信道分配策略精.ppt

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1、信道分配策略信道分配策略第1页，本讲稿共34页4.1.1 争用协议争用协议 在第二章中已介绍了静态分配策略中的频分、同步时分、波分与码分多路复用，本章介绍动态分配策略中的争用与控制访问。最早采用争用协议的计算机网络是美国夏威夷大学的最早采用争用协议的计算机网络是美国夏威夷大学的 ALOHA ALOHA 网，该网通过无线信道将各分校的远程终端接到本部的主机上。网，该网通过无线信道将各分校的远程终端接到本部的主机上。ALOHAALOHA系统系统系统系统纯纯纯纯ALOHAALOHA系统系统系统系统 (不需时间同步不需时间同步不需时间同步不需时间同步)时分时分时分时分ALOHAALOHA系统系统系统系

2、统 (需要时间同步需要时间同步需要时间同步需要时间同步)第2页，本讲稿共34页 1.纯纯 ALOHA(Pure ALOHA)基本思想q 任何用户有数据发送就可以发送；q 每个用户通过监听信道获知数据传输是否成功；q 当发现数据传输失败后，各自等待一段随机时 间，再重新发送。纯纯ALOHA方式方式中，数据可在中，数据可在任意任意时刻发送。时刻发送。第3页，本讲稿共34页纯纯ALOHA冲突重发冲突重发第4页，本讲稿共34页2.时隙时隙 ALOHA 系统系统(Slotted ALOHA(Slotted ALOHA，或，或，或，或 S-ALOHA)S-ALOHA)基本思想：基本思想：将时间分成时间片将

3、时间分成时间片(即时隙即时隙T0，slot)，每个时间片可以用来发每个时间片可以用来发送一个帧；用户有数据要发送时，必须等到下一个时间片开始才能发送一个帧；用户有数据要发送时，必须等到下一个时间片开始才能发送。送。时隙时隙 ALOHA 工作原理工作原理 每一个幀在到每一个幀在到达后，一般都要达后，一般都要在缓冲区中等待在缓冲区中等待一段时间一段时间(该时该时间小于间小于T0),然后然后在下一时间片开在下一时间片开始时才能发送出始时才能发送出去。去。第5页，本讲稿共34页Pure ALOHA vs.Slotted ALOHA 吞吐量S：一帧所占时间段 t 内成功发送的平均帧数 网络负载G：时间段

4、 t 内总共发出的平均帧数第6页，本讲稿共34页3.载波监听多重访问协议载波监听多重访问协议（Carrier Sense Multiple Access Protocol,CSMA)q 1-坚持CSMAq 非坚持CSMAq P-坚持CSMA 即所谓“先听后说”。希望传输的站首先对信道进行监听以确定是否有别的站在传输。若信道空闲，该站可以传输，否则，该站将按一定算法退避一段时间后再试。这可以分为：第7页，本讲稿共34页1-坚持坚持 CSMA 当一个站要发送数据时，执行如下步骤：一个站要发送数据时，执行如下步骤：(1)(1)监听信道，若信道空闲就发送；监听信道，若信道空闲就发送；(2)(2)若信道

5、忙则继续若信道忙则继续坚持监听坚持监听，直至检测，直至检测 到信道空闲后就立即到信道空闲后就立即(以概率以概率1)1)发送；发送；(3)(3)若有冲突，则随机等待一段时间，重若有冲突，则随机等待一段时间，重 复步骤复步骤(1)(1)。优点：只要信道空闲，数据就立即得到发送；优点：只要信道空闲，数据就立即得到发送；缺点：若有两个或两个以上的站点等发送，冲缺点：若有两个或两个以上的站点等发送，冲 突就不可避免。突就不可避免。第8页，本讲稿共34页1-坚持坚持 CSMA（续）（续）第9页，本讲稿共34页非坚持非坚持 CSMA 当一个站要发送数据时，执行如下步骤：(1)监听信道，若信道空闲就发送；(2

6、)若信道忙则放弃(不坚持)监听，随机等待一段 时间，重复步骤（1）；优点：采用随机的重发延迟时间可减少冲突可能性；缺点：即使有几个站有数据要传送，信道仍然可能处 于空闲状态，信道利用率较低。第10页，本讲稿共34页非坚持非坚持 CSMA（续）（续）第11页，本讲稿共34页p-坚持坚持 CSMA当一个站要发送数据时，执行如下步骤：(1)监听信道，若信道空闲就以概率 p 发送数据，以概率 1-p 延迟至下一个时间片；(2)若信道忙则继续坚持监听，直至下一个时间片；(3)至下一个时间片后重复步骤(1)。问题：如何选择p的有效值？设任一时刻平均有N个站有数据等待发送，则一旦当前的数据发送完毕，在下一个

7、时间片里平均有Np个站发送数据。若 p 过大，使 Np 1，表明有多个站试图发送，冲突不可避免，所以应使 Np 1；若 p 过小，信道利用率会大大降低。第12页，本讲稿共34页p-坚持坚持 CSMA（续）（续）第13页，本讲稿共34页Non-persistent，1-，P-Persistent第14页，本讲稿共34页几种随机访问协议的性能比较几种随机访问协议的性能比较第15页，本讲稿共34页带有冲突检测的带有冲突检测的CSMA（CSMA/CD）ALOHACSMACSMA/CD 增加“发送前先监听，忙时则不发”改进改进改进改进1-坚持CSMA增加“一旦检测到冲突，立即停止发送”ALOHA、S-A

