04.第4章 随机访问技术

13
3. 子时隙预约型的预约 子时隙预约型的预约ALOHA • 每个站点在发送数据之前，必须进行时隙预约：请求一个或若 每个站点在发送数据之前，必须进行时隙预约：请求一个或若 干个时隙。 干个时隙。 • 若预约成功，则在下一个复用帧中就可以使用所预约的时隙发 若预约成功，则在下一个复用帧中就可以使用所预约的 所预约的时隙发 送数据。 送数据。 • 在一个复用帧中，前面各时隙用于发送数据，最后一个时隙再 在一个复用帧中，前面各时隙用于发送数据， 分成许多更小的时隙，称为子时隙 子时隙， 分成许多更小的时隙，称为子时隙，专门用于各站点对时隙的预 约。 • 当一个站点准备发送数据时，首先向任何一个子时隙发出请 当一个站点准备发送数据时， 请求预约一个或几个时隙。 求，请求预约一个或几个时隙。 • 由于预约可能产生的冲突只发生再较短的子时隙中，而再较 由于预约可能产生的冲突只发生再较短的子时隙中， 长的数据时隙不会产生冲突，从而大大提高了信道利用率。 长的数据时隙不会产生冲突，从而大大提高了信道利用率。14
20
• 冲突产生后的 随机延迟时间的算法：二进制指数退避算法。 随机延迟时间的算法：二进制指数退避算法。 算法如下： 算法如下： （1）对于每一个帧，当第一次发生冲突时，设置参量 ＝2。 ）对于每一个帧，当第一次发生冲突时，设置参量L＝ 。 个时间片中的一个随机数， （2）退避时间间隔取 ）退避时间间隔取1-L个时间片中的一个随机数，即一个时 个时间片中的一个随机数 间片等于2tp。 间片等于 加倍。 （3）每当帧重复发生一次冲突，将参量 加倍。 ）每当帧重复发生一次冲突，将参量L加倍 （4）设置一个最大重传次数，一般为 次。若重传达 次仍 ）设置一个最大重传次数，一般为16次 若重传达16次仍 不能成功，则丢弃该帧，并向高层报告。 不能成功，则丢弃该帧，并向高层报告。
12
2. 争用型的预约ALOHA 争用型的预约 • 所有站点对任何时隙都可争用。 所有站点对任何时隙都可争用。 • 一旦争用成功，一直占用直使用完毕。 一旦争用成功，一直占用直使用完毕。 • 争用到的时隙使用完毕后，该时隙空闲一个周期，其它站点在 争用到的时隙使用完毕后，该时隙空闲一个周期， 下一个周期争用该时隙。 下一个周期争用该时隙。 • 适用于：站点是未知数或不断变化的场合。 适用于：站点是未知数或不断变化的场合。
9
4.2.2 时隙 时隙ALOHA • 将信道划分为等长的时间片 时隙。 将信道划分为等长 时间片/时隙 等长的 时隙。 • 任何帧只能再每个时隙开始点才能发送。 时隙开始点才能发送 任何帧只能再每个时隙开始点才能发送。 最大时延等于时隙长度 • 每个站所发送的数据帧到达目的地的最大时延等于时隙长度。 每个站所发送的数据帧到达目的地的最大时延等于时隙长度。 • 数据帧发送成功的条件是：没有其他帧在同一时隙内到达。 数据帧发送成功的条件是：没有其他帧在同一时隙内到达。 • 帧要么成功发送，要么完全冲突。 帧要么成功发送，要么完全冲突。 • 发生冲突：延迟一个随机时间后，再重发。但重发时间限 发生冲突：延迟一个随机时间后 随机时间 重发。 制在时隙的开始时刻。 制在时隙的开始时刻。 • 冲突机会进一步减少，使吞吐量提高到 ％。 冲突机会进一步减少， 吞吐量提高到37％。 提高到
6
2. 随机访问技术 • 特点：各个用户发送数据不受任何控制，可以根据自己的意愿随 特点：各个用户发送数据不受任何控制， 机发送数据，即采用多个用户争用公共信道的访问方式。 机发送数据，即采用多个用户争用公共信道的访问方式。 • 又称为：争用方式 又称为： • 必须解决：因争用而出现的冲突 碰撞问题。 必须解决： 争用而出现的冲突/碰撞问题。 而出现的冲突 碰撞问题
