信道共享技术定义控制多个用户共用一条信道的协议

路层协议的一部分。
顾
信道共享的目标：理想情况（信道容量为C
兆
b/s)
军
– 一个用户，N各用户；控制协议简单、可靠。
中
信道共享技术(2)
2
国
民 航
信道分配方法有三种
学
– 随机接入：所有用户都可以根据自己的意愿
院
随机地发送信息
计 算 机
如：ALOHA. CSAM/CD
– 受控接入:各用户不能任意接入信道，必须
系
服从一定的控制
• 集中式控制：多点线路轮询
顾
• 分散式控制：令牌环型网
兆
军
中
信道共享技术（3）
3
国
民
信道复用
航
• 频分多路复用 FDM
学
原理：将频带平均分配给每个要参与通信的用户；
院 计 算
优点：适合于用户较少，数目基本固定，各用户的通信量 都较大的情况；
缺点：无法灵活地适应站点数及其通信量的变化
军
• 效率：信道利用率只有18.4%.
中
性能分析（吞吐量）
13
国
民 Abramson公式：S=Ge-2G
航
学
院
计
算
机
系
顾 兆 军
中
14
国
民
航
学
院
计
算
机
系
顾 兆 军
中
ALOHA (6)
15
国
民
航 学
D=T0[1+R+NR(R+(K+1)/2)]
院 计
NR=e2G-1
算
机
系
顾 兆 军
中
• 时分多路复用 TDM和统计时分多路复用
机
原理：每个用户拥有固定的信道传送时槽；
系
优点：适合于用户较少，数目基本固定，各用户的通信量
都较大的情况；
顾 兆 军
缺点：无法灵活地适应站点数及其通信量的变化。 • 波分复用 • 码分复用
中
信道共享技术(4)
4
国
民
航 学
信道分配模型的五个基本假设：
院 计 算
• 冲突危险区，Fig. 4-2 • P[发送成功]=P[连续两个到达间隔>T0]=(P[到达间隔>T0]) 2
Gk eG
• 一个帧时内产生k帧的概率：Pr[k] = k! ，两个帧时平均
产生2G个帧，在冲突危险区内无其它帧产生的概率为：P0
顾
= e-2G，所以 S = Ge-2G；
兆
Fig. 4-3
中
ALOHA (4)
11
国
民 吞吐量S
航 学 院
等于在帧的发送时间T0内成功发送的平 均帧数。
计 网络负载G
算 机
等于在T0内总共发送的平均帧数。
系
• G≥S
顾 兆 军
中
ALOHA (5)
12
国
民
航 学
吞吐率 S, 网络负载G
院 计 算 机 系
• 吞吐率 S = GP[发送成功]，P为发送一帧不受冲突影响的概 率；
• 站点模型：每个站点是独立的，并以统计固定的速率产生 帧，一帧产生后到被发送走之前，站点被封锁；
• 单信道假设：所有的通信都是通过单一的信道来完成的， 各个站点都可以从信道上收发信息；
机
• 冲突假设：若两帧同时发出，会相互重叠，结果使信号无
系
法辨认，称为冲突。所有的站点都能检测到冲突，冲突帧
必须重发；
顾
• 连续时间和时间分槽（确定何时发送）；
兆
• 载波监听和非载波监听（确定能否发送）。
军
中
本章重点掌握
5
国
民
航 学
ALOHA
院 CSMA/CD
计 算
时延
机
吞吐量
系
顾 兆 军
中
4.1 随机接入：ALOHA（1）
6
国
民
航 学
70年代，Norman Abramson设计了ALOHA协议
院
– 目的：解决信道的动态分配，基本思想可用于任何
19
国
民 载波监听多路访问协议CSMA（Carrier Sense
航 Multiple Access Protocols）
学 院 计
CSMA与ALOHA的主要区别：CSMA多了一 个载波监听装置
算 载波监听（Carrier Sense）
机
查看信道上有无数据信号传输称为载波侦听，
系
监测方法是判断基带上是否有脉冲二进制0或1
7
国 民
帧长度用发送该帧所需的时间表示，T0
航
学
院
计
算
机
系
顾 兆 军
中
8
国
民
航
学
院
计
算
机
系
顾 兆 军
中
ALOHA ( 3)
9
国
民
航 学 院 计
– 多用户共享单一信道，并由此产生冲突，这 样的系统称为竞争系统；
– 性能分析: 吞吐量、 平均时延
算
• 一个帧发送成功的条件 Fig4-8, 4-2
机 系
– 一个帧如欲发送成功，必须在该帧发送时刻之前和之 后隔一段时间T0内（2个间隔），没有其他帧发送
– 一个帧发送成功的条件：该帧于该帧前后的两个帧的
到达时间间隔均大于T0
顾
• 假设：帧长固定，无限个用户，按泊松分布产生
兆
新帧；发生冲突重传，新旧帧共传k次，遵从泊
军
松分布；
中
10
国
民
航
学
院
计
算
机
系
顾 兆 军
顾
多路访问（Multiple Access）
兆 同时有多个结点在侦听信道是否空闲和发送数
军 据，称为多路访问。
中
20
国
民
航
学
院Baidu Nhomakorabea
计
算
机
系
顾 兆 军
中
CSMA和CSMA/CD （2）
21
国
民
航 学
ALOHA
院 非坚持CSMA
计 算
P坚持CSMA
机
系
顾 兆 军
中
CSMA和CSMA/CD （3）
兆
• 与纯ALOHA协议相比，降低了产生冲突的概率，
军
信道利用率最高为36.8%。
中
时隙ALOHA
17
国
民
航
学 S=Ge-G
院 计
NR=eG-1
算
机
系
顾 兆 军
中
ALOHA (8)
18
国
民
航 学
有限站数的吞吐量：
院
计 算
– S=G(1-G/N)N-1
机
系
顾 兆 军
中
4.2 随机接入： CSMA和CSMA/CD （1）
22
国
民
航 学 院 计 算 机
中
信道共享技术(1)
1
国
信道分配
民 航 学 院 计 算
计算机网络可以分成两类
– 使用点到点连接的网络 —— 广域网
– 使用广播信道（多路访问信道，随机访问信道） 的网络——局域网
– 关键问题：如何解决对信道争用
机
解决信道争用的协议称为介质访问控制协议
系
MAC（Medium Access Control），是数据链
计
无协调关系的用户争用单一共享信道使用权的系统；
算
– 分类：纯ALOHA协议和时隙ALOHA协议
机
纯ALOHA协议
系
– 基本思想：用户有数据要发送时，可以直接发至信
道；然后监听信道看是否产生冲突，若产生冲突，
顾
则等待一段随机的时间重发(冲传策略），直到成功;
兆 军
Fig. 4-1,4-8
中
ALOHA (2)
ALOHA (7)
16
国
民
航 学
时隙ALOHA协议
院
– 基本思想：把信道时间分成离散的时隙（时
计
间槽），时隙长为一个帧所需的发送时间。
算
每个站点只能在时隙开始时才允许发送。其
机
他过程与纯ALOHA协议相同。
系
– 信道效率
顾
• 冲突危险区是纯ALOHA的一半，所以P0 = e-G， S = Ge-G；