8、LOHA1-坚持CSMA、非坚持CSMA、p-坚持CSMAEthernet第16页，本讲稿共34页CSMA/CD工作的三个周期工作的三个周期q q 传输周期传输周期(Transmission period)Transmission period)q q 竞争周期竞争周期(Contention period)Contention period)q q 空闲周期空闲周期(Idle period)Idle period)第17页，本讲稿共34页CSMA/CD 中竞争时间片长度中竞争时间片长度？竞争时间片长度取为网络中最大传输时延的2倍。也即站点开始发送后最多经2时间就能确认传输是否成功。第18页，本

9、讲稿共34页AB碰撞t=2 A 检测到发生碰撞 t=B 发送数据B 检测到发生碰撞 t=t=0单程端到端传播时延记为 CSMA/CD 检测冲突时间检测冲突时间1.站点开始发送后最多经2时间就能确认传输是否成功2.一来一回的时延定出了以太网的最大直径，也即冲突域3.最大直径时，一来一回的时延512位时间（对所有以太网）t第19页，本讲稿共34页CSMA/CD 检测冲突时间检测冲突时间第20页，本讲稿共34页 上述情况下，检测冲突的时间等于总线上最远两个站点之间端到端延迟时间的两倍（即一来一回时延 2）。这种 CSMA/CD 冲突检测，对发送站所发送的数据帧长度有一定要求，以太帧长度的最小值不能小

10、于512位，即64字节(如所发送的信息不足时，可加以填充)。这是因为CSMA/CD要求发送站一边发送数据，一边进行冲突检测，若检测到冲突则立即中止发送，然后推迟一段时间，再发送。如果所发送的帧长度太短，发送站还没来得及将发送与接收数据进行比较(即检测冲突)就已经发送完了。CSMA/CD 检测冲突时间检测冲突时间第21页，本讲稿共34页 等待的随机时间，用截断的二进制指数退避算法。随机时间的基本单位：为竞争时间片的长度 2 端到端的传播时延(即最远两个站之间的传播时延)检测到冲突后，检测到冲突后，退避退避等待的随机时间等待的随机时间？算法规则如下：设 1 个时间片等于两站之间的最大传播时延的两倍

11、（2）；(1)当第一次发生冲突时，设置冲突计数 k=1，(2)退避等待一个随机时间，取值为 n 个时间片;n为 0,1,2,.,2k-1 中的 一个随机数 (3)当再发送帧时若又发生冲突，则k=k+1,但若 k 加到10后便不再增加,仍维持 k=10,即 k=min 重发次数，10,转(2)；(4)设置一个最大重发次数 16，超过该次数，则不再重传，并报告出错。第22页，本讲稿共34页CSMA/CD 小结小结 q工作原理：监听到信道空闲,就立即发送数据，且边发送边监听(2时间内),若监听到冲突，冲突方立即停止发送，并发送Jam干扰信号串强化冲突，通知全网站点，使信道很快空闲，从而提高效率。q1

12、-坚持CSMA,再加上CD(冲突检测)。q冲突检测方法：（1）比较接收到的信号电压的大小 （2）检测曼彻斯特编码的过零点 （3）比较接收到的信号与刚发出的信号q退避算法：为截断的二进制指数退避算法，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 (2)，其中 k=min 重发次数，10 第23页，本讲稿共34页4.1.2 无冲突协议无冲突协议特点：数据发送无冲突方法：(1)预约；(2)轮转预约例：比特映像介质访问控制协议比特映像介质访问控制协议 小时间片轮换优先权介质访问控制协议小时间片轮换优先权介质访问控制协议 二进制地址相加二进制地址相加轮转例：选择选择 轮询

13、轮询 TokenTokenPassingPassing第24页，本讲稿共34页预约法预约法1基本思想基本思想-各站在预约帧中对应位预约，之后有预约的站依序发送第25页，本讲稿共34页预约法预约法2 2 基本思想基本思想-某个站在预约之后可以立即发送，降低了每个站的平 均等待时间第26页，本讲稿共34页预约法预约法3 3基本思想基本思想 -从高位到低位，各站将二进制地址相或，相或结果为从高位到低位，各站将二进制地址相或，相或结果为1 1、本、本 站地址为站地址为0 0者退出预约过程者退出预约过程第27页，本讲稿共34页轮转法轮转法1：选择选择第28页，本讲稿共34页轮转法轮转法2：轮询轮询第29

14、页，本讲稿共34页轮转法轮转法3：Token-Passing第30页，本讲稿共34页Token Passing 流程流程第31页，本讲稿共34页4.1.3 有限争用协议有限争用协议结合争用协议和无冲突协议的长处 在轻负载时获得较好的延迟特性 在重负载时获得较高的信道利用率 典型例子：自适应步进树协议第32页，本讲稿共34页自适应步进树协议自适应步进树协议q思想：竞争法在轻载时性能较好；无冲突法在重 载时信道利用率高，考虑结合两种方法。q原理：减少参与竞争的站点数，即将站点分成多 个互不相关的组，每组对应固定的时隙，由组内成员竞争q分组方法：动态分组，轻载时组成员多，重载时 组成员少q自适应步进树搜索协议第33页，本讲稿共34页（点击图标返回本章目录）（点击图标返回本章目录）第34页，本讲稿共34页