多址接入协议

6.1引言
用户传输交流方法叫做协议，当多个用户用一个共同的媒质传输叫做多址接入，因此多址接入协议就是一个用于共同使用同一个传输媒质的用户之间成功传递信息的原则，当资源被超过一个独立的用户使用时就需要多址接入协议。

如果没有这个协议，当多个用户接入传输资源在同一时间就会出现碰撞，因此多址接入协议至少要解决这些碰撞问题，所以多址接入协议技术的作用就是使同一个网络中的终端共享同一个传输资源。

本章介绍的多址接入协议是用在共享信道资源的传输系统中，这种情况下，共享资源的主要原因是系统环境的连通性，在无线传输系统中要有高效的资源利用率，当个用户共同使用一个传输媒质，这个传输网络媒质有许多点对点的链路组成，当其中一个链路同时被多个用户使用的时候，就需要多路技术，多路技术就是不同的传输信息使用同一个物理链路，表6.1展示了多重接入与多路技术的不同。

表6.1
协议的设计通常是有一个特殊的目的要求，协议的性能就是有这些设计目的决定的，然而完成这些特殊性能的同时，一个好的接入协议还应该有以下一些性能
1.多种复用协议就是在一个系统的许多用户之间共享一个共同的信道，为了做这些，这个协议必须通过要求用户遵循一个确定的原则来控制用户接入信道的方式，这个协议要控制信道的分配能力。

2.协议应该可以控制分配使传输媒质可以被高效率的使用，效率的高低通常是通过测试信道的延时来定义。

3.信道应该被分配给最需要的用户，就是在不考虑设计合理性时，每个用户都有相同的获得分配信道的能力。

4.协议可以在不同的传输类型的系统中使用
5.协议是稳定的，这就意味着如果一个系统处于平等的状态下，一个线路需求的增加就会使这个系统变成一个新的平衡点，这种变化在一个不稳定的协议中会使这个系统继续提高这个负载量但却有一个低传输量。

本章集中研究无线非固定环境，在这个环境中要求协议有特殊的性能，尤其面对变化条件的健康性，在一个无线非固定环境中，协议还要可以处理一下几方面：
1．隐藏终端问题
2．远处的用户在传输中的影响比近处的弱很多。

3．多径衰落和阴影效应在无线通信信道中的影响
4．在无线系统中通过在临近的单元使用相同频带引起的冲突
上面提到的许多协议的性能在多个要求时会有冲突，在协议设计的过程中要注意公平性，公平性建立在环境和协议的特殊作用。

本章介绍一些典型的无线传输协议和方法，通过计算机仿真评价了他们的性能
本章描述如下，6.2呈现了多址接入协议的类别，一些其他的接入协议在6.3中介绍，仿真的条件在6.4中介绍。

6.5-6.8介绍ALOHA、CSMA、ISMA协议的仿真和配置，吞吐量和传递延时特性也会被讨论，这些也会在附录中介绍
6.2 多址接入协议的类别
在1970年ALOHA协议之后，一系列的多址接入协议被开发了，协议的分类有许多方式，本书把多址接入协议分为主要的三类图6.1争夺协议，无争夺协议和CDMA。

无争夺的协议通过规定各个用户的接入时间避免了多个用户在同一时间一起接入信道的情况。

这也是一种混合的模式每个用户都分配了一部分传输能力或者是一个按要求设计的模式传输信道只分配给那些需要传输的用户
通过争夺协议，一个用户不能确定传输不会碰撞，因为另一个用户在同时可能也要传输，因此这种协议需要解决这种冲突CDMA协议不属于争夺和非争夺协议范围，就像第五章说的CDMA在两者之间，当有许多用户被允许同时传输时它就是无争夺协议，当需要同时传输的用户超过上限值的时候它就是争夺协议。

