第四章_信道共享技術(shù)

第四章 信道共享技術(shù),當信道使用產(chǎn)生競爭時如何分配信道的使用權(quán),關(guān)鍵問題:,信道共享技術(shù)分類（依據(jù)連接方式）, 通過集中器或復(fù)用器連接 特點：附加設(shè)備，集中控制 接入方法：順序掃描查詢，或使用中斷技術(shù) 通過公用信道連接 (多點接入技術(shù)） 特點：一條公用信道連接所有主機，按協(xié)議分配信道,集中式控制：輪叫輪詢 傳遞輪詢,分散式控制：令牌環(huán)網(wǎng)，傳遞令牌，獲得令牌才有權(quán)發(fā)送數(shù)據(jù),隨機接入：站點可隨時發(fā)送數(shù)據(jù)，爭用信道，易沖突 ALOHA CSMA CSMA/CD,受控接入 ,多點接入技術(shù),通過復(fù)用器或集中器連接,主 機,前 端 機,MUX,M,M,M,M,MUX,T,T,T,T,T,T,C,信道共享技術(shù)分類,信道共享,TDM,FDM,STDM,ATDM,隨機接入,受控接入,CATV,CSMA,CSMA/CD,集中控制,分散控制,輪詢,令牌,靜態(tài)分配,動態(tài)分配,（異步時分復(fù)用）,1、輪叫輪詢 （1）原理 主站與從站間來回,主,1,2,N,受控多路接入,2、傳遞輪詢 （1）原理 主站與最遠站點傳遞輪詢針，從最遠站到最近的從站發(fā)送輪詢針,主,1,2,N,（2）性能 與輪叫輪詢不同,受控多路接入,3、兩種輪詢性能比較 （1）傳遞輪詢的時延小于同樣條件下的輪叫輪詢； （2）站點間距離越大傳遞輪詢的優(yōu)越性越強； （3）當站點距離很小時，兩種輪詢方式時延相同。,受控多路接入,純ALOHA協(xié)議, 工作原理：站點只要產(chǎn)生幀，就立即發(fā)送到信道上；規(guī)定時間內(nèi)若收到應(yīng)答，表示發(fā)送成功；否則重發(fā) 重發(fā)策略：等待一段隨機的時間，然后重發(fā)；如再次沖突，則再等待一段隨機的時間，直到重發(fā)成功為止 缺點：極容易沖突 性能：網(wǎng)絡(luò)負載 0. 5 吞吐量 0. 184,N,N-1,2,1,接口,總線信道,ALOHA系統(tǒng)的一般模型,隨機接入方式,純ALOHA系統(tǒng)的工作原理圖,A1,幀產(chǎn)生,B1,A2,A2,B1,沖突,隨機時間 t1,t2,B2,A2,t3,B2,t4,B3,A3,站A,站B,信道上的總效應(yīng),A1,B1,A2,B2,純ALOHA協(xié)議的性能分析,假定幀的產(chǎn)生服從泊松分布，其概率密度函數(shù)為：,(t) = e -t , 其中t為到達時間間隔,主要性能參數(shù)： 吞吐率（吞吐量）S -T0 內(nèi)成功發(fā)送的幀數(shù) 0 S 1 網(wǎng)絡(luò)負載G - T0 內(nèi)總共發(fā)送的平均幀數(shù) T0 的含義：獨占信道時成功發(fā)送一幀所用的時間 幀成功發(fā)送的條件：該幀與其前后2幀的間隔均大于T0 S與G的關(guān)系：S = G P發(fā)送成功 P發(fā)送成功 = P 連續(xù)2個到達間隔T0 = （P 到達間隔T0 ）2 P 到達間隔T0 = T0 (t) dt = T0 (G/ T0) e -Gt/ T0 dt = e -G 吞吐量公式： S = G e -2G 極大值為 G=0.5時，S = 0.184,時隙ALOHA系統(tǒng)的工作原理圖,A1,幀產(chǎn)生,B3,A2,A2,B1,沖突,隨機時間t1,t2,B2,B2,B3,A3,站A,站B,信道上的總效應(yīng),A1,B1,A2,B2,A3, 工作原理：將時間劃分為一段段等長的時隙，規(guī)定幀不論何時產(chǎn)生，只能在每個時隙開始時發(fā)送到信道上,時隙ALOHA協(xié)議（S-ALOHA）, 工作原理：將時間劃分為一段段等長的時隙，規(guī)定幀不論何時產(chǎn)生，只能在每個時隙開始時發(fā)送到信道上 重發(fā)策略：同純ALOHA 性能：網(wǎng)絡(luò)負載 1 吞吐量 0. 