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 ALOHA CSMA CSMA/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,MUX,M,M,M,M,MUX,T,T,T,T,T,T,C,信道共享技术分类,信道共享,TDM,FDM,STDM,ATDM,随机接入,受控接入,CATV,CSMA,CSMA/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 主站与从站间来回,主,1,2,N,受控多路接入,2、传递轮询 （1）原理 主站与最远站点传递轮询针，从最远站到最近的从站发送轮询针,主,1,2,N,（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. 184,N,N-1,2,1,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,B1,A2,A2,B1,冲突,随机时间 t1,t2,B2,A2,t3,B2,t4,B3,A3,站A,站B,信道上的总效应,A1,B1,A2,B2,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 = G P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 ）2 P 到达间隔T0 = T0 (t) dt = T0 (G/ T0) e -Gt/ T0 dt = e -G 吞吐量公式： S = G e -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,B3,A2,A2,B1,冲突,随机时间t1,t2,B2,B2,B3,A3,站A,站B,信道上的总效应,A1,B1,A2,B2,A3, 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 -t dt Tx e -t dt = T0 -Tx (G/ T0) e -Gt/ T0 dt Tx (G/ T0) e -Gt/ T0 dt = e -G 吞吐量公式： S = G e -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= k Pk = k e -G ( 1-e -G )k-1 = e G k=1 k=1,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,N,Y,延迟随机时间,N,Y,ALOHA,l p?,Y,N,非坚持CSMA,信道忙？,选择0-1之间 的随机数l,信道忙？,延迟t,N,N,Y,Y,P坚持CSMA,CSMA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,T,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