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第四章信道共享技术 4 1信道共享总述4 2受控接入4 3随机接入 ALOHA4 4随机接入 CSMA CD4 5信道共享 物理层技术 4 1信道共享总述 1 多点接入 信道共享 的特点与要求信号的迭加和碰撞要求某一时刻只有唯一信息有效传递要求平等对待用户平等发送平等接收实时反应用户好像独享网络 一个竞争冲突例子 声波在有限的空间范围内传播 我想应该是 告诉你一个特大新闻 刚才我听见 我可以发誓 这里太吵啦 我听不清 4 1信道共享总述 2 信道共享技术的分类从可维护性和控制的复杂度两方面考察受控接入 无冲突数据链路层随机接入 有冲突数据链路层信道复用 物理层技术 4 2受控接入 4 2 1分类 集中式控制 轮询分散式控制 令牌环网4 2 2轮询方式主机和站主机 进行接入的管理站 参与数据传输 4 2 2轮询方式 轮叫轮询工作原理 每个站只能接收主机的信息 也只能向主机发送信息机制 主机从1站开始 逐个询问各站是否有数据发送 原理演示 4 2 2轮询方式 传递轮询每个循环由主机向N站发送轮询帧开始 而后 不是再由主机向N 1站发轮询帧 而是由N站向N 1站发送轮询帧 直到最后再由1站把发送权交回主机 完成一个循环站间距离越大 传递轮询的效果就越好 但协议比轮叫轮询复杂 4 2 2令牌环 工作原理演示公平原则闭合的环一点断多点瘫 不易检查断点令牌总线 4 3随机接入 ALOHA 4 3 1纯ALOHA工作原理 想发就发 规定时间内若收到应答 表示发送成功 否则重发重发策略 若立即重发 则显然要再次冲突 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 4 2ALOHA 纯ALOHA 性能 主机A 1 主机B 4 5 负载越重 冲突概率越大 性能越差 4 3 2时隙ALOHA 工作原理 将时间划分为一段段等长的时隙 一个时隙长度正好发送完一个帧帧不论何时产生 只能在每个时隙开始时发送到信道上重发策略 同纯ALOHA 4 3 2时隙ALOHA 主机A 1 主机B 2 3 3 4 4随机接入 CSMA CD 4 4 1CSMA载波侦听多点接入 CarrierSenseMultipleAccess 每个站点在使用信道前 需检测信道是否已被其他站点占用 先听后发 CSMA协议分类坚持和非坚持CSMACSMA CD 4 4 1CSMA 冲突的解决方法非坚持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 4 4 1CSMA 坚持CSMA 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 4 4 2CSMA CD CSMA的缺点 传播时延仍然存在冲突的可能在冲突发生时 站不知道是出现冲突 这样 发送数据的站将一直把数据发出 但显然这些数据是有错的 因此这段时间是浪费的 4 4 2CSMA CD CarrierSenseMultipleAccess CollisionDetection工作原理 边发送边监听 冲突检测 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 先听后发 边发边听 4 4 2CSMA CD 冲突检测的方法 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发送的同时也接收 就可以比较接收到的信号与刚发出的信号检测到冲突后 发送人为干扰信号 强化冲突工作演示 4 4 2CSMA CD 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 A在t 0时刻向F发送帧 F在t T 时刻向A发送帧 A在t 2T时刻收到冲突载波 4 4 2CSMA CD 碰撞槽时间 Slottime 发生碰撞的时间的上限距离最远主机之间的传输媒体长度S帧在媒体上传输速度为0 7C C为光速 T S 0 7C tPHY tPHY为物理层延时 Slottime 2T 2S 0 7C 2tPHY 4 4 2CSMA CD 由于CSMA CD的存在 则设Lmin为网络最小帧长 R为网络传输率必须满足Lmin R Slottime 4 4 2CSMA CD 根据下面公式Slottime 2S 0 7C 2tPHYLmin R Slottime有 Lmin 2S 0 7C 2tPHY R 4 5信道复用 物理层技术 信道复用方式的分类时分复用TDM频分复用FDM波分复用WDM 时分复用 多路复用器 多路解复用器 数据1数据2数据3数据4 数据1数据2数据3数据4 Byte1Byte2Byte3Byte4 时间t 信号的帧 数字信道 01010011 11000110 11110000 01010000 时分复用 在不同的时间占用相同的频带宽度 频分复用 多路复用器 多路解复用器 数据1数据2数据3数据4 数据1数据2数据3数据4 f1f2f3f4 信道带宽f 信道频谱 模拟信道 频分复用 在相同的时间占用不同的带宽资源 波分复用 与频分复用概念相同 为每路信号分配相互隔离的光谱频带 波分复用的物理概念 共享光纤 光纤1 光纤2 光纤1 棱柱或衍射光栅 波分复用 一条光纤中复用两路光载波信号 80路光载波信号 DWDM 数据传输速率 2 5Gbps 8 20Gbps CDMA 码分复用 CodeDivisionMultiplexingAccess 特点同样时间使用相同的频带通信各个用户使用不同码型 不会造成干扰前身用于军事 抗干扰能力强 频谱接近白噪声 CDMA 工作原理经过运算后 将其他站的信息过滤掉利用内积运算进行过滤将每个比特再细分为m个短间隔 每个断间隔被称作码片 chip 一般m 64或128课堂例子中 设m 8 CDMA 对每一个站制定唯一的码片序列00011011 发送1 记录为 1 1 1 1 1 1 1 111100100 发送0 为反码 系统中每个站的码片序列不同且正交正交 S与T向量的内积为0内积 S T 1 m Si Ti CDMA 系统中每个站的码片序列不同且正交即 S T 1 m Si Ti 0例如 S 1 1 1 1 1 1 1 1T 1 1 1 1 1 1 1 1一定有 任何码片的规格化内积为1S S 1 m Si Si 1同理 任何码片向量与反码向量规格化内几为 1 CDMA 工作过程 系统中利用GPS同步数据发送 每个站必然