【正文】 點(diǎn)。也就是說(shuō)，當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)設(shè)備故障或條件改變時(shí)，不會(huì)引起協(xié)議的崩潰。第五，協(xié)議應(yīng)該是穩(wěn)定的。任何一種較好的協(xié)議都應(yīng)該具有以下特點(diǎn)： 第一，協(xié)議應(yīng)該能夠使多個(gè)用戶共享同一傳輸信道，為此，協(xié)議必須要求用戶按照一定的規(guī)則發(fā)出請(qǐng)求，協(xié)議控制分配給用戶的信道容量。數(shù)據(jù)的再次傳輸造成了時(shí)間和信道資源的嚴(yán)重浪費(fèi)，所以需要不斷完善和發(fā)展多址接入技術(shù)，以提高網(wǎng)絡(luò)性能。因此，共享通信資源的方式被廣泛應(yīng)用到網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中。 Matlab simulation。 指 導(dǎo) 教 師 系(教 研 室) 系(教研室)主任簽名 批準(zhǔn)日期 接受論文 (設(shè)計(jì))任務(wù)開(kāi)始執(zhí)行日期 學(xué)生簽名 II陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)多址接入ALOHA協(xié)議仿真王超（陜西理工學(xué)院 物電學(xué)院 電子信息工程專(zhuān)業(yè)，2011級(jí)3班，陜西 漢中 723000）指導(dǎo)老師：吳燕 [摘要]本文首先介紹了多址接入?yún)f(xié)議的研究背景及其工作原理，對(duì)目前廣泛研究的ALOHA 協(xié)議進(jìn)行了詳細(xì)闡述，分析了系統(tǒng)吞吐量、業(yè)務(wù)量及平均傳輸時(shí)延等性能指標(biāo)。 進(jìn)度安排： 1月10日——3月20日：查閱資料，完成外文翻譯原文和開(kāi)題報(bào)告。題 目 多址接入ALOHA協(xié)議仿真 學(xué)生姓名 王超 學(xué)號(hào) 1113014107 所在學(xué)院 物理與電信工程學(xué)院 專(zhuān)業(yè)班級(jí) 電子1103班 指導(dǎo)教師 吳燕 __ 完成地點(diǎn) 博遠(yuǎn)樓實(shí)驗(yàn)室 2015 年 6 月 10 日 畢業(yè)論文﹙設(shè)計(jì)﹚任務(wù)書(shū)院(系) 物理與電信工程學(xué)院 專(zhuān)業(yè)班級(jí) 11304107 學(xué)生姓名 王超 一、畢業(yè)論文﹙設(shè)計(jì)﹚題目 多址接入ALOHA協(xié)議仿真 二、畢業(yè)論文﹙設(shè)計(jì)﹚工作自 2015 年 1月 10 日 起至 2015 年 6 月 15 日止三、畢業(yè)論文﹙設(shè)計(jì)﹚進(jìn)行地點(diǎn): 物電學(xué)院實(shí)驗(yàn)室 四、畢業(yè)論文﹙設(shè)計(jì)﹚的內(nèi)容要求：學(xué)習(xí)了解多址接入?yún)f(xié)議基本原理，多址接入?yún)f(xié)議的分類(lèi)，多址接入?yún)f(xié)議的仿真模型，包括通信信道，包的產(chǎn)生，碰撞，業(yè)務(wù)量， 吞吐量，平均傳輸時(shí)延等名詞概念。最后撰寫(xiě)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文（應(yīng)包括方案設(shè)計(jì)、比較與論證、分析與計(jì)算、相關(guān)設(shè)計(jì)文件以及心得體會(huì)等）。 5月21日——6月15日：撰寫(xiě)、修改畢業(yè)設(shè)計(jì)論文，準(zhǔn)備并完成答辯。 ALOHA。而且，節(jié)點(diǎn)用戶之間需要交換信息，一個(gè)設(shè)備可以使用的物理連接的數(shù)量又是有限的，全部使用點(diǎn)到點(diǎn)的連接是不現(xiàn)實(shí)的。在網(wǎng)絡(luò)接入領(lǐng)域中，當(dāng)兩個(gè)或多個(gè)用戶共享信道傳輸數(shù)據(jù)時(shí)，信息就會(huì)疊加，目的端就不能接收到正確的數(shù)據(jù)，發(fā)送端必須重新傳輸，直到被成功接收或超時(shí)丟棄。協(xié)議通常都是為了滿足一定的目標(biāo)而設(shè)計(jì)的。第四，協(xié)議在處理不同的業(yè)務(wù)時(shí)，應(yīng)該具有一定的靈活性。最后，協(xié)議應(yīng)該具有魯棒性。從最基本的純ALOHA 協(xié)議入手，詳細(xì)闡述了其基本的工作原理，從系統(tǒng)吞吐量和傳輸時(shí)延等角度分析了這種協(xié)議的性能。 