協(xié)議的仿真 22. 非持續(xù)性載波監(jiān)聽（npCSMA）協(xié)議的仿真 24. 本章小結(jié) 255. 結(jié)論 26致謝 27參考文獻 28基于MATLAB的多址接入?yún)f(xié)議仿真摘要在通信網(wǎng)中，要想成功交換數(shù)據(jù)，就要遵守一定的規(guī)則。這個規(guī)則被稱為網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。多址接入?yún)f(xié)議是一個用于共同使用同一個傳輸媒質(zhì)的用戶之間成功傳遞信息的原則，當(dāng)資源被超過一個獨立用戶使用時就需要多址接入?yún)f(xié)議。隨機多址接入?yún)f(xié)議，是多址接入?yún)f(xié)議的競爭方式。本文首先研究了多址接入?yún)f(xié)議的分類、基本原理以及性能參數(shù)，建立了多址接入?yún)f(xié)議的仿真模型，用MATLAB軟件實現(xiàn)ALOHA協(xié)議以及非持續(xù)性CSMA協(xié)議的仿真，并分析參數(shù)指標(biāo)。純ALOHA協(xié)議工作原理簡單，效率比較低，時隙ALOHA協(xié)議雖然在其原有基礎(chǔ)上做了一些改進，但性能仍然不好。CSMA協(xié)議利用了信道監(jiān)聽技術(shù)，使信道利用率得到了極大的提高。關(guān)鍵詞：多址接入?yún)f(xié)議；ALOHA協(xié)議；MATLAB；CSMASimulation of Multiple Access protocol based on MATLABAbstractIn the municate network, we must abide by some rules to exchange date successfully. Such rules is referred to as network protocol. Multipleaccess is the principle which ensure successfully information transmissions by the users who use the same transmission medium. Multiple access is necessary when the resource is used by more than one independent user. Random multiple access protocol is the petitive mode of multiple access.In this paper, the classification, basic principle and performance parameter of multiple access were studied firstly. Secondly, the simulation model of multiple access was set up. The simulation of ALOHA protocol and nonpersistent CSMA protocol was also realized by MATLAB. Finally, the parameter was analyzed.The efficiency of the pure ALOHA who has simple working principle is very low. SlotALOHA protocol is improved on the original basis, but its performance is still poor. The utilization of channel has been greatly improved with CSMA protocol by the use of carrier sense.Key Words: Multiple Access protocol, ALOHA Protocol, MATLAB, CSMA.1. 緒論. 研究的目的和意義通信是一個古老而嶄新的話題。人們在遠古時代就用表情和手勢進行著信息的溝通，這是最為原始的通信方式，現(xiàn)代意義上的通信是在發(fā)現(xiàn)了電流之后，人們試圖用電信號進行通信。從1826年開始至今，現(xiàn)代通信已經(jīng)發(fā)展了快200年，細觀歷史，可以發(fā)現(xiàn)，通信發(fā)展的速度是非常迅猛。通過快速發(fā)展的通信網(wǎng)絡(luò)，人們可以便捷的在網(wǎng)絡(luò)中進行購物，可以通過高速的網(wǎng)絡(luò)進行語音和視頻的通信。政府可以通過電子政務(wù)，用先進的手段來服務(wù)社會和百姓。這對通信資源的要求變得越來越高，所以我們需要強大的通信網(wǎng)絡(luò)來支持這些服務(wù)?，F(xiàn)代的通信網(wǎng)絡(luò)，功能強大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，如果想對原有的通信系統(tǒng)做出優(yōu)化，或者是構(gòu)建一個新的通信系統(tǒng)，直接搭建網(wǎng)絡(luò)是不可行的。這樣既浪費了大量的時間和經(jīng)費，還使得網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的投資風(fēng)險大大增加。新通信系統(tǒng)的設(shè)計中幾乎都包含了新的算法和硬件技術(shù)，仿真則為其提供了絕佳的驗證環(huán)境。