第四章 信道共享技术(for students)

信道共享总述
•信道共享技术的特点与要求
–信号的迭加和碰撞
–要求某一时刻只有唯一信息有效传递
–要求平等对待用户
•平等发送
•平等接收
•实时反应
–用户好像独享网络
杨巍wadeyoung@3
信道共享总述
•信道共享技术的分类
–从可维护性和控制的复杂度两方面考察
–在计算机网中使用的信道共享技术
•受控接入: 无冲突数据链路层
–集中式控制：轮询
–分散式控制：令牌环网
•随机接入: 有冲突数据链路层
•信道复用: 物理层技术
杨巍wadeyoung@5
受控接入
•受控接入分类：
–集中式控制：轮询
–分散式控制：令牌环网
杨巍wadeyoung@6
受控接入
•集中式控制——轮询
•无冲突数据链路层
–轮叫轮询
–传递轮询
•主机和站
–主机：进行接入的管理
–站：参与数据传输
杨巍wadeyoung@7
受控接入
•集中式控制——轮询
•轮叫轮询
–工作原理：每个站只能接收主机的信息，也
只能向主机发送信息
–机制：主机从1站开始，逐个询问各站是否
有数据发送
–原理演示
杨巍wadeyoung@8
受控接入
•集中式控制——轮询
•传递轮询
–每个循环由主机向N站发送轮询帧开始，而
后，不是再由主机向N-1站发轮询帧，而是
由N站向N-1站发送轮询帧……直到最后再由
1站把发送权交回主机，完成一个循环
–站间距离越大，传递轮询的效果就越好，但
协议比轮叫轮询复杂
杨巍wadeyoung@9
受控接入
•分散式控制——令牌环网
•无冲突数据链路层
–工作原理：传递令牌
–令牌环工作原理
–闭合的环一点断多点瘫，不易检查断点•分散式控制——令牌总线
–令牌总线工作原理
杨巍wadeyoung@10
随机接入: ALOHA
•纯ALOHA
•工作原理
–想发就发。

规定时间内若收到应答，表示发
送成功；否则重发。

•重发策略
–若立即重发，则显然要再次冲突，等待一段
随机的时间，然后重发；如再次冲突，则再
等待一段随机的时间，直到重发成功为止。

杨巍wadeyoung@11
主机A 主机A 1主机B 主机B 2
34
5
随机接入: ALOHA
•时隙ALOHA
•工作原理
–将时间划分为一段段等长的时隙，一个时隙
长度正好发送完一个帧
–帧不论何时产生，只能在每个时隙开始时发
送到信道上
•重发策略
–同纯ALOHA
杨巍wadeyoung@13
主机A 主机A 1主机B 主机B 2
33
随机接入: CSMA/CD •CSMA（Carrier Sense Multiple Access）载波监听多点接入
–从ALOHA演变出的一种改进协议
–“载波监听”就是用电子技术检测总线上有没
有其他计算机发送的数据信号
–采用了附加的硬件装置，每个站点在使用信
道前，需检测信道是否已被其他站点占用
–“先听后发”
杨巍wadeyoung@15
随机接入: CSMA/CD •CSMA载波监听多点接入分类
–冲突的解决方法
–非坚持CSMA
•一旦监听到信道忙，就不再监听；延迟一个随
机时间后再次监听。

–坚持CSMA
•监听到信道忙时，仍继续监听，直到信道空闲
杨巍wadeyoung@16
随机接入: CSMA/CD •CSMA载波监听多点接入
•坚持CSMA
–1-坚持CSMA
•一听到信道空闲就立即发送数据（以概率1发
送）
–p-坚持CSMA
•听到信道空闲时，以概率p发送数据，即
以概率1-p延迟一段时间后再发送
杨巍wadeyoung@17
随机接入: CSMA/CD •CSMA载波监听多点接入缺点
–仍然存在冲突的可能
–传播时延
–在冲突发生时，站不知道是出现冲突，这
样，发送数据的站将一直把数据发出，但显
然这些数据是有错的，因此这段时间是浪费
的
杨巍wadeyoung@18
随机接入: CSMA/CD •CSMA/CD（Carrier Sense Multiple Access/Collision Detection，载波监听
多点接入/碰撞检测）
•工作原理
–边发送边监听（冲突检测）。

若监听到冲
突，则冲突双方都立即停止发送。

信道很快
空闲，从而提高效率。

•“先听后发，边发边听”
杨巍wadeyoung@19
随机接入: CSMA/CD •CSMA/CD载波监听多点接入/碰撞检测
•冲突检测的方法
–比较接收到的信号电压的大小
–检测曼彻斯特编码的过零点
–发送的同时也接收，就可以比较接收到的信号与刚发出的信号
•强化冲突
–检测到冲突后，发送人为干扰信号（jamming signal）•CSMA/CD工作演示
杨巍wadeyoung@20
杨巍wadeyoung@ 22
随机接入: CSMA/CD
•CSMA/CD 载波监听多点接入/碰撞检测•碰撞槽时间（Slot time ）–
发生碰撞的时间的上限–
距离最远主机之间的传输媒体长度S –
帧在媒体上传输速度为0.7C （C 为光速）–T=S/0.7C+t PHY （t PHY 为物理层延时）•Slot time=2T=2S/0.7C+2t PHY
信道复用：物理层技术
•信道复用方式的分类
–时分复用TDM
–频分复用FDM
–波分复用WDM
–码分复用CDMA
杨巍wadeyoung@25
波分复用
•一条光纤中复用两路光载波信号~80路
光载波信号(DWDM)
•数据传输速率=2.5G bps*8=20G bps
杨巍wadeyoung@36
CDMA
•码分复用
–(Code Division Multiplexing Access)
•特点
–同样时间使用相同的频带通信
–各个用户使用不同码型，不会造成干扰
–前身用于军事，抗干扰能力强，频谱接近白噪声
杨巍wadeyoung@37
CDMA
•工作原理
–经过运算后，将其他站的信息过滤掉
–利用内积运算进行过滤
•将每个比特再细分为m个短间隔，每个
短间隔被称作码片（chip）
•一般m=64 或128
•课堂例子中，设m=8
杨巍wadeyoung@38
CDMA
•对每一个站制定唯一的码片序列
–00011011（发送1）
–记录为-1-1-1+1+1-1+1+1
–11100100（发送0，为反码）•系统中每个站的码片序列不同且正交
–正交：S与T向量的内积为0
–内积：
杨巍wadeyoung@39
CDMA
•系统中每个站的码片序列不同且正交
–即：S•T=1/m*ΣSi*Ti=0
–例如：S=-1-1-1+1+1-1+1+1
T=-1-1+1-1+1+1+1-1
•一定有：任何码片的规格化内积为1
–S•S=1/m*ΣSi*Si=1
•同理：任何码片向量与反码向量内积为
-1
杨巍wadeyoung@40
CDMA
工作过程：
•系统中利用GPS同步数据发送，每个站必然处在三种状态之一：
–发送码片序列
–发送反码序列
–不发送任何序列
杨巍wadeyoung@41
CDMA
接收站的解析
•接收站收到的是所有站向量的迭加
•接收站使用源站的码片序列与接收到的向量做内积，必有：
–所有其它站的信号都被滤掉（内积为0）
–运算结果为+1：源站发送1
–运算结果为-1：源站发送0
–运算结果为0：源站没有发送数据
杨巍wadeyoung@42。