【正文】 吞吐量 S 及平均傳輸時延 D。而且，如果產(chǎn)生的數(shù)據(jù)包個數(shù)服從泊松分布，兩個數(shù)據(jù)包之間的時間間隔服從負指數(shù)分布。 平穩(wěn)性：在一段時間間隔內(nèi)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)包的個數(shù)僅與該段時間間隔有關(guān)，而與該段時間間隔的起始時間無關(guān)。 業(yè)務(wù)源模型也進行了適當?shù)暮喕僭O(shè)所有終端具有相同的業(yè)務(wù)強度，以具有某一參數(shù)的泊松過程產(chǎn)生數(shù)據(jù)包，數(shù)據(jù)包的大小為一常數(shù)。平均傳輸時延依賴于包的長度。此外，在所有的單位時間內(nèi)，如果所有的包都被正確傳輸，吞吐量為 1。用數(shù)據(jù)傳輸速率歸一化的吞吐量記為 S。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)為 Tr，則有 RTrG? 如果數(shù)據(jù)包為 0，則 G為 0。在數(shù)據(jù)包傳輸發(fā)生錯誤 的情況下，經(jīng)過一段時間間隔后，將會被再次傳送到接入點。另外，即使沒有發(fā)生碰撞，傳輸?shù)陌部赡馨l(fā)生錯誤，因為接入點接收到的信號功率有可能小于解調(diào)所要求的最小功率，這在信道條件較差的情況下經(jīng)常發(fā)生。因此，即使個數(shù)據(jù)包發(fā)生碰撞，具有最大接收功率的數(shù)據(jù)包也可能被正確接收。如果沒有發(fā)生碰撞，產(chǎn)生的數(shù)據(jù)包依次傳送到目的地。 (3) 碰撞 當幾個數(shù)據(jù)包在信道時同時傳輸時，便會發(fā)生碰撞，如圖 13所示。 稀疏性：在非常小的時間間隔內(nèi)，產(chǎn)生兩個及兩個以上數(shù)據(jù)包的概率非常小，可以忽略。 (2)包產(chǎn)生 每個終端都假設(shè)相互獨立的隨機產(chǎn)生數(shù)據(jù)包，并且包產(chǎn)生過程服從 Possion分布，即滿足如下特點： 包產(chǎn)生 包產(chǎn)生 包產(chǎn)生 包產(chǎn)生 緩沖區(qū) 接入 （ Buffer） 協(xié)議 緩沖區(qū) 接入 （ Buffer) 協(xié)議 緩沖區(qū) 接入 （ Buffer） 協(xié)議 緩沖區(qū) 接入 （ Buffer） 協(xié)議 到達 到達 到達 到達 緩沖區(qū) 接入?yún)f(xié)議 （ Buffer） 終端 1 終端 2 終端 3 終端 N ： ： 包傳輸 通信信道 陜西理工學院畢業(yè)設(shè)計 第 9 頁 共 39 頁 獨立性：在互不交疊的時間間隔內(nèi)產(chǎn)生數(shù)據(jù)包的個數(shù)是相互統(tǒng)計獨立的 。因此，需要建立一個模型來描述這些因素造成的信號隨機衰減?；诶碚撆c實際測量的傳播模型都表明，室外或室內(nèi)無線信道中，平均接收功率（ dBm)與發(fā)射機和接收機之間的距離的對數(shù)成反比，即 0lg10)()( d dtr ndB mdB m pp ?? 式中， n為路徑衰落指數(shù)，表明路徑損耗隨距離增長的速度，它的值一般在 2至 5之間； d0為近地參考距離，由測試 決定； d為發(fā)射天線與接收天線距離。 在無線通信系統(tǒng)中，信道是時變的，在仿真中，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。 陜西理工學院畢業(yè)設(shè)計 第 8 頁 共 39 頁 在有線通信系統(tǒng)中，信道是時不變的，假設(shè)不會發(fā)生傳輸差錯，并且接入點接收到的各個終端的信號功率是相同的。在理論分析中通常假設(shè)是有限呼叫源模型。傳送失敗是指緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)包沒有成功傳送到接入點。當緩沖區(qū)容量有限時，在數(shù)據(jù)包充滿緩沖區(qū)后，新產(chǎn)生的數(shù)據(jù)包將會被丟掉。其關(guān)系如圖 在仿真系統(tǒng)模型中，終端具有相同的性能，帶有緩沖區(qū)，數(shù)據(jù)包產(chǎn)生后，首先存儲在緩沖區(qū)中，并按照先進先出（ FIFO)的原則進行傳輸。對不同協(xié)議來說，其基本結(jié)構(gòu)相差不大，因此，可以建立一個統(tǒng)一的基本仿真模型，當仿真不同協(xié)議時，在基本模型的基礎(chǔ)上進行相應的修改就可以 。而 ISMA 協(xié)議通過中央基站控制移動終端的數(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”問題。而如果該用戶在一段時間內(nèi)，沒有傳送數(shù)據(jù)，系統(tǒng)將收回分配給它的那部分信道資源。對第 1類協(xié)議來說，傳輸就如前面的敘述，每次傳輸時可能會發(fā)生沖突。 隨機多地址接入?yún)f(xié)議可以分為兩類：一類是重復隨機多地址接入?yún)f(xié)議，如 ALOHA協(xié)議，時隙ALOHA（ slottedALOHA），載波監(jiān)聽 ALOHA（ CSMA），以及帶有集中控制的 ALOHA（ ISMA）。