第三章為實(shí)際設(shè)計(jì)與仿真，基于前面的理論分析，在合理設(shè)計(jì)仿真流程的基礎(chǔ)上，利用Matlab 對(duì)ALOHA協(xié)議進(jìn)行建模和仿真。常見(jiàn)的分層模型OSI（Open Systems Interconnection）七層模型和TCP/IP（Transmission ControlProtocol/ Internet Protocol）四層模型[1]。應(yīng)用層還要提供應(yīng)用進(jìn)程所需要的信息交換、遠(yuǎn)程操作、系統(tǒng)管理和應(yīng)用管理，應(yīng)用層直接和用戶的應(yīng)用程序通信。它負(fù)責(zé)在網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的兩個(gè)實(shí)體之間建立一條端到端的信道，并為通信兩端提供可靠和透明的傳輸。因此，該層需要將上層送來(lái)的數(shù)據(jù)分組和對(duì)方發(fā)來(lái)的分組進(jìn)行拆卸，并解決分組丟失、重復(fù)傳送和數(shù)據(jù)顛倒等問(wèn)題。物理層還負(fù)責(zé)物理媒體的連通、維持和釋放等。它和OSI 所示。OSI體系結(jié)構(gòu) TCP/IP體系結(jié)構(gòu)應(yīng)用層應(yīng)用層表示層會(huì)話層運(yùn)輸層運(yùn)輸層網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)際層數(shù)據(jù)鏈路層網(wǎng)絡(luò)接口層物理層 OSI 和TCP/IP 體系結(jié)構(gòu)的比較 性能的描述與評(píng)估 多址接入技術(shù)需要解決的問(wèn)題是對(duì)給定通信資源進(jìn)行合理、有效的分配調(diào)度和利用。在這一層次上對(duì)多址接入方式的評(píng)估主要是系統(tǒng)容量，此容量反映了系統(tǒng)的實(shí)際可用資源。 固定分配方式下接入性能可以用阻塞率和接入延時(shí)概率來(lái)描述。而且對(duì)于隨機(jī)接入可能出現(xiàn)遲滯并再次接入的情形，此時(shí)，阻塞率已不能準(zhǔn)確反映這一動(dòng)態(tài)接入性能。平均傳輸時(shí)延是指成功傳輸之前的平均等待時(shí)間相對(duì)于一段時(shí)間間隔的歸一化值。協(xié)議通常都是為了滿足一定的目標(biāo)而設(shè)計(jì)的。效率通常以信道吞吐量和傳輸延遲來(lái)衡量。這意味著當(dāng)系統(tǒng)達(dá)到均衡時(shí)，一個(gè)新增的負(fù)荷應(yīng)該使系統(tǒng)達(dá)到一個(gè)新的均衡點(diǎn)。當(dāng)用戶操作不當(dāng)時(shí)，對(duì)系統(tǒng)中其他用戶的影響應(yīng)當(dāng)盡可能的少。即兩個(gè)或多個(gè)終端由于高山、高大的建筑物或其他物理遮擋而不再彼此的通信范圍內(nèi)，但卻都在同一基站的通信范圍內(nèi)。(4)由于相鄰小區(qū)公用同一頻率而導(dǎo)致的共道干擾問(wèn)題。調(diào)度可分為固定分配方式和按需分配方式。競(jìng)爭(zhēng)協(xié)議可以進(jìn)一步分為重復(fù)隨機(jī)接入?yún)f(xié)議和帶保留的隨機(jī)接入?yún)f(xié)議。CDMA協(xié)議即不屬于非競(jìng)爭(zhēng)協(xié)議也不屬于競(jìng)爭(zhēng)協(xié)議。用戶按照調(diào)度的先后順序一次傳輸數(shù)據(jù)，這樣就確保了每次傳輸都會(huì)成功。頻分多址則把信道帶寬分成互補(bǔ)重疊的頻帶，每個(gè)用戶分配給一個(gè)固定的頻帶。集中調(diào)度方式是由一個(gè)單獨(dú)的實(shí)體對(duì)傳輸進(jìn)行調(diào)度。用戶通過(guò)監(jiān)聽(tīng)信道可能知道也可能不知道即將發(fā)生的傳輸，因?yàn)闆](méi)有關(guān)于其他用戶是否要傳輸數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確信息。對(duì)第1類(lèi)協(xié)議來(lái)說(shuō)，傳輸就如前面的敘述，每次傳輸時(shí)可能會(huì)發(fā)生沖突。而ISMA協(xié)議通過(guò)中央基站控制移動(dòng)終端的數(shù)據(jù)包傳輸，降低了數(shù)據(jù)包之間發(fā)生碰撞的概率，以及“隱終端”問(wèn)題[9]。當(dāng)有多個(gè)用戶同時(shí)傳送數(shù)據(jù)時(shí)，由于信號(hào)的重疊會(huì)造成接收方收到的數(shù)據(jù)出現(xiàn)錯(cuò)誤。超時(shí)模式（timeout mode）：信息發(fā)送后，如果在一個(gè)給定的時(shí)間內(nèi)沒(méi)有收到“確認(rèn)”消息或“否認(rèn)”消息，則用戶重發(fā)該信息。