[2017年整理]通信网络基础4-3.pptVIP

4.3 随机多址接入协议 ;随机多址协议又叫做有竞争的多址接入协议。各节点在网络中的地位是等同的，通过竞争获得信道的使用权。 随机多址接入协议可分为： 完全随机多址接入协议（ ALOHA 协议） 载波侦听型多址接入协议 不论是哪种随机多址接入协议，我们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 ;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。 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，信道是无差错的，分组的到达和传输过程满足如下假定： 各节点的到达过程为独立的参数为λ/m的Poisson过程，系统总的到达率为λ。?? 在一个时隙或一个分组传输??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。;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需要重传，则称该节点为等待重传的节点。 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。 假设B：系统有无限个节点（m=∞）。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。;纯ALOHA 协议 ;纯ALOHA 协议是最基本的 ALOHA 协议。 只要有新的分组到达，就立即被发送并期望不与别的分组发生碰撞。一旦分组发生碰撞，则随机退避一段时间后进行重传。;纯ALOHA 协议;假设系统中所有分组的长度相等，传输数据分组所需的时间定义为系统的单位时间，为了简化描述，令该值等于t，(下面的分析中令 t 等于1）。 我们将时间区间[t0，t0+2t]称为阴影分组（在t0+t时刻产生的分组）的易受破坏区间。?? 很显然，在纯ALOHA协议中，只有在数据分组的易受破坏区间内没有其它分组到达，则该分组可以成功传输。;为了分析方便，设系统有无穷多个节点（假设 B），假定重传的时延足够随机，重传分组和新到达分组合成的分组流是到达率为G的Poisson到达过程。则在纯ALOHA系统中，一个分组成功传输的概率，就是在其产生时刻前一个时间单位内没有分组发送，并且在该分组产生时刻的后一个时间单位内仅有一个分组（即该分组本身）发送的概率。;纯ALOHA 协议;纯ALOHA 协议; 从前面的描述中可以看到，在纯ALOHA协议中，节点只要有分组就发送，易受破坏区间为两个单位时间。如果我们缩小易受破坏区间，就可以减少分组碰撞的概率，提高系统的利用率。基于这一出发点，提出了时隙 ALOHA 协议。 ;时隙 ALOHA系统将时间轴划分为若干个时隙，所有节点同步，各节点只能在时隙的开始时刻才能够发送分组，时隙宽度等于一个分组的传输时间。 当一个分组在某时隙到达后，它将在下一时隙开始传输，并期望不会与其它节点发生碰撞。 如果在某时隙内，仅有一个分组到达（包括新到达的分组和重传分组的到达），则该分组会传输成功。 如果在某时隙内到达两个或两个以上的分组，则将会发生碰撞。碰撞的分组将在以后的时隙中重传。 很显然，此时的易受破坏区间长度减少为一个单位时间（时隙）。 ;时隙 ALOHA 协议;利用前面的假设条件，并假定系统有无穷多个节点(假设B)。?? 显然在一个时隙内到达的分组包括两个部分： 新到达的分组 重传的分组 设新到达的分组是到达率为λ(分组数/时隙)的Poisson过程。假定重传的时延足够随机化，这样就可以近似地认为重传分组的到达过程和新分组的到达过程之和是到达率为G(G λ)的Poisson过程。;则在一个时隙内有一个分组成功传输的概率为G e-G，它被定义为系统的通过率S（或离开系统的速率），即 S=G e-G 如果分组的长度为一个时隙宽度，则系统的通过率就是指在一个时隙内成功传输所占的比例（或有一个分组成功传输的概率）。 其最大通过率为1/e≈0.368，对应的G =1 ;ALOHA的通过率曲线;例4.1 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 2.4kb/s。每个终端平均每3分钟发送一个帧，帧长为 200bit，问系统中最多可容纳多少个终端？若采用时隙 ALO