用戶通過監(jiān)聽信道可能知道也可能不知道即將發(fā)生的傳輸，因為沒有關(guān)于其他用戶是否要傳輸數(shù)據(jù)的準確信息。 競爭多址接入?yún)f(xié)議 競爭（隨機）多址接入?yún)f(xié)議不存在傳輸?shù)恼{(diào)度。集中調(diào)度方式是由一個單獨的實體對傳輸進行調(diào)度。激活的用戶按調(diào)度的順序依次進行傳輸。頻分多址則把信道帶寬分成互補重疊的頻帶，每個用戶分配給一個固定的頻帶。分配可以按照時間或頻率來進行。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成功。 CDMA協(xié)議又可以分為純 ALOHA協(xié)議和混合 CDMA協(xié)議。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。顯示保留協(xié)議在調(diào)度時使用短的保留數(shù) 據(jù)包來請求傳輸，而隱式保留協(xié)議則不需要任何保留數(shù)據(jù)包。對帶保留的隨機接入?yún)f(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(diào)度方式，直到該用戶的數(shù)據(jù)傳輸完畢為止。當碰撞發(fā)生時，協(xié)議需要對它們進行處理。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。 圖 多址接入?yún)f(xié)議分類 非競爭（調(diào)度）協(xié)議通過調(diào)度要傳輸數(shù)據(jù)的用戶來避免兩個或兩個以上用戶同時接入信道。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(diào)度）協(xié)議、競爭（隨機接入）陜西理工學院畢業(yè)設(shè)計 第 6 頁 共 39 頁 協(xié)議，以及 CDMA協(xié)議。折中的程度取決于使用環(huán)境，以及特定的需求。 對協(xié)議來說，同時處理好上述問題是比較困難的，甚至是相互沖突的。 （ 3） 無線信道中的多經(jīng)衰弱和陰影衰落效應。 （ 2） 遠近效應問題。在無線移動環(huán)境中，多址接入?yún)f(xié)議面臨如下挑戰(zhàn)： （ 1） 隱終端問題。 隨著無線通信的不斷普及，無線移動環(huán)境下的多址接入?yún)f(xié)議引起人們更多的關(guān)注。也就是說，當系統(tǒng)中出現(xiàn)設(shè)備故障或條件改變時，不會引起協(xié)議的崩潰。對不穩(wěn)定的協(xié)議來說，新增的負荷將迫使系統(tǒng)遷移到更高的負荷狀態(tài)，并且降低吞吐量。 （ 5） 協(xié)議應該是穩(wěn)定的。 （ 3） 對每個用戶來說，分配應該是公平的，即對不考慮具有優(yōu)先權(quán)的用戶來說，每個用戶從平均意義上來說應該分配到 相同的容量。 （ 2） 協(xié)議能夠以高效的方式分配傳輸信道。任何一種較好的協(xié)議都應該具有一下特點： （ 1） 能夠使多個用戶共享同一傳輸信道。對無線通信來說，一個重要的目標就是有效的利用信道資源，多址接入?yún)f(xié)議性能對此有很大影響。 本文多地址接入 ALOHA協(xié)議主要研究 的純 ALOHA 協(xié)議、時隙 ALOHA 協(xié)議、非堅持型 CSMA 協(xié)議 。 隨機多址接入技術(shù)是一種采用競爭的接入方式，和固定分配多址接入的目的一樣，都是如何最大限度的減少數(shù)據(jù)的沖突，提高系統(tǒng)吞吐量和信道的利用率。為滿足節(jié)點用戶之間的通信需要，共享通信資源方式被廣泛采用 。現(xiàn)在多址接入?yún)f(xié)議已經(jīng)成為局域網(wǎng)、衛(wèi)星通信網(wǎng)、無線通信網(wǎng)中應用最廣泛、最重要的協(xié)議之一。具體的多址接入技術(shù)通常用相應的協(xié)議來描述。多址接陜西理工學院畢業(yè)設(shè)計 第 5 頁 共 39 頁 入技術(shù)也被稱為媒體接入技術(shù)或信道接入技術(shù)，這是因為接入或訪問網(wǎng)絡(luò)的過程實際上表現(xiàn)為占用網(wǎng)絡(luò)中的傳輸信道的過程。為了實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)互連，不同的用戶節(jié)點只能通過公用信道相互聯(lián)系。隨著網(wǎng)絡(luò)通信業(yè)務(wù)的迅速增長，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)日益復雜，所能使用的通信資源也越來越緊缺。通過 MATLAB的離散時間仿真原理實現(xiàn)對時隙 ALOHA的仿真，并通過仿真程序?qū)崿F(xiàn)對偽貝葉算法控制算法性能進行測試。