无线互联网 Handout 05 Random Access 王晟 博士教授博导 2020年秋季无线互联网 1
Random Access 王晟 博士 教授 博导 无线互联网 Handout 05 2020年秋季 无线互联网 1
CONTENT Introduction 2 ALOHA 3 CSMA/CA and WLAN 4 Summary 2020年秋季 2/106 无线互联网
CONTENT 2020年秋季 2 / 106 无线互联网 1 2 3 4 Introduction ALOHA CSMA/CA and WLAN Summary
研究什么？ 与H02~H04不同，这里我们讨论的是分布式资源分配。 ③对于分布式的资源分配，我们研究什么？ 通过设计合适的“协议”，使得遵从协议进行分布式 资源竞争的所有用户的“通信性能”得到保障。 有哪些“协议”？ ◆重点研究两个：ALOHA和WLAN-DCF。 ?如何定义“通信性能”？ 吞吐量。 ①本章的目标：ALOHA与WLAN-DCF的吞吐量分析。 2020年秋季 3/106 无线互联网
研究什么？ 2020年秋季 3 / 106 无线互联网 与H02~H04不同，这里我们讨论的是分布式资源分配。 对于分布式的资源分配，我们研究什么？ 通过设计合适的“协议”，使得遵从协议进行分布式 资源竞争的所有用户的“通信性能”得到保障。 有哪些“协议”？ 重点研究两个：ALOHA和WLAN-DCF。 如何定义“通信性能”？ 吞吐量。 本章的目标：ALOHA与WLAN-DCF的吞吐量分析
研究假设(1/2) Random Access研究中，有两个关于信道使用的假设： 1冲突(Collision) ③什么是冲突？ 四所有用户使用的频谱都是一样的：不频分。 四没有事先约定的固定分时规则：不时分。 ◆同时到达同一接收机的信号就会“冲突”。 发生了冲突会怎样？ ◆冲突信号不可检测。 ?这种假设符合实际情况吗？ 李不符合。可能存在“捕获”现象。 ?按照这一假设分析吞吐量意味着什么？ ◆分析得到的是“下限”。 2020年秋季 4/106 无线互联网
研究假设(1/2) 2020年秋季 4 / 106 无线互联网 Random Access研究中，有两个关于信道使用的假设： 冲突(Collision) 什么是冲突？ 同时到达同一接收机的信号就会“冲突”。 所有用户使用的频谱都是一样的：不频分。 没有事先约定的固定分时规则：不时分。 发生了冲突会怎样？ 分析得到的是“下限”。 冲突信号不可检测。 这种假设符合实际情况吗？ 不符合。可能存在“捕获”现象。 按照这一假设分析吞吐量意味着什么？
研究假设(2/2) Random Access研究中，有两个关于信道使用的假设： 2单跳网/广播网/Collocated Nets ◆任一用户发出的信号都能被其他用户“正确接收”。 ◆即，任一发射机都在其他接收机的“解码区域”内。 解码区域以外的发射机对接收机有影响吗？ ◆是的。他们会造成干扰，如 果在“干扰区域”内的话。 G 处于接收机A的干扰区域内的 多个发射机若同时发射信号， 就会在接收机A处导致冲突。 2020年秋季 5/106 无线互联网
研究假设(2/2) 2020年秋季 5 / 106 无线互联网 单跳网/广播网/Collocated Nets Random Access研究中，有两个关于信道使用的假设： 任一用户发出的信号都能被其他用户“正确接收”。 即，任一发射机都在其他接收机的“解码区域”内。 解码区域以外的发射机对接收机有影响吗？ 是的。他们会造成干扰，如 果在“干扰区域”内的话。 处于接收机A的干扰区域内的 多个发射机若同时发射信号， 就会在接收机A处导致冲突
CONTENT Introduction 2 ALOHA 3 CSMA/CA and WLAN 4 Summary 2020年秋季 6/106 无线互联网
CONTENT 2020年秋季 6 / 106 无线互联网 1 2 3 4 Introduction ALOHA CSMA/CA and WLAN Summary