通過對通信系統(tǒng)的仿真，可以有效的輔助研發(fā)與生產(chǎn)。. 論文研究的背景在通信網(wǎng)絡(luò)中，對數(shù)據(jù)的交換是在一定規(guī)則下完成的。我們把這個規(guī)則又稱為網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。它由語法、語義和同步三部分組成。當(dāng)多個用戶共同使用同一傳輸媒介時，數(shù)據(jù)就會發(fā)生沖突，這會對數(shù)據(jù)接收端產(chǎn)生不好的影響，浪費了時間和資源。多址接入?yún)f(xié)議就是為了解決這個問題而提出來的。ALOHA協(xié)議是隨機多址接入?yún)f(xié)議。它提出于20世紀70年代，是世界上最早最基本的無線數(shù)據(jù)通信協(xié)議。它的優(yōu)點是簡單性，而正是因為它太過于簡單，當(dāng)負載增加時發(fā)生沖突的次數(shù)迅速上升，并且信道的利用率最多只有18%。為了提高信道的利用率，人們對其進行了改良，相繼提出了時隙ALOHA協(xié)議和CSMA協(xié)議。好的多址接入?yún)f(xié)議可以讓通信網(wǎng)絡(luò)的功能變得更加強大，而不太好的多址接入?yún)f(xié)議既浪費了成本，又浪費了用戶的時間。它直接影響著通信網(wǎng)絡(luò)。. 論文研究內(nèi)容安排本文主要研究ALOHA協(xié)議和CSMA協(xié)議。文中詳細闡述了它們的基本工作原理，并對其性能參數(shù)進行了研究和比較。在理論認識完成后，對其進行建模仿真，得到仿真圖形，并從圖形中得出結(jié)論。全文由五章組成。第一章是緒論，闡述了多址接入?yún)f(xié)議的背景和本文的工作安排。第二章為理論基礎(chǔ)部分，重點介紹了ALOHA協(xié)議和CSMA協(xié)議。章節(jié)中詳細的介紹了它們的基本原理，并研究了其基本性能參數(shù)。第三章為建模部分，建立出協(xié)議的模型，構(gòu)建出仿真場景圖。第四章為協(xié)議的仿真部分。然后利用MATLAB軟件分別對純ALOHA（非時隙ALOHA）協(xié)議、時隙ALOHA協(xié)議和非持續(xù)性載波監(jiān)聽（npCSMA）協(xié)議進行仿真，得到仿真圖形，得出結(jié)論。第五章為總結(jié)部分，對論文的工作情況進行總結(jié)。2. 多址接入?yún)f(xié)議概述. 網(wǎng)絡(luò)參考模型對于復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，其結(jié)構(gòu)應(yīng)該是層次式的。通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，功能強大，其網(wǎng)絡(luò)模型就是按分層的概念設(shè)計的。七層協(xié)議體系結(jié)構(gòu)OSI（Open Systems Interconnection）和四層協(xié)議體系結(jié)構(gòu)TCP/IP（Transmission Control Protocol/Internet Protocol）是常用的網(wǎng)絡(luò)分層模型。. OSI參考模型OSI，即開放式系統(tǒng)互聯(lián)，也被稱為OSI參考模型。它是國際標(biāo)準化組織ISO（International Standard Organization）于1985年研究的網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)模型。OSI模型的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，是七層協(xié)議體系結(jié)構(gòu)，它由物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層、運輸層、會話層、表示層、應(yīng)用層構(gòu)成[[]王吉. 淺析OSI七層協(xié)議在互聯(lián)網(wǎng)中的效應(yīng)[J]. 價值工程,2010,03:153.]。 OSI參考模型的分層和功能圖. TCP/IP參考模型TCP/IP，即傳輸控制協(xié)議/因特網(wǎng)互聯(lián)協(xié)議，也被稱為網(wǎng)絡(luò)通訊協(xié)議，是最為基礎(chǔ)的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。它是由“互聯(lián)網(wǎng)之父”瑟夫（Vinton ）和卡恩（Bob Kahn）共同開發(fā)完成。1984年，美國國防部將TCP/IP作為所有計算機網(wǎng)絡(luò)的標(biāo)準。它的模型是四層協(xié)議體系結(jié)構(gòu)，由網(wǎng)絡(luò)接口層、網(wǎng)際層IP、傳輸層和應(yīng)用層構(gòu)成[[]聶新明,文元美,羅麗. 基于6LoWPAN的WSN網(wǎng)絡(luò)與CAN總線互聯(lián)集成[J]. 科學(xué)技術(shù)與工程,2011,04:868873.]。網(wǎng)絡(luò)接口層分別完成OSI模型中第1層和第2層的相關(guān)任務(wù)。網(wǎng)際層IP它主要完成OSI模型中第3層的相關(guān)任務(wù)。傳輸層的作用與OSI模型中第4層的任務(wù)相同。