图6.1
争夺协议进一步可以细分为重复协议和预定协议，在后者，最初用户通过一个随机接入的方式接入一个信道。

然而一旦用户接入了信道，这个信道就分配给了这个用户直到他不在传输数据，这两个主要是的协议类型被称为间接预约和直接预约。

直接预约协议使用一个短的预约包去要求安排传输时间，间接的预约不使用任何预约包。

CDMA协议进一步细分为纯的CDMA和混合的CDMA。

CDMA分为一些争夺协议和非争夺协议的子组，我们把它分为六类。

6.2.1 无争夺多重接入协议
无争夺的协议通过规定各个用户的接入时间避免了多个用户在同一时间一起接入信道的情况。

为确保每一次传输都是成功的，所有用户传输在一个规定的时间。

这个时间表可以用一下两种形式:
1.固定分配时间表：使用这种协议类型，每个用户都分配到了确定的传输信道，传输过程是独立的。

可以以时间或者频率来分，以时
间来分成为TDMA协议，在这个协议中传输时间被分为若干段，每个用户都用一个确定的时间，与其他用户的时间不重复。

TDMA如图6.2a 以频率分称为FDMA，在这种协议中信道的带宽被分为若干不重叠的频带，每个用户有个确定的频带如图6.2b。

2.请求分配时间表：用户只在需要传输的时候才被允许传输，在这种分配时间下，我们分为集中控制和分散控制，在集中控制中一个单独存在的传输时间表。

一个例子就是轮询协议，分散控制中，所有的用户都包含在分配的时间的过程中，如采取通过协议
6.2.2 争夺多重接入协议
在争夺多重接入协议中没有传输时间表，这就意味着用户准备好去传输在不知道其他用户的传输情况时，没有一个确切的传输时间，用户或许不知道任何正在传输的信息，而且也不知道其他准备好的用户，因此，当几个准备好的用户开始它们的传输差不多在同一时间的时候，所有传输都会失败，这个随机的接入协议要解决同时传输的用户之间的争夺。

争夺多重接入协议也可以进一步细分为两部分，重复接入协议如纯ALOHA,CSMA和ISMA。

预约接入协议如预约ALOHA和PRMA。

前者上面已经介绍了，后者在第一次传输用户不知道怎么避免与其他用户的冲突，然而一旦一个用户第一次传输成功了，这个用户后来的传输就会以一个确定的时间表避免冲突发生，其他的用户就不会使用这个信道了，这个用户将会失去这个分配的信道当他没有数据要传输时。

6.3 随机接入协议
我们认为分固定的终端与中心站之间的传输使用数据包，最知名随机接入数据包传输协议就是ALOHA，数据包之间的碰撞严重，CSMA 有一个很高的传输能力，但是它会被隐藏终端影响。

第三类是ISMA，中心站控制从非固定终端传输来的数据包的流向，减少了数据包之间的碰撞和隐藏终端的问题
抑制延时的部分是使用ISMA设计包传输系统的决定性参数，设计数据包持续必要性去抑制其他的非固定包传输通过向内多重接入信道是忙的事件中的向外传输信道。

ISMA可以分为两个子集分别是非持续的ISMA协议和持续的ISMA协议。

用户可以被通知冲突，通过没有收到来自接收站的包，通过检查冲突，数据包传输的时间会重新选择。

持久的ISMA协议除了在向内传输信道是忙的时候与非持久的ISMA协议是相同的，在这种情况下传输不会被重新安排选择一个随机的时间，用户保持监视信道直到它变得空闲了，立即传输数据包。

结果，所有的用户在信道忙碌的时候都准备好了，只等着信道闲的时候传输数据，这就增加了在成功传递之后碰撞的可能性。

为了避免数据包的碰撞在信道忙碌的时候累积，传输时间的开始累积的数据包将会随机化，这个通过使所有用户在信道传输忙碌的时候生成数据包一旦信道以p概率空闲的时候，以1-p的概率延时传输时间t秒（t是系统中两个用户之间的最大传输时延）在t秒之后，那个延时的终端就会再一次检测信道同时执行同样的算法。

用这个P持续ISMA协议，在信道空闲的时候，出现多余一个准备好的传输的用户的可能性会减少通过选择一个小的p值。

通过非持续和P持续ISMA协议，用户将不会知道有冲突在数据包传输完毕之后。

这个原因当然是因为反馈的数据包要在发送的包被接受者完全接受之后才会被发送。

因为冲突只会发生在传输一开始时候的传输时延，如果这段时间冲突发生了就是一个时间的浪费，因为这个原因ISMA冲突探测协议诞生了，通过这些协议，用户可以监听正在传输的信道，如果发现了一个冲突，它就会尽快的终止传输以节省时间。