【正文】 陜西理工學院畢業(yè)設計 第 16 頁 共 41 頁 致謝 本課題的研究是在 吳燕 老師的精心指導下完成的，感謝她在我學習期間給我的關心、鼓勵和幫助。其中 ALOHA 協(xié)議適合應用于用戶負載較低的場合，隨著用戶數(shù)量或發(fā)送信息量的增加，這種完全隨機接入的協(xié)議將使沖突概率增大，傳輸性能降低。無論是在局域網(wǎng)中、還是無線通信網(wǎng)絡中，接入技術在解決數(shù)據(jù)沖突和提高網(wǎng)絡吞吐量等方面都表現(xiàn)出了出色的功能，在實際應用中，由于業(yè)務的突發(fā)性與實時性，還存在一定的問題。 在這里數(shù)據(jù)包的功率指的是發(fā)送的數(shù)據(jù)包與成功接收的數(shù)據(jù)包的比值； 接收信號功率門限 指的是成功接收數(shù)據(jù)包的最大門限值?？梢钥闯觯谶@種通信方式下 ,因為存在碰撞，所以信道的利用率是很低的 [11]。其中，如果不考慮捕獲效應，發(fā)生碰撞的數(shù)據(jù)包均認為傳輸失敗；如果考慮捕獲效應，需要判斷碰撞后的信噪比是否大于捕獲門限，如果大于，則認為該數(shù)據(jù)包仍可以正確接收，否則，按傳輸失敗處理。為簡化分析，這里假設所有終端的緩沖區(qū)無限大，即不會由于緩沖區(qū)大小限制造成阻塞 [13]。而且，如果產(chǎn)生的數(shù)據(jù)包服從 Possion 分布，兩個數(shù)據(jù)包之間服從負指數(shù)分布。如果業(yè)務量大于 1，平均傳輸時延將隨著業(yè)務量的增加而急劇增加，后面的仿真也將驗證這一點 業(yè)務量 圖 吞吐量與業(yè)務量之間的關系 1 吞吐量 1 理想特性 實際特性 陜西理工學院畢業(yè)設計 第 10 頁 共 41 頁 每個終端都假設相互獨立的隨機產(chǎn)生數(shù)據(jù)包，并且包 產(chǎn)生服從 Possion 分布，即滿足如下特點： (1)獨立性：在互不交疊的時間間隔內產(chǎn)生數(shù)據(jù)包的個數(shù)是相互統(tǒng)計獨立的。平均傳輸時延依賴于包的長度。如果數(shù)據(jù)傳輸速率為Ｒ（ bps） ,需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)比特數(shù) Tt,則有 RTrG? (32) 如果數(shù)據(jù)包為 0，則 G=0. (2)吞吐量 單位時間內成功傳輸?shù)浇尤朦c的數(shù)據(jù)包的總數(shù)。在本文的仿真中，主要考慮接入點與終端之間的距離造成的路徑損耗，以及由于建筑物與其他障礙物的遮擋造成的陰影衰落。 通信信道模型 對無線通信系統(tǒng)和有線通信系統(tǒng)，它們的信道建模是不一樣的。這種情況被稱為阻塞，它與包傳送失敗是不同的。其關系如圖 所示。為了提高信道利用率，人們不斷對它加以改進 [11]。 將式中的 λ用總業(yè)務到達率τλ代替， K 用 0 代替，就表示在一個 τ的時間間隔內沒有消息到達的概率： ττ τλτλτ *!0 )τλ()0( ?? ?? eeP k (25) 因此，在 ALOHA 系統(tǒng)中一個消息成功傳輸?shù)母怕?Ps 應該是相鄰兩內沒有消 息 到故有： Ps=P(0)*P(0)= ττλ2?e (26) 所以綜上公式，可以得到總業(yè)務到達率 τλ 等于接收成功率 λ和平均拒收率 τλ 之和。因為若在本分組發(fā)送前 t 秒內有另一個用戶在發(fā)送，則會和前一分組的后部發(fā)生碰撞；若在本分組開始發(fā)送的 t 秒內有另一分組發(fā)送，則會和后一分組的前部發(fā)生碰撞。不可能大于系統(tǒng)的最大傳輸速率為 R，所以歸一化吞吐量 S 不可能大于 1，即 0 ≤p ≤1。如果發(fā)送方知道數(shù)據(jù)幀遭到破壞，即檢測到?jīng)_突，就等待一段隨機長的時間后重發(fā)該幀。 陜西理工學院畢業(yè)設計 第 6 頁 共 41 頁 ALOHA 協(xié)議的思想是：只要用戶有數(shù)據(jù)要發(fā)送，就立即讓其發(fā)送。這種現(xiàn)象稱為碰撞（ collision）。 ALOHA 的基本原理 ALOHA 系統(tǒng)的協(xié)議非常簡單，其工作模式有以下四種： 發(fā)送模式（ transmission mode）：用戶在需要發(fā)送數(shù)據(jù)時可以隨時發(fā)送。