應(yīng)用層的任務(wù)是向用戶提供一組常用的應(yīng)用程序，為用戶的應(yīng)用進程提供服務(wù)，比如電子郵件、文件傳輸訪問、遠程登錄等。OSI參考模型與TCP/。OSI TCP/IP OSI參考模型與TCP/IP參考模型的結(jié)構(gòu)圖. 多址接入?yún)f(xié)議概述當(dāng)多個用戶共同使用同一傳輸媒介時，數(shù)據(jù)就會發(fā)生沖突，這會對數(shù)據(jù)接收端產(chǎn)生不好的影響，浪費了時間和資源。多址接入?yún)f(xié)議就是為了解決這個問題而提出來的。隨著無線通信的普及，它在其中的應(yīng)用逐漸增多。但是，如果兩個或兩個以上的終端在同一基站的通信范圍內(nèi)，由于高山或是大樓的遮擋，讓這兩個終端不在彼此的通信范圍內(nèi)，就需要解決隱終端的問題，如果相鄰的住宅樓使用相同頻率，就需要解決共道干擾問題。. 多址接入?yún)f(xié)議的分類多址接入?yún)f(xié)議分為非競爭（調(diào)度）多址接入?yún)f(xié)議、競爭（隨機）多址接入?yún)f(xié)議和CDMA協(xié)議[[]金山,吳翔宇,倪淑燕. 兩種接入?yún)f(xié)議在臨近空間通信網(wǎng)中的應(yīng)用分析[J]. 電子測量技術(shù),2015,09:135138.]。非競爭（調(diào)度）多址接入?yún)f(xié)議可以分為固定分配多址接入?yún)f(xié)議和按需分配多址接入?yún)f(xié)議[[]孫加敏. 超短波跳頻電臺多址接入技術(shù)研究[D].西安電子科技大學(xué),2012.]。固定分配多址接入?yún)f(xié)議主要有FDMA協(xié)議和TDMA協(xié)議[[]張光輝. 多跳Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)中時分多址接入?yún)f(xié)議研究[D].西安電子科技大學(xué),2006.]，按需分配一般是令牌環(huán)傳遞。隨機多址接入?yún)f(xié)議主要由重復(fù)隨機多址接入?yún)f(xié)議，如ALOHA協(xié)議，時隙ALOHA(slottedALOHA)協(xié)議，載波監(jiān)聽ALOHA(CSMA)協(xié)議以及帶保留的隨機多址接入?yún)f(xié)議組成[[]劉濤. LTE網(wǎng)絡(luò)中M2M業(yè)務(wù)隨機接入擁塞避免研究[D].西安電子科技大學(xué),2013.]。CDMA協(xié)議分為純CDMA協(xié)議和混合CDMA協(xié)議。純CDMA協(xié)議主要有DSCDMA協(xié)議、FHCDMA協(xié)議和THCDMA協(xié)議?；旌螩DMA協(xié)議主要有DS/FH協(xié)議和TDMA/CDMA協(xié)議。 多址接入?yún)f(xié)議的分類. 隨機多址接入?yún)f(xié)議. 完全隨機多址接入?yún)f(xié)議完全隨機多址接入?yún)f(xié)議，即ALOHA（Additive Link Online HAwaii System）協(xié)議，它又被稱為ALOHA技術(shù)，ALOHA網(wǎng)。它是美國夏威夷大學(xué)在20世紀70年代提出的一種計算機網(wǎng)絡(luò)接入?yún)f(xié)議，是世界上最早最基本的無線數(shù)據(jù)通信協(xié)議。ALOHA是夏威夷人表示致意的問候語，是“你好”的意思，它同時也是1968年美國夏威夷大學(xué)的一項研究計劃的名字。夏威夷大學(xué)進行這項研究的目的是為了解決夏威夷各個島嶼之間互相通信的問題。在圖中，站1到站N依次通過接口接入到信道當(dāng)中，實現(xiàn)了多址接入。 ALOHA系統(tǒng)的一般模型. 純ALOHA（非時隙ALOHA）協(xié)議純ALOHA協(xié)議是最原始的ALOHA協(xié)議，它可以工作在無線信道中，也可以在總線式網(wǎng)絡(luò)中工作[[]邵金俠. 基于OPNET的隨機接入技術(shù)仿真[D].華中師范大學(xué),2007.]。純ALOHA協(xié)議的基本思想是，只要一個站點想要傳輸信息幀，它就把信息幀傳輸出去。然后它監(jiān)聽一段時間，如果在信息來回傳播的最大時延時間的基礎(chǔ)上，并再加上一小段固定的時間內(nèi)收到了確認消息，則可以認為傳輸成功[[]徐玉濱,宋立媛,沙學(xué)軍. 基于自相似業(yè)務(wù)模型的實時調(diào)度算法研究[J]. 電子與信息學(xué)報,2006,01:158162.]。純ALOHA協(xié)議是可行的，因為每個站點等待的時間是隨機的，所以兩個或兩個以上站點等待相等時間的機會很小，從而也就降低了發(fā)生第二次沖突的幾率[[]張義超. 一種無線分組綜合接入系統(tǒng)的研究[D].東南大學(xué),2004.]。在純ALOHA協(xié)議中，當(dāng)信道上的噪聲干擾強時，或者是一個站點發(fā)送的幀與其他站點發(fā)送的幀在同時傳輸時，發(fā)送的幀可能會無效。幀是否完好無損的檢驗方法是通過接收點來檢查收到的幀中的幀檢驗序列字段。如果幀是有效的，并且?guī)^部的目的地址和收到此幀的站點地址的地址符合，接收站點會馬上發(fā)出一個確認，確認是通過另一個信道發(fā)送，以免對數(shù)據(jù)傳輸造成干擾。 純ALOHA協(xié)議的工作原理，如果想要讓幀傳送成功，信道必須在該幀發(fā)送時刻之前和之后各一段時間T0內(nèi)，沒有新生成的幀和重新傳送的幀。在這段時間內(nèi)，如果有傳送的幀進入信道，幀必然會發(fā)生碰撞