19
4.4 CSMA/CD 随机访问技术
· CSMA/CD：带冲突检测的载波监听多路访问 ： CSMA/Collision Detect · 特点： 特点： （1）边发送边监听：一旦检测到冲突，立即停止发送。 ）边发送边监听：一旦检测到冲突，立即停止发送。 （2）强化冲突：一旦检测到冲突，立即向信道发送一强化的 ）强化冲突：一旦检测到冲突， 冲突信号。 冲突信号。 · 种类： 种类： （1）时隙的、非时隙的。 ）时隙的、非时隙的。 坚持的、 坚持的 坚持的。 （2）非坚持的、1-坚持的、P-坚持的。 ）非坚持的、 坚持的
4
4.1.2 多点访问技术
• 又称：多点接入技术、多址共享信道技术 又称：多点接入技术、 • 特点：通过一个公共信道将所有的用户连接起来。 特点：通过一个公共信道将所有的用户连接起来。 • 种类：受控访问技术、随机访问技术。 种类：受控访问技术、随机访问技术。 • 学习内容： 学习内容： 1. 受控访问技术 2. 随机访问技术 3. 两种技术的比较
计算机网络与通信
旁观者的姓名永远爬不到比赛的计分板上。 旁观者的姓名永远爬不到比赛的计分板上。
1
第4章 随机访问技术 章
4.1 信道共享技术概述 4.2 ALOHA随机访问技术 随机访问技术 4.3 CSMA随机访问技术 随机访问技术 4.4 CSMA/CD随机访问技术 Biblioteka Baidu机访问技术 4.5 各种随机访问技术性能比较
主讲教师： 主讲教师：徐荣华
2
4.1 信道共享技术概述
学习内容： 学习内容：
4.1.1 多路复用技术 4.1.2 多点访问技术
3
4.1.1 多路复用技术 1. 基本原理：多个用户各占用一个子信道，多个信道 复合起来，形成一条共享信道。 2. 特点：各用户各行其道，不会产生信道争用和冲突。 3. 种类：FDM，TDM，CDM，WDM
5
1. 受控访问技术
• 特点：各个用户不能随意访问信道，而是在一定控制下有序 特点：各个用户不能随意访问信道， 地访问公共信道，以避免多个用户同时访问信道的现象。 地访问公共信道，以避免多个用户同时访问信道的现象。 • 种类： 种类： 控制中心、轮叫轮询多点线路 集中控制访问技术 ：控制中心、轮叫轮询多点线路 令牌环型网、 分散控制访问技术 ：令牌环型网、令牌总线网 令牌/权标 令牌 权标
18
1. 1-坚持 坚持CSMA 坚持 • 发送数据前监听信道，若信道忙，则继续监听，直到监听 发送数据前监听信道，若信道忙，则继续监听， 到信道空闲为止，然后立即发送数据，即以概率1发送数据 发送数据。 到信道空闲为止，然后立即发送数据，即以概率 发送数据。 • 适用于：站点数少，或通信量小的场合。 适用于：站点数少，或通信量小的场合。 2. P-坚持 坚持CSMA 坚持 • 发送数据前监听信道，若信道忙，则继续监听，直到监听 发送数据前监听信道，若信道忙，则继续监听， 到信道空闲为止，然后以概率P发送数据 以概率1－ 延迟 发送数据， 到信道空闲为止，然后以概率 发送数据，以概率 －P延迟 一个t 端到端的传播时延） 重新监听信道。 一个 p（端到端的传播时延）后，重新监听信道。 • 是非坚持 是非坚持CSMA和1-坚持 和 坚持 坚持CSMA的折中，如能选取合适的 的折中， 的折中 如能选取合适的p 值，则可获得比较满意的系统性能。 则可获得比较满意的系统性能。
3. 两种技术的比较 详见课本： 详见课本：P125
7
4.2 ALOHA随机访问技术 随机访问技术
学习内容： 学习内容：
4.2.1 非时隙 非时隙ALOHA 4.2.2 时隙ALOHA 时隙 4.2.3 预约 预约ALOHA