37 代價：需要全網(wǎng)同步；可設(shè)置一個特殊站點，由該站點發(fā)送時鐘信號 幀發(fā)送成功的條件：沒有其他幀在同一時隙內(nèi)到達 P發(fā)送成功 = P 到達間隔T0 - Tx P 到達間隔 Tx = T0 -Tx (t) dt Tx (t) dt = T0 -Tx e -t dt Tx e -t dt = T0 -Tx (G/ T0) e -Gt/ T0 dt Tx (G/ T0) e -Gt/ T0 dt = e -G 吞吐量公式： S = G e -G 極大值為 G= 1 時，S = 0.37 第k次發(fā)送成功的概率 Pk = e -G ( 1-e -G )k-1 平均重發(fā)次數(shù) E= k Pk = k e -G ( 1-e -G )k-1 = e G k=1 k=1,輪詢和隨機接入的比較,（1）當站數(shù)較少時，純ALOHA時延較小 當站數(shù)較多時，輪詢的時延較小 （2）純ALOHA受約束少，通信量強度小的時候 可以得到比較小的時延 輪詢系統(tǒng)對每個站的發(fā)送時機都有嚴格限制，所以通信量強度 增大時各站不會互相干擾，仍然能一個一個地發(fā)，不會沖突， 通信量強度大的時候時延特性好 （3）站數(shù)多的時候輪詢不會出現(xiàn)不穩(wěn)定現(xiàn)象， 而兩種ALOHA都有不穩(wěn)定區(qū)域 （4）傳播時延大的時候主要用ALOHA及其派生系統(tǒng),CSMA：載波監(jiān)聽多點訪問, 工作原理：發(fā)送前監(jiān)聽。附加硬件裝置，每個站點在發(fā)送數(shù)據(jù)之前要監(jiān)聽信道上是否有數(shù)據(jù)在傳送。若有，則此站暫停發(fā)送，等待一段時間后重試。 載波監(jiān)聽策略： 非堅持CSMA：一旦監(jiān)聽到信道忙，就不再監(jiān)聽；延遲一個隨機時間 后再次監(jiān)聽。 堅持CSMA：監(jiān)聽到信道忙時，仍繼續(xù)監(jiān)聽，直到信道空閑 1-堅持CSMA：一聽到信道空閑就立即發(fā)送數(shù)據(jù)（以概率1發(fā)送） p-堅持CSMA：聽到信道空閑時，以概率p發(fā)送數(shù)據(jù)，即以概率1-p延遲一段時間后再發(fā)送 性能：輕載時，1堅持CSMA吞吐量最大； 重載時，非堅持CSMA吞吐量最大。 缺點：由于傳播時延的存在，沖突不可避免,CSMA的流程圖,有待發(fā)幀？,載波監(jiān)聽策略,（分時隙）延遲到下 一個時隙的開始,發(fā)送,等待2t,收到ACK？,出口,N,Y,延遲隨機時間,N,Y,ALOHA,l p?,Y,N,非堅持CSMA,信道忙？,選擇0-1之間 的隨機數(shù)l,信道忙？,延遲t,N,N,Y,Y,P堅持CSMA,CSMA哪里可以改進?,CSMA/CD：帶沖突檢測的載波監(jiān)聽多點訪問, 工作原理：邊發(fā)送邊監(jiān)聽。若監(jiān)聽到?jīng)_突，則沖突雙方都立即停止發(fā)送。信道很快空閑，從而提高效率。 1-堅持的CSMA/CD：監(jiān)聽到信道空閑就立即發(fā)送數(shù)據(jù)，并繼續(xù)監(jiān)聽；若監(jiān)聽到?jīng)_突，則立即放棄發(fā)送 沖突檢測方法： 比較接收到的信號電壓的大小 檢測曼徹斯特編碼的過零點 比較接收到的信號與剛發(fā)出的信號 站點檢測到?jīng)_突后，往往發(fā)送人為干擾信號，強化沖突，以通知其他站點 退避算法：以截斷二進制指數(shù)類型，來決定重發(fā)時延 從 0, 1, 2, ., 2k-1 中隨機取一個數(shù)r，重發(fā)時延 = r 基本重發(fā)時延 其中 k = min 重發(fā)次數(shù)，10 動態(tài)退避算法,若兩個最遠距離站點間的傳輸時間為T，則網(wǎng)絡(luò)的最大沖突檢測時間為2T。,沖突檢測時間,T,A在t=0時刻向F發(fā)送幀。,F在t=T- 時刻向A發(fā)送幀，在t=T時檢測到?jīng)_突，立即發(fā)送噪聲幀。,A在t= 2T時刻收到F向全網(wǎng)發(fā)送的噪聲幀。,各站點嘗試爭用