網(wǎng)絡(luò)仿真技術(shù)具有以下特點：（ 1）全新的模擬實驗機理使其具有在高度復雜的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下得到高可信度結(jié)果的特點；（ 2）網(wǎng)絡(luò)仿真的預測功能是其他任何方法都無法比擬的；（ 3）適用范圍廣，既可以用于現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化和擴容，也可以用于新網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計，而且特別 適用于中大型網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計和優(yōu)化；（ 4）初期應用成本不高，而且建好的網(wǎng)絡(luò)模型可以延續(xù)使用，后期投資還會不斷下降。 網(wǎng)絡(luò)仿真技術(shù)是一種通過建立網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)鏈路的統(tǒng)計模型，并模擬網(wǎng)絡(luò)流量的傳輸，從而獲取網(wǎng)絡(luò)設(shè)計或優(yōu)化所需要的網(wǎng)絡(luò)性能數(shù)據(jù)的仿真技術(shù)。為解決時隙 ALOHA的穩(wěn)定性問題，各種控制算法被提出。但時隙 ALOHA本質(zhì)上是不穩(wěn)定的，當輸入流從 0開始增加時，信道吞吐量隨著負載流的增加而增加，當輸入流到達某一門限值時，系統(tǒng)吞吐量到達最大值。 ALOHA作為一種通用的 MAC協(xié)議廣泛應用于多個用戶終端競爭同一個媒質(zhì)的情況。在此基礎(chǔ)上，針對發(fā)現(xiàn)的問題提出理論改進，然后在仿真平臺上實現(xiàn)改進理論，并通過性能比較分析來驗證改進效果。利用比較成熟的計算機仿真軟件，可以近乎真實地模擬網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，可以在各個層次上模擬網(wǎng)絡(luò)的運行效果。在實際環(huán)境下測試能夠得到相對真實的數(shù)據(jù)，但由于現(xiàn)代通信與信息系統(tǒng)往往規(guī)模很大，系統(tǒng)很復雜，構(gòu)造高度相似的物理模型經(jīng)濟成本和社會成本都很高，因而進行對大規(guī)模的測試幾乎是不可能的，而且其測試結(jié)果也往往難于重現(xiàn)。設(shè)計開發(fā)新的協(xié)議或?qū)σ延袇f(xié)議進行改進，都需要對其性能進行測試和評價。在無線移動環(huán)境中，多址接入?yún)f(xié)議面臨如下四點挑戰(zhàn)：隱終端問題，即兩個或多個終端由于高山、建筑物等的遮擋而不在彼此的通信范圍內(nèi)，但卻在同一基站的通信范圍內(nèi)；遠近效應問題，遠端的用戶要比近端的用戶信號有更大的衰落；無線信道中的多徑效應和陰影衰落問題；由于相鄰小區(qū)共用同一頻率而導致的共道干擾問題。 33 陜西理工學院畢業(yè)設(shè)計 第 4 頁 共 39 頁 1 引言 隨著無線通信的不斷普及，無線移動環(huán)境中的多址接入?yún)f(xié)議正在引起人們更多地關(guān)注。 16 時隙 ALOHA協(xié)議仿真結(jié)果分析 16 為貝葉斯調(diào)整算法實現(xiàn) 16 隨機數(shù)的生成 14 時隙 ALOHA馬爾科夫鏈系統(tǒng) 模型 13 時隙 ALOHA系統(tǒng)模型 12 時隙 ALOHA的程序流程圖 10 協(xié)議評價指標 7 業(yè)務(wù)源模型 5 非競爭多址接入?yún)f(xié)議 5 多址接入?yún)f(xié)議分類 4 2 多地址接入?yún)f(xié)議發(fā)展狀況 MATLAB 陜西理工學院畢業(yè)設(shè)計 第 3 頁 共 39 頁 1 引言 ALOHA。 關(guān)鍵字： 時隙； ALOHA；仿真； MATLAB 陜西理工學院畢業(yè)設(shè)計 第 2 頁 共 39 頁 Simulation of slotted ALOHA protocol PanPengfei “(Grade11,Class03,Major Electronic Information Engineering,Institute of physics and Telemunications Dept.,Shaanxi University of Technology Hanzhong 723000,Shaanxi)”。 第 1 頁 共 39 頁 時隙 ALOHA 協(xié)議仿真 潘鵬飛 （ 陜西理工學院 物理與電信學院 電子 1103班， 陜西 漢中 723000） 指導教師：吳燕 摘 要： 時隙 ALOHA 是應用于無線通信系統(tǒng)中的一種協(xié)議， 時隙 AL0HA 使用了各種控制算法以保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性 ， 在比較三種常用網(wǎng)絡(luò) 仿真模型 的基礎(chǔ)上， 分析了時隙 ALOHA 仿真結(jié)果及應用于通信系統(tǒng)中的性能優(yōu)點。給出了 MATLAB 仿真平臺下實現(xiàn)時隙 ALOHA 控制算法的流程圖，編寫了 MATLAB 代碼對時隙 AL0HA 的偽貝