同理，其他用戶也按照此過(guò)程工作。設(shè)每個(gè)數(shù)據(jù)分組長(zhǎng)度為b ，由用戶送入系統(tǒng)的總業(yè)務(wù)到達(dá)率為每秒Rt 個(gè)分組，其中成功接收率為每秒R個(gè)分組，發(fā)生碰撞率為每秒Rr個(gè)分組，則有Rt=R+Rr(pkt/s (21)于是，可以將系統(tǒng)的吞吐量定義為S’=bR(b/s) (22)將系統(tǒng)的總業(yè)務(wù)量定義為G’=bRt(b/s) (23)由于平均吞吐量S 39。為了避免碰撞，一個(gè)分組至少需要2t的空閑時(shí)間。這就是說(shuō)，在τ秒時(shí)間間隔內(nèi)有K 個(gè)新消息到達(dá)的概率可以表示為泊松分布： K≥0 (24)式中：λ為消息的平均到達(dá)率。S 的最大值等于l/2e=，它發(fā)生在G = 時(shí)，即純ALOHA 系統(tǒng)的信道容容量利用率只有18%。 仿真系統(tǒng)模型是數(shù)據(jù)包通信系統(tǒng)，該系統(tǒng)中包含一個(gè)接入點(diǎn)，以及多個(gè)終端。這種情況被稱為阻塞，它與包傳送失敗是不同的。 通信信道模型對(duì)無(wú)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。在本文的仿真中，主要考慮接入點(diǎn)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。如果數(shù)據(jù)傳輸速率為Ｒ（bps）,需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)比特?cái)?shù)Tt,則有 (32)如果數(shù)據(jù)包為0，則G=0. (2)吞吐量 單位時(shí)間內(nèi)成功傳輸?shù)浇尤朦c(diǎn)的數(shù)據(jù)包的總數(shù)。平均傳輸時(shí)延依賴于包的長(zhǎng)度。如果業(yè)務(wù)量大于1，平均傳輸時(shí)延將隨著業(yè)務(wù)量的增加而急劇增加，后面的仿真也將驗(yàn)證這一點(diǎn)理想特性1實(shí)際特性吞吐量1 業(yè)務(wù)量每個(gè)終端都假設(shè)相互獨(dú)立的隨機(jī)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(diǎn)：(1)獨(dú)立性：在互不交疊的時(shí)間間隔內(nèi)產(chǎn)生數(shù)據(jù)包的個(gè)數(shù)是相互統(tǒng)計(jì)獨(dú)立的。而且，如果產(chǎn)生的數(shù)據(jù)包服從Possion分布，兩個(gè)數(shù)據(jù)包之間服從負(fù)指數(shù)分布。為簡(jiǎn)化分析，這里假設(shè)所有終端的緩沖區(qū)無(wú)限大，即不會(huì)由于緩沖區(qū)大小限制造成阻塞[13]。其中，如果不考慮捕獲效應(yīng)，發(fā)生碰撞的數(shù)據(jù)包均認(rèn)為傳輸失??；如果考慮捕獲效應(yīng)，需要判斷碰撞后的信噪比是否大于捕獲門(mén)限，如果大于，則認(rèn)為該數(shù)據(jù)包仍可以正確接收，否則，按傳輸失敗處理?？梢钥闯觯谶@種通信方式下,因?yàn)榇嬖谂鲎?，所以信道的利用率是很低的[11]。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(hào)功率門(mén)限指的是成功接收數(shù)據(jù)包的最大門(mén)限值。無(wú)論是在局域網(wǎng)中、還是無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)中，接入技術(shù)在解決數(shù)據(jù)沖突和提高網(wǎng)絡(luò)吞吐量等方面都表現(xiàn)出了出色的功能，在實(shí)際應(yīng)用中，由于業(yè)務(wù)的突發(fā)性與實(shí)時(shí)性，還存在一定的問(wèn)題。其中ALOHA 協(xié)議適合應(yīng)用于用戶負(fù)載較低的場(chǎng)合，隨著用戶數(shù)量或發(fā)送信息量的增加，這種完全隨機(jī)接入的協(xié)議將使沖突概率增大，傳輸性能降低。 致謝 本課題的研究是在吳燕老師的精心指導(dǎo)下完成的，感謝她在我學(xué)習(xí)期間給我的關(guān)心、鼓勵(lì)和幫助。 感謝陜西理工學(xué)院為我提供了優(yōu)良的學(xué)習(xí)條件，優(yōu)雅的學(xué)習(xí)環(huán)境，陜西理工學(xué)院濃厚的學(xué)術(shù)氛圍將使我終身難忘。 K. LalkishorePublished online: 28 June 2011169。EPC