而對第 2類協(xié)議來說，用戶只能在第 1 次傳輸時才無法避免與其他用戶發(fā)生碰撞，但是當用戶成功的完成了它的第 1 次傳輸（第 1 次成功的接入到信道）后，后面的傳輸將經(jīng)過調度以有序的方式進行，部分信道資源將分配給該 用戶，其他用戶禁止使用這部分信道資源，這樣就不會與其他用戶發(fā)生競爭。當多個準備傳輸?shù)挠脩敉瑫r開始傳輸時，所有的傳輸多半都會失敗。而分布式調度協(xié)議中，所有的用戶都參與調度過程，如今牌環(huán)協(xié)議就是分布式的。 (2)按需調度：只有當用戶有數(shù)據(jù)要傳輸（激活）時才分配資源。調度可以分為兩種類型： (1)固定分配調度：采用這種方式的協(xié)議把信道容量在所有的用戶之間進行平分，而不管用戶是否要有數(shù)據(jù)傳輸。實際上，它屬于多個用戶可以無沖突的同時傳輸數(shù)據(jù)的非競爭協(xié)議。對帶保留的隨機接入 協(xié)議來說，用戶初始接入到信道時采用隨機接入方式，而用戶一旦接入到信道后，該用戶的數(shù)據(jù)傳輸采用調度方式，直到該用戶的數(shù)據(jù)傳輸完畢為止。在固定分配方式下，每個用戶都會被分配給一定的傳輸容量，而按需分配則只有在用戶有數(shù)據(jù)需要傳輸時才分配信道。對這些協(xié)議進行分類的方法也是多種多樣的，在此把多址接入?yún)f(xié)議分為三類：非競爭（調度）協(xié)議、競爭（隨機接入）協(xié)議，以及 CDMA協(xié)議 [8]。遠端的用戶要比近端的用戶信號有更大的衰減。在此條件下，應當更關注協(xié)議的穩(wěn)定性和魯棒性。 (5)協(xié)議應該具有魯棒性（ Robust）。 (3)協(xié)議在處理不同的業(yè)務（如語音和數(shù)據(jù)）時應該具有一定靈活性。為此，協(xié)議必須要求用戶按照一定規(guī)則來發(fā)出請求，協(xié)陜西理工學院畢業(yè)設計 第 4 頁 共 41 頁 議控制分配給用戶的信道容量。 在多地址接入?yún)f(xié)議中，多個用戶共享同一物理信道，例如，在蜂窩無線通信系統(tǒng)中，信道被所有入網(wǎng)的用戶共享。全部的業(yè)務量也稱負載，是指一段時間內所有嘗試傳輸?shù)臄?shù)據(jù)分組的數(shù)量，其中包括新到達的分組和被重 發(fā)的分組。接入延時概率是指一個接入請求無法被及時接納時，先被緩存到一個隊列里，直到某些 通信過程結束并釋放出相應資源后獲得可用資源的概率。 第二個層次上的性能描述主要是基于系統(tǒng)的實際可用資源，反映用戶接入系統(tǒng)的情況。 多址接入技術的性能描述與評估主要體現(xiàn)在兩個層次。這層的協(xié)議有 HTTP 協(xié)議、 SMTP 協(xié)議和 FTP 協(xié)議等 [4]。 MAC 子層的主要功能是協(xié)調本站點和其他站點有效的共享信道資源， LLC 子層的功能是為本站點提供到其他相鄰站點的鏈路。它需要將上一層送來的數(shù)據(jù)加上所需的控制信息組成幀，并負責鏈路的連通、維持和釋放。 網(wǎng)絡 層的任務是選擇適當?shù)穆酚珊徒粨Q節(jié)點，使數(shù)據(jù)透明地傳輸?shù)侥康牡亍? 會話層在兩個實體之間建立起進行一次 “對話 ”的邏輯連接關系，負責網(wǎng)絡登錄和注銷、身份鑒別和運作方式等，并對對話進行管理和控制。 OSI 模型從上到下分為七個層次：應用層、表示層、會話層、運輸層、 網(wǎng)絡層、數(shù)據(jù)鏈路層和物理層 [2]。最后對全文進行了總結，并且指出了以后繼續(xù)進行相關的研究工作和未來可能的研究方向。 本文主要內容分為四個章節(jié)，各章節(jié)的安排如下： 第一章為緒論，介紹本課題的研究背景和國內外研究現(xiàn)狀、研究的主要成果和發(fā)展趨勢以及本文主要研究內容。當用戶操作不當時，對系統(tǒng)中其他用戶的影響應當盡可能的小。這意味著當系統(tǒng)達到均衡時，一個新增的負荷應該使系統(tǒng)達到一個新的均衡點。 第二，協(xié)議能夠以高效的方式分配傳輸信道，效率通常是以信道的吞吐量和傳輸時延來衡量的。 在多址接入?yún)f(xié)議中，多個用戶共享同一物理信道，例如，在蜂窩無線通信系信道被所有入網(wǎng)的用戶共享。