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1、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 通过公用信道连接特点：一条公用信道连接所有主机，按协议分配信道接入方法：受控接入 ,集中式控制：轮叫轮询 ，主机按顺序逐个询问各站是否有数据要发送,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,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,CBX,CSMA,CSMA/C
2、D,集中控制,分散控制,轮询,令牌,静态分配,动态分配,静态分配信道的缺点：,仅适用于站点较少、站点数目相对固定且每个站点通信量均较大的情形，不适于突发性数据。 这种网络系统应属于M/M/1模型，即帧到达的时间服从泊松分布，平均到达率为帧/秒；服务时间（即帧长）服从指数分布，平均帧长为1/ 比特/帧；数据率为C bps，则平均发送时间为1/C秒/帧。 可计算出： 平均时延,1,C- ,T=,若采用静态分配方式，将信道分为N个独立的子信道，每个子信道的数据率为C/N bps，每个子信道的平均到达率将为/N帧/秒，平均时延将是：,TD =,(C/N) - /N,1,=,C- ,N,= NT,动态分
3、配的前提：5个假定,1. 站模型假定：各站独立，且以固定速率 产生帧。在成功发送一帧之前，站点不会产生新帧（单用户系统） 2. 单信道假定：只有一个信道，各站平等共享该信道 3. 冲突假定：若有冲突（两帧有重叠），必须重发 4. 时间假定 连续时间：帧可以在任何时刻发送时隙：帧必须在时隙开始时发送 5. 载波假定 有载波：站点可以检测到信道是否空闲无载波：站点在发送之前无法判断信道是否空闲,N,N-1,2,1,主机,收,发,轮叫轮询接入方式,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
4、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,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
5、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
6、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
7、-G )k-1 = e Gk=1 k=1,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,预约ALOHA协议, 工作原理：网络负载很轻时，网络按ALOHA方式工作A 网络负载很重时，网络按接近于TDM的方式工作各站点以某种方式预约帧的发送时隙，从而保证所发送的帧不会与别的站的帧发生冲突,A,B,E,G,F,E,E,C,A,G,F,E,D,C,B,争用时隙,第 i 帧,A,B,E,G,F,E,第 i+1 帧,A,B,E,E,D,B,第 i+2 帧,A,B,E,E,E,
8、C,第 i+3 帧,预约ALOHA之Binder方案,工作原理：N个时隙组成一个复用帧，每站点分配一个时隙，其余时隙由各站点争用；若某站点暂时无数据发送，则让自己的时隙空闲，其他站点检测到后，按ALOHA方式共享此时隙。,缺点： 出现争用冲突时，非时隙主人的站点必须停发一次，观察时隙站主是否有数据要发送 时隙站主发送完，下一复用帧该时隙要空闲，供其他站点观察时隙站主是否有数据要发送,预约ALOHA之Crowther方案,适用于站点数未知且可变的情况 工作原理：对任何时隙，所有站点均可争用。争用成功后，可以一直占用。使用完毕后，再由其他站点重新争用。 缺点：有较多数据帧要发送的站点可能长时间垄断
9、时隙,A,F,E,D,B,G,C,第 i 帧,A,E,D,B,第 i+1 帧,A,G,A,第 i+2 帧,A,D,G,A,第 i+3 帧,D,D,预约ALOHA之Roberts方案,工作原理： 每个站点发送数据之前必须进行预约。每个复用帧前面的各时隙用于发送时隙，最后一个时隙再分成子时隙，专门用于预约。请求按时隙ALOHA方式进行。 优点：冲突局限于较短的子时隙范围，提高信道利用率,A,F,D,B,G,C,第 i 帧,A,D,G,第 i+1 帧,A,C,A,第 i+2 帧,A,G,A,第 i+3 帧,B,D,D,F,无数据发送时，整个时隙均用于预约,A,B,C,CSMA：载波监听多点访问, 工
10、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
11、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/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
12、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,无冲突协议之一：位图协议,工作原理：为N个站点分配N个时隙，每个时隙占1位。要发送数据的站点在自己相应的时隙中填入“1”。按照申请信道的站点的序号占用信道。 性能：设数据帧长为 d轻载时，小序号站点发送前的平均等待时间为1.5N大序号站点发送前的平均等待时间为0.5N站点发送前的平均等待时间为5N信道利用率为 d / (N+d)重载时，信道接近于平均分配，相当于每帧有1位额外开销
13、信道利用率为 d / (d+1) 平均时延为 N (d+1) / 2,0 1 2 3 4 5 6 7,争用时隙,1,1,1,1,3,7,争用时隙,1,1,0 1 2 3 4 5 6 7,5,2,数据帧,数据帧,无冲突协议之二：二进制倒计数法, 工作原理：具有最高地址的站点优先占用信道。 想要发送数据的所有站点从地址最高位开始逐位向信道上广播其地址，并对这些位进行“或”运算，一个站点如果看到位运算结果大于自己的地址当前位的值，就放弃发送。 信道利用率：d/(d+lnN), d为数据帧长，N为站点地址位数 问题：不公平，地址值小的站点很难占用信道 改进：每次发送之后重新对站点编号，刚发送完的站点排
14、在最后,站A：0010,站B：0100,站C：1001,站D：1010,广播地址位,“或”运算结果,0,0,1,1,1,0,0,0,1,0,1,退出,退出,退出,获得占用信道的权利,0,0,有限竞争协议, 提出：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。 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 分组方法：动态分组，轻载时组成员多，重载时组成员少 适应树搜索协议 算法：取N个血液样本，混合，若无抗体，说明都是健康的； 1 N/2 N/2 +1 N,若有抗体，则分2组,再继续如此检查，直到找出,有病的样本,以二叉树实现搜索算法,0级,1级,2级,3级,1,2,3,4,5,6,7,A,B,C,D,E,F,G,H,站点,搜索开始的最佳级数 i= log2 q q为当前要发送数据的站点数,
