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26 西南交通大学 信息科学与技术学院 经典随机接入协议的仿真性能比较 答 辩 人：李金朔 指导老师：杨柳 专业 ：通信工程 * 西南交通大学 信息科学与技术学院 课题背景及研究意义 多址接入协议简介 随机多址接入协议仿真 总结 1 2 3 4 主 要 内 容 * 西南交通大学 信息科学与技术学院 课题背景及研究意义 多址接入协议简介 随机多址接入协议仿真 总结 1 2 3 4 * 西南交通大学 信息科学与技术学院 过去 现在 点到点或网状、单线连接 通过交换站，使用协议，使之共享信道 通信资源紧张 网络复杂化 * 西南交通大学 信息科学与技术学院 较好的协议应该应该具有以下特点 ： 能够使多个用户共享同一传输信道 能够以高效的方式分配传输信道 对每个用户来说，分配应该是公平的 具有一定的灵活性 稳定 鲁棒性 * 西南交通大学 信息科学与技术学院 在无线移动环境中，多址接入协议面 临如下挑战： 隐终端问题 远近效应问题 无线信道中的多径衰落和阴影衰落效应 共道干扰 * 西南交通大学 信息科学与技术学院 课题背景及研究意义 多址接入协议简介 随机多址接入协议仿真 总结 1 2 3 4 * 西南交通大学 信息科学与技术学院 多址接入协议分类 * 西南交通大学 信息科学与技术学院 纯ALOHA(P-ALOHA)协议 算法描述： 1. 用户一旦产生信息，立刻以系统最大可用的资源和允许的最高速率把它发送出去。 2. 每个用户产生的数据包都使用纠错编码。 3. 信息发送后，一旦发送成功，用户可以监听到从接收端发来的确认信息（ACK）。如果在同一时刻有多个用户一起发送消息，各个数据分组就会产生冲突。此时，用户会收到一个否认信息（NAK）。 4. 当收到一个否认消息（NAK）之后，用户经过一个随机长度的时间后，再次发送上一条消息。 5. 发送端发送信息后，如果在一个给定时间内没有收到回应，发送用户就认为这个分组未能成功传送，于是会经过随机选择的一个延迟后再次发送这个信息，以避免再次冲突。 * * 纯ALOHA(P-ALOHA)协议 工作原理： 西南交通大学 信息科学与技术学院 时隙ALOHA(S-ALOHA)协议 基本原理：将时间信道资源划分成定长的时隙，每一时隙宽度为T，正好传输一个数据分组（在实际中还要加上传播时间αT）。各用户在一个时隙内产生的分组不能完全地随到随发了，必须限制在每个时隙的起始时刻发送至信道。 * 西南交通大学 信息科学与技术学院 非持续性载波监听（np-CSMA）协议 基本原理：一个网络节点当有一个数据分组产生之后，先将它排队缓冲，然后立即开始侦听信道状态。若侦听得信道空闲，即可启动发送分组。若信道正忙，则暂时不坚持侦听信道，随机迟延一段时间后再次侦听信道状态。如此循环，直到将数据分组发送完为止。这个控制过程可由如下控制算法描述： 新数据分组进入缓冲器，等待发送； 侦听信道。若信道空闲，启动发送分组，发送完毕返回第1步；若信道正忙，则放弃侦听，选择随机数，开始延时： 延时结束，转至第2步。 * * 纯ALOHA协议： 三种协议的吞吐量 时隙ALOHA协议： 非持续性载波监听协议： 西南交通大学 信息科学与技术学院 课题背景及研究意义 多址接入协议简介 随机多址接入协议仿真 总结 1 2 3 4 * 纯ALOHA协议仿真程序流程图 * 西南交通大学 信息科学与技术学院 纯ALOHA协议仿真结果 分析：纯ALOHA协议具有最简单的实现方式，用户可以在任何时刻发送信息，但系统可用资源的最大利用率只有18%，延迟在三种协议中是最大的。在无捕获的情况下，理论值与仿真值十分接近。 * 时隙ALOHA协议仿真程序流程图 * 西南交通大学 信息科学与技术学院 时隙ALOHA协议仿真结果 分析：时隙ALOHA协议限制了信息发送时刻，减小了发送冲突窗口，可以使资源的使用效率提高一倍；在无捕获的情况下，理论值与仿真值十分接近。有捕获条件下，吞吐量和延迟均优于无捕获的情况。 * np-CSMA协议仿真程序流程图 * 西南交通大学 信息科学与技术学院 np-CSMA协议仿真结果 分析：CSMA协议在发送信息之前首先监听信道，根据监听结果决定信息是否发送，减小了发送的盲目性，可以大幅度的提高信道资源的使用效率。在无捕获的情况下，吞吐率也能达到50%，在三种协议中，最优。但侦听机制限制了网络的覆盖范围，不准备或者不及时的侦听结果会使接入性能恶化，是以增加设备和网络运行的复杂性为代价的。 * 西南交通大学 信息科学与技术学院 课题背景及研究意义 多址接入协议简介 随机多址接入协议仿真 总结 1 2 3