西安电子科技大学：《通信网络基础》课程教学资源（讲义）第四章 多址技术（多址接入协议）4.2 随机多址接入协议

Xidian Univ. 4.3随机多址接入协议 Broadband Wireless Communications Laboratory,Xidian University

Broadband Wireless Communications Laboratory, Xidian University 1 BWC Xidian Univ. ≈ ~ ≈ ~ ≈ ~ ≈ ~ ≈ ~ ≈ ~ ≈ ~ ≈ ~ ≈ ~ ≈ ~ ≈ ~ ≈~ ≈ ~ ≈ 4.3 随机多址接入协议

Xidian Univ 随机多址接入协议 ·随机多址协议（有竞争的多址接入协议) 一网络中的节点在网络中的地位是等同的； 一各节点通过竞争获得信道的使用权。 一分类 ·完全随机多址接入协议(ALOHA协议) ·载波侦听型多址接入协议 一主要关心两个方面的问题： ·稳态情况下系统的通过率和时延性能 ·系统的稳定性 Broadband Wireless Communications Laboratory,Xidian University 3

Broadband Wireless Communications Laboratory, Xidian University 3 BWC Xidian Univ. ≈ ~ ≈ ~ ≈ ~ ≈ ~ ≈ ~ ≈ ~ ≈ ~ ≈ ~ ≈ ~ ≈ ~ ≈ ~ ≈~ ≈ ~ ≈ 随机多址接入协议  随机多址协议（有竞争的多址接入协议） – 网络中的节点在网络中的地位是等同的; – 各节点通过竞争获得信道的使用权。 – 分类 • 完全随机多址接入协议（ALOHA协议） • 载波侦听型多址接入协议 – 主要关心两个方面的问题： • 稳态情况下系统的通过率和时延性能 • 系统的稳定性

Xidian Univ. 随机多址接入协议 Objectives Small delay in light traffic Bounded delay for a large (pos- sibly infinite)number of users. User A User C User B Broadband Wireless Communications Laboratory,Xidian University

Broadband Wireless Communications Laboratory, Xidian University 4 BWC Xidian Univ. ≈ ~ ≈ ~ ≈ ~ ≈ ~ ≈ ~ ≈ ~ ≈ ~ ≈ ~ ≈ ~ ≈ ~ ≈ ~ ≈~ ≈ ~ ≈ 随机多址接入协议

Xidian Univ. 4.3.1 ALOHA协议 Broadband Wireless Communications Laboratory,Xidian University

Broadband Wireless Communications Laboratory, Xidian University 5 BWC Xidian Univ. ≈ ~ ≈ ~ ≈ ~ ≈ ~ ≈ ~ ≈ ~ ≈ ~ ≈ ~ ≈ ~ ≈ ~ ≈ ~ ≈~ ≈ ~ ≈ 4.3.1 ALOHA协议

Xidian Univ. ALOHA协议 ·ALOHA协议是70年代Hawaii大学建立的在 多个数据终端到计算中心之间的通信网络 中使用的协议。 158 尼华岛 瓦胡岛 156 瓦希阿瓦 火奴鲁鲁 2卡内奥赫 莫洛凯岛 2 夏威夷 檀香山 HAWAI 毛伊岛 2000m/6562h 20 1000m3281n 太平洋 冒纳罗火山 500m1640t1 PACIFIC OCEAN 4206m6 200m656t 海平面 200 夏威夷岛 0 mile 200 Hawair Broadband Wireless Communications Laboratory,Xidian University

Broadband Wireless Communications Laboratory, Xidian University 6 BWC Xidian Univ. ≈ ~ ≈ ~ ≈ ~ ≈ ~ ≈ ~ ≈ ~ ≈ ~ ≈ ~ ≈ ~ ≈ ~ ≈ ~ ≈~ ≈ ~ ≈ ALOHA协议  ALOHA协议是70年代Hawaii大学建立的在 多个数据终端到计算中心之间的通信网络 中使用的协议

Xidian Univ ALOHA协议 其基本思想是：若一个空闲的节点有一个分组到 达，则立即发送该分组，并期望不会和其它节点 发生碰撞。 ·为了分析随机多址接入协议的性能，假设系统是 由个发送节点组成的单跳系统，信道是无差错 及无捕获效应的信道，分组的到达和传输过程满 足如下假定： Broadband Wireless Communications Laboratory,Xidian University

Broadband Wireless Communications Laboratory, Xidian University 7 BWC Xidian Univ. ≈ ~ ≈ ~ ≈ ~ ≈ ~ ≈ ~ ≈ ~ ≈ ~ ≈ ~ ≈ ~ ≈ ~ ≈ ~ ≈~ ≈ ~ ≈ ALOHA协议  其基本思想是：若一个空闲的节点有一个分组到 达，则立即发送该分组，并期望不会和其它节点 发生碰撞。  为了分析随机多址接入协议的性能，假设系统是 由m个发送节点组成的单跳系统，信道是无差错 及无捕获效应的信道，分组的到达和传输过程满 足如下假定：

Xidian Univ. ALOHA协议 各个节点的到达过程为独立的参数为 的Poisson到 达过程，系统总的到达率为入。 在一个时隙或一个分组传输结束后，信道能够立即给出 当前传输状态的反馈信息。 -反馈信息为“0”表明当前时隙或信道无分组传输 -反馈信息为“1”表明当前时隙或信道仅有一个分组传输（即传 输成功) -反馈信息为“”表明当前时隙或信道有多个分组在传输，即发 生了碰撞，导致接收端无法正确接收。 Broadband Wireless Communications Laboratory,Xidian University 8

Broadband Wireless Communications Laboratory, Xidian University 8 BWC Xidian Univ. ≈ ~ ≈ ~ ≈ ~ ≈ ~ ≈ ~ ≈ ~ ≈ ~ ≈ ~ ≈ ~ ≈ ~ ≈ ~ ≈~ ≈ ~ ≈ ALOHA协议  各个节点的到达过程为独立的参数为 的Poisson到 达过程，系统总的到达率为λ。  在一个时隙或一个分组传输结束后，信道能够立即给出 当前传输状态的反馈信息。 – 反馈信息为“0”表明当前时隙或信道无分组传输 – 反馈信息为“1”表明当前时隙或信道仅有一个分组传输（即传 输成功） – 反馈信息为“e ”表明当前时隙或信道有多个分组在传输，即发 生了碰撞，导致接收端无法正确接收。 m λ

Xidian Univ ALOHA协议 碰撞的节点将在后面的某一个时刻，重传 被碰撞的分组，直至传输成功。如果一个 节点的分组必须重传，则称该节点为等待 重传的节点。 Broadband Wireless Communications Laboratory,Xidian University

Broadband Wireless Communications Laboratory, Xidian University 9 BWC Xidian Univ. ≈ ~ ≈ ~ ≈ ~ ≈ ~ ≈ ~ ≈ ~ ≈ ~ ≈ ~ ≈ ~ ≈ ~ ≈ ~ ≈~ ≈ ~ ≈ ALOHA协议  碰撞的节点将在后面的某一个时刻，重传 被碰撞的分组，直至传输成功。如果一个 节点的分组必须重传，则称该节点为等待 重传的节点

Xidian Univ. ALOHA协议 对于节点的缓存和到达过程作如下假设： 假设A：无缓存情况。在该情况下，每个节 点最多容纳一个分组。如果该节点有一个分 组在等待传输或正在传输，则新到达的分组 被丢弃且不会被传输。在该情况下，所求得 的时延是有缓存情况下时延的下界(Low Bound)。 Broadband Wireless Communications Laboratory,Xidian University 10

Broadband Wireless Communications Laboratory, Xidian University 10 BWC Xidian Univ. ≈ ~ ≈ ~ ≈ ~ ≈ ~ ≈ ~ ≈ ~ ≈ ~ ≈ ~ ≈ ~ ≈ ~ ≈ ~ ≈~ ≈ ~ ≈ ALOHA协议  对于节点的缓存和到达过程作如下假设： – 假设A：无缓存情况。在该情况下，每个节 点最多容纳一个分组。如果该节点有一个分 组在等待传输或正在传输，则新到达的分组 被丢弃且不会被传输。在该情况下，所求得 的时延是有缓存情况下时延的下界（Low Bound）

Xidian Univ. ALOHA协议 假设B:系统有无限个节点（m=o)。每 个新产生的分组到达一个新的节点。这样网络 中所有的分组都参与竞争，导致网络的时延增 加。因此，在该假设情况下求得的时延是有限 节点情况下的时延上界(Up Bound): Broadband Wireless Communications Laboratory,Xidian University 11

Broadband Wireless Communications Laboratory, Xidian University 11 BWC Xidian Univ. ≈ ~ ≈ ~ ≈ ~ ≈ ~ ≈ ~ ≈ ~ ≈ ~ ≈ ~ ≈ ~ ≈ ~ ≈ ~ ≈~ ≈ ~ ≈ ALOHA协议 –假设B： 系统有无限个节点（ ）。每 个新产生的分组到达一个新的节点。这样网络 中所有的分组都参与竞争，导致网络的时延增 加。因此，在该假设情况下求得的时延是有限 节点情况下的时延上界（Up Bound）。 m = ∞