共享方式有利于提高資源的使用效率，同時在用戶之間保持高度的可連接性。 參考文獻 ........................................... 17 附錄 A 英文文獻 ................................... 18 附錄 B 中文翻譯 ................................... 26 附錄 C 源程序 ..................................... 33 陜西理工學院畢業(yè)設計 第 1 頁 共 41 頁 1 緒論 網(wǎng)絡發(fā)展早期，通信基本上是以點到點或者網(wǎng)狀的方 式進行的，通過專門線路把每一個設備和其他設備連接起來從而實現(xiàn)通信。 [關鍵詞 ]多址接入?yún)f(xié)議； ALOHA； Matlab 仿真；性能分析 陜西理工學院畢業(yè)設計 II Simulation of multiple access ALOHA protocol WangChao (Grade11,Class03,Major Electronic Information Engineering,Institute of physics and Telemunications Dept.,Shaanxi University of Technology Hanzhong 723000,Shaanxi) Tutor:WuYan Abstract:This paper first introduced the research background of multiple access protocol and working principle, for the study of the ALOHA protocol were in detail, analyzing the system throughput, business volume and average transmission delay, performance indicators. Then according to the protocol, in the MATLAB platform to build simulation model, the ALOHA protocol simulation and carries on the analysis to the ine data, to verify the relationship between the throughput and the amount of traffic and delay, provide a reference to improve the performance of the protocol. Keywords:Multiple access protocol。 4月 21日 —— 5月 20日：完成參數(shù)設計并仿真，準備作品驗收。在此基礎上建立業(yè)務仿真模型，考察存在捕獲效應和不存在捕獲效應情況下的協(xié)議性能，最終得到反映協(xié)議性能的參數(shù)指標仿真圖（業(yè)務量，吞吐量，協(xié)議延遲），并進行分析。在此基礎上重點掌握學習ALOHA 協(xié)議 ，以及協(xié)議評價的性能指標以及這些指標之間的關系。 3月 21日 —— 4月 20日：完成系統(tǒng)整體框架設計，搭建系統(tǒng)，并提交中期檢查報告。然后根據(jù)協(xié)議的工作過程， 在 Matlab 平臺構建仿真模型，對 ALOHA 協(xié)議進行仿真 ,并 對所得數(shù)據(jù)進行分析， 驗證了吞吐量與業(yè)務量及時延之間的關系， 為提高協(xié)議性能提供了參考。 performance analysis 陜西理工學院畢業(yè)設計 III 目錄 1 緒論 ............................................ III 研究的目的 ........................................ 1 研究主要內容 ...................................... 1 2 多址接入?yún)f(xié)議 ...................................... 2 網(wǎng)絡體系結構 ..........