8
4.2.1 非时隙 非时隙ALOHA • 又称为：纯ALOHA。 又称为： 。 争用方式随机发送数据。 • 各站点以争用方式随机发送数据。 各站点以争用方式随机发送数据 • 发生冲突：延迟一个随机时间后，再重发。 发生冲突：延迟一个随机时间 随机时间后 重发。 • 一个帧成功发送的条件是： 一个帧成功发送的条件是： 该帧与该帧前后其他帧发送间隔均大于 τ • 由于纯 由于纯ALOHA的随意性，各站冲突机会很大，导致效率 的随意性，各站冲突机会很大， 的随意性 低下， 吞吐量不足 不足18％。 低下，其吞吐量不足 ％。 • 适用于：负载不是很大的场合。 适用于：负载不是很大的场合。 的场合
4.5 各种随机访问技术性能比较 : P136
21
4.3 CSMA随机访问技术 随机访问技术
· CSMA：载波监听多路访问, Carrier Sense Multiple Access ：载波监听多路访问 特点：在发送数据之前，先对线路进行监听。 · 特点：在发送数据之前，先对线路进行监听。 · 基本策略：先听后发。 基本策略：先听后发。 · 种类：非坚持的CSMA、坚持的 种类：非坚持的 、坚持的CSMA 学习内容： 学习内容：
17
4.3.2 坚持 坚持CSMA • 发送数据前监听信道，若信道忙，则继续监听，直到监听 发送数据前监听信道，若信道忙，则继续监听， 到信道空闲为止。 到信道空闲为止。 • 种类：根据监听信道空闲后发送数据策略的不同， 种类：根据监听信道空闲后发送数据策略的不同， 可分为：1坚持 坚持CSMA、P坚持 坚持CSMA。 可分为： 坚持 、 坚持 。 这两种也有非时隙的、时隙的之分。 这两种也有非时隙的、时隙的之分。 非时隙的 的之分
4.3.1 非坚持 非坚持CSMA 4.3.2 坚持 坚持CSMA 4.3.3 三种CSMA的特性比较 三种 的特性比较
15
结点A
结点B
结点C
Ethernet
结点D
结点E
16
4.3.1 非坚持 非坚持CSMA • 发送数据前监听信道，若信道忙，则停止监听，延迟一个 发送数据前监听信道，若信道忙，则停止监听， 随机时间后再重新监听。 随机时间后再重新监听。 • 种类：非时隙的、时隙的。 种类：非时隙的、时隙的。 • 若发送站发完数据后，等待了2tp（传播时延）后才能收到确 传播时延） 若发送站发完数据后，等待了 认帧ACK。若在2tp时间内未收到 。若在 时间内未收到 时间内未收到ACK，则表示所发送的数据发 认帧 ， 生了冲突，此时则需延迟一个随机时间后，重发数据。 生了冲突，此时则需延迟一个随机时间后，重发数据。
10
4.2.3 预约 预约ALOHA
• 主要用于：卫星信道的计算机网络。 主要用于：卫星信道的计算机网络。 • 种类：TDM型、争用时隙型、子时隙预约型 种类： 型 争用时隙型、
11
1. TDM型的预约 型的预约ALOHA 型的预约 • n个时隙组成一个复合帧。 个时隙组成一个复合帧。 个时隙组成一个复合帧 • 前n-1个时隙分配给共享信道的各站点； 个时隙分配给共享信道的各站点； 个时隙分配给共享信道的各站点 个时隙由各站点争用。 第n个时隙由各站点争用。 个时隙由各站点争用 • 若某站点在分配给它的时隙内无数据发送，则该时隙空闲，并 若某站点在分配给它的时隙内无数据发送，则该时隙空闲， 下一个复合帧被其他站点争用。 下一个复合帧被其他站点争用。 • 若某站点发送数据时发生冲突，则该站点拥有优先权，然后在 若某站点发送数据时发生冲突，则该站点拥有优先权， 下一个周期，其它站停止使用该时隙。 下一个周期，其它站停止使用该时隙。 • 适用于：负载较大的场合。 适用于：负载较大的场合 的场合。