第四章 信道共享技术

第四章信道共享技术当信道使用产生竞争时如何分配信道的使用权关键问题:信道共享技术分类（依据连接方式）通过集中器或复用器连接特点：附加设备，集中控制接入方法：顺序扫描查询，或使用中断技术通过公用信道连接(多点接入技术）特点：一条公用信道连接所有主机，按协议分配信道集中式控制：轮叫轮询传递轮询分散式控制：令牌环网，传递令牌，获得令牌才有权发送数据随机接入：站点可随时发送数据，争用信道，易冲突ALOHACSMACSMA/CD受控接入多点接入技术通过复用器或集中器连接主机前端机MUXMMMMMUXTTTTTTC信道共享技术分类信道共享TDMFDMSTDMATDM随机接入受控接入CATVCSMACSMA/CD集中控制分散控制轮询令牌静态分配动态分配（异步时分复用）1、轮叫轮询（1）原理主12N受控多路接入2、传递轮询（1）原理主12N（2）性能与轮叫轮询不同受控多路接入3、两种轮询性能比较（1）传递轮询的时延小于同样条件下的轮叫轮询；（2）站点间距离越大传递轮询的优越性越强；（3）当站点距离很小时，两种轮询方式时延相同。受控多路接入纯ALOHA协议工作原理：站点只要产生帧，就立即发送到信道上；规定时间内若收到应答，表示发送成功；否则重发重发策略：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缺点：极容易冲突性能：网络负载0.5吞吐量0.184NN-121接口总线信道ALOHA系统的一般模型随机接入方式纯ALOHA系统的工作原理图A1帧产生B1A2A2B1冲突随机时间t1t2B2A2t3B2t4B3A3站A站B信道上的总效应A1B1A2B2纯ALOHA协议的性能分析假定帧的产生服从泊松分布，其概率密度函数为：(t)=e-t,其中t为到达时间间隔主要性能参数：吞吐率（吞吐量）S---T0内成功发送的帧数0S1网络负载G---T0内总共发送的平均帧数T0的含义：独占信道时成功发送一帧所用的时间帧成功发送的条件：该帧与其前后2帧的间隔均大于T0S与G的关系：S=GP[发送成功]P[发送成功]=P[连续2个到达间隔T0]=（P[到达间隔T0]）2P[到达间隔T0]=T0(t)dt=T0(G/T0)e-Gt/T0dt=e-G吞吐量公式：S=Ge-2G极大值为G=0.5时，S=0.184时隙ALOHA系统的工作原理图A1帧产生B3A2A2B1冲突随机时间t1t2B2B2B3A3站A站B信道上的总效应A1B1A2B2A3工作原理：将时间划分为一段段等长的时隙，规定帧不论何时产生，只能在每个时隙开始时发送到信道上时隙ALOHA协议（S-ALOHA）工作原理：将时间划分为一段段等长的时隙，规定帧不论何时产生，只能在每个时隙开始时发送到信道上重发策略：同纯ALOHA性能：网络负载1吞吐量0.37代价：需要全网同步；可设置一个特殊站点，由该站点发送时钟信号帧发送成功的条件：没有其他帧在同一时隙内到达P[发送成功]=P[到达间隔T0-Tx]P[到达间隔Tx]=T0-Tx(t)dtTx(t)dt=T0-Txe-tdtTxe-tdt=T0-Tx(G/T0)e-Gt/T0dtTx(G/T0)e-Gt/T0dt=e-G吞吐量公式：S=Ge-G极大值为G=1时，S=0.37第k次发送成功的概率Pk=e-G(1-e-G)k-1平均重发次数E=kPk=ke-G(1-e-G)k-1=eGk=1k=11、若干个终端用纯ALOHA随机接入协议与远端主机通信。信道速率为2400b/s。每个终端平均每两分钟发送一个帧，帧长为200bit，问终端数目最多允许为多少？若采用时隙ALOHA协议，其结果又如何？若改变以下数据，分别重新计算上述问题：(1)帧长变为500bit(2)终端每3分钟发送一个帧。(3)线路速率改为4800b/s解：每个终端需要的带宽＝200/(2*60)=5/3b/s纯ALOHA：信道的可用带宽=0.184*2400b/s=441.6b/s可连接的终端数=441.6/(5/3)=265(个)时隙ALOHA：信道的可用带宽=0.368*2400b/s=883.2b/s可连接的终端数=883.2/(5/3)=530(个)(1)帧长变为500bitN=106N=212(2)终端每3分钟发送一个帧N=397N=795(3)线路速率改为4800b/sN=530N=10601.一组N个站点共享一个56kb/s的纯ALOHA信道。每个站点平均每100秒输出一个1000bit的帧，即使前一个帧还没有发送完也依旧进行。N的最大值是多少？1．对于纯ALOHA，可用的带宽是：0.18456Kb/s=10.304b/s每个站需要的带宽是：1000100=10b/s因此，N=10304101030所以，最多可以有1030个站，即N的最大值是1030。轮询和随机接入的比较（1）当站数较少时，纯ALOHA时延较小当站数较多时，轮询的时延较小（2）纯ALOHA受约束少，通信量强度小的时候可以得到比较小的时延轮询系统对每个站的发送时机都有严格限制，所以通信量强度增大时各站不会互相干扰，仍然能一个一个地发，不会冲突，通信量强度大的时候时延特性好（3）站数多的时候轮询不会出现不稳定现象，而两种ALOHA都有不稳定区域（4）传播时延大的时候主要用ALOHA及其派生系统CSMA：载波监听多点访问工作原理：发送前监听。附加硬件装置，每个站点在发送数据之前要监听信道上是否有数据在传送。若有，则此站暂停发送，等待一段时间后重试。载波监听策略：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性能：轻载时，1坚持CSMA吞吐量最大；重载时，非坚持CSMA吞吐量最大。缺点：由于传播时延的存在，冲突不可避免CSMA的流程图有待发帧？载波监听策略（分时隙）延迟到下一个时隙的开始发送等待2t收到ACK？出口NY延迟随机时间NYALOHAlp?YN非坚持CSMA信道忙？选择0-1之间的随机数l信道忙？延迟tNNYYP坚持CSMACSMA哪里可以改进?CSMA/CD：带冲突检测的载波监听多点访问工作原理：边发送边监听。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。1-坚持的CSMA/CD：监听到信道空闲就立即发送数据，并继续监听；若监听到冲突，则立即放弃发送冲突检测方法：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比较接收到的信号与刚发出的信号站点检测到冲突后，往往发送人为干扰信号，强化冲突，以通知其他站点退避算法：以截断二进制指数类型，来决定重发时延从0,1,2,...,2k-1中随机取一个数r，重发时延=r基本重发时延其中k=min[重发次数，10]动态退避算法若两个最远距离站点间的传输时间为T，则网络的最大冲突检测时间为2T。冲突检测时间ABCDEFTA在t=0时刻向F发送帧。F在t=T-时刻向A发送帧，在t=T时检测到冲突，立即发送噪声帧。A在t=2T时刻收到F向全网发送的噪声帧。各站点尝试争用信道而连续遇到冲突时，随机选择一定范围内的某个退避等待时间片（2T）数，范围如下：第1次冲突：0～1（即21-1）；第2次冲突：0～3（即22-1）；…第10次冲突：0~1023（即210-1），此后固定选择范围；…第16次冲突：仍不成功则放弃，并报告上层。二进制指数后退算法帧帧帧帧