PURE ALOHA As simple as it can be:If a node has a packet to transmit,it just transmits! 完全不监听信道会不会太傻了点？ MAC ANALOGY WHICH MEANS... ALOHA 想说就说 粗心而且没礼貌 CSMA 听见没人说，我再说 细心但是没礼貌 CSMA/CD 我已开始说，但听见别人说， 我立刻闭嘴 不仅细心，而且有礼貌 ◆似乎ALOHA的设计者是个傻瓜。 ?真是这样吗？ ◆不是。某些场合下，载波监听没有意义。 2020年秋季 7/106 无线互联网
PURE ALOHA 2020年秋季 7 / 106 无线互联网 As simple as it can be: If a node has a packet to transmit, it just transmits! 完全不监听信道会不会太傻了点？ MAC ANALOGY WHICH MEANS… ALOHA 想说就说 粗心而且没礼貌 CSMA 听见没人说，我再说 细心但是没礼貌 CSMA/CD 我已开始说，但听见别人说， 我立刻闭嘴 不仅细心，而且有礼貌 似乎ALOHA的设计者是个傻瓜。 真是这样吗？ 不是。某些场合下，载波监听没有意义
载波监听的重要性 考虑ALOHA的一个典型应用场景：卫星网络。 四假定网络中的链路速率为1Mbps,分组长度1000bit。 ?传输时延？◆1ms。 四同步轨道卫星的传播时延：单跳250ms。 ?用户监听发现信道忙，意味着什么？ ◆250ms前有人在使用信道，而且249ms前就用完了。 发现信道忙就暂停发送，意味着什么？ ◆不是有礼貌，而是有病。 NOISE or PHILOSOPHY ©不要低估前人智慧。 □LDPC、神经网络、地心说。 四不要迷信“进化”的错觉。 四灾变论、渐进论与“间断平衡” ©不要轻易判断什么是“有用”的。©伽罗华域与伽罗华。 2020年秋季 8/106 无线互联网
载波监听的重要性 2020年秋季 8 / 106 无线互联网 考虑ALOHA的一个典型应用场景：卫星网络。 假定网络中的链路速率为1Mbps，分组长度1000bit。 传输时延？ 1ms。 同步轨道卫星的传播时延：单跳250ms。 用户监听发现信道忙，意味着什么？ 250ms前有人在使用信道，而且249ms前就用完了。 发现信道忙就暂停发送，意味着什么？ 不是有礼貌，而是有病。 NOISE or PHILOSOPHY 不要低估前人智慧。 不要迷信“进化”的错觉。 不要轻易判断什么是“有用”的。 LDPC、神经网络、地心说。 灾变论、渐进论与“间断平衡”。 伽罗华域与伽罗华
ALOHA的研究假设 1定长分组。 ◆分组传输时延定义为单位时间。 2线状分布。 所有节点沿着一条直线分布。最远距离为)。 “单位时间内电磁波传播的距离”定义为单位距离。 最大传播时延是多少？◆η 位置均匀。 ◆分组传送请求的发出节点所处的位置为[0，]内均匀 分布的独立随机变量。 4泊松过程。 ◆分组传送请求的到达过程为泊松过程，平均速率为G。 2020年秋季 9/106 无线互联网
ALOHA的研究假设 2020年秋季 9 / 106 无线互联网 定长分组。 线状分布。 位置均匀。 泊松过程。 分组传输时延定义为单位时间。 所有节点沿着一条直线分布。最远距离为�。 “单位时间内电磁波传播的距离”定义为单位距离。 最大传播时延是多少？ � 分组传送请求的发出节点所处的位置为[�, �]内均匀 分布的独立随机变量。 分组传送请求的到达过程为泊松过程，平均速率为�
时空分布模型 请求到达过程的时空分布如图所示。 四横坐标为时间 四纵坐标为空间 四每个请求占据该图中 的一个点。 time 图中一个区域中平均有多少个请求？ Gx时间长度×距离范围/) G/m×区域面积 ①时空到达过程服从二维泊松过程，速率为G/们。 2020年秋季 10/106 无线互联网
时空分布模型 2020年秋季 10 / 106 无线互联网 请求到达过程的时空分布如图所示。 横坐标为时间 纵坐标为空间 每个请求占据该图中 的一个点。 图中一个区域中平均有多少个请求？ �×时间长度×距离范围/� �/�×区域面积 时空到达过程服从二维泊松过程，速率为�/�
