多址接入ALOHA協(xié)議仿真

1、題 目 多址接入ALOHA協(xié)議仿真 學(xué)生姓名 王超 學(xué)號(hào) 1113014107 所在學(xué)院 物理與電信工程學(xué)院 專業(yè)班級(jí) 電子1103班 指導(dǎo)教師 吳燕 _ 完成地點(diǎn) 博遠(yuǎn)樓實(shí)驗(yàn)室 2015 年 6 月 10 日畢業(yè)論文設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)院(系) 物理與電信工程學(xué)院 專業(yè)班級(jí) 11304107 學(xué)生姓名 王超 一、畢業(yè)論文設(shè)計(jì)題目 多址接入ALOHA協(xié)議仿真 二、畢業(yè)論文設(shè)計(jì)工作自 2015 年 1月 10 日 起至 2015 年 6 月 15 日止三、畢業(yè)論文設(shè)計(jì)進(jìn)行地點(diǎn): 物電學(xué)院實(shí)驗(yàn)室 四、畢業(yè)論文設(shè)計(jì)的內(nèi)容要求：學(xué)習(xí)了解多址接入?yún)f(xié)議基本原理，多址接入?yún)f(xié)議的分類，多址接入?yún)f(xié)議的仿真模型，包括通信信

2、道，包的產(chǎn)生，碰撞，業(yè)務(wù)量， 吞吐量，平均傳輸時(shí)延等名詞概念。在此基礎(chǔ)上重點(diǎn)掌握學(xué)習(xí)ALOHA協(xié)議，以及協(xié)議評(píng)價(jià)的性能指標(biāo)以及這些指標(biāo)之間的關(guān)系。在此基礎(chǔ)上建立業(yè)務(wù)仿真模型，考察存在捕獲效應(yīng)和不存在捕獲效應(yīng)情況下的協(xié)議性能，最終得到反映協(xié)議性能的參數(shù)指標(biāo)仿真圖（業(yè)務(wù)量，吞吐量，協(xié)議延遲），并進(jìn)行分析。最后撰寫(xiě)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文（應(yīng)包括方案設(shè)計(jì)、比較與論證、分析與計(jì)算、相關(guān)設(shè)計(jì)文件以及心得體會(huì)等）。 進(jìn)度安排： 1月10日3月20日：查閱資料，完成外文翻譯原文和開(kāi)題報(bào)告。 3月21日4月20日：完成系統(tǒng)整體框架設(shè)計(jì)，搭建系統(tǒng)，并提交中期檢查報(bào)告。 4月21日5月20日：完成參數(shù)設(shè)計(jì)并仿真，準(zhǔn)備作品驗(yàn)收

3、。 5月21日6月15日：撰寫(xiě)、修改畢業(yè)設(shè)計(jì)論文，準(zhǔn)備并完成答辯。 指 導(dǎo) 教 師 系(教 研 室) 系(教研室)主任簽名 批準(zhǔn)日期 接受論文 (設(shè)計(jì))任務(wù)開(kāi)始執(zhí)行日期 學(xué)生簽名 II陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)多址接入ALOHA協(xié)議仿真王超（陜西理工學(xué)院 物電學(xué)院 電子信息工程專業(yè)，2011級(jí)3班，陜西 漢中 723000）指導(dǎo)老師：吳燕 摘要本文首先介紹了多址接入?yún)f(xié)議的研究背景及其工作原理，對(duì)目前廣泛研究的ALOHA 協(xié)議進(jìn)行了詳細(xì)闡述，分析了系統(tǒng)吞吐量、業(yè)務(wù)量及平均傳輸時(shí)延等性能指標(biāo)。然后根據(jù)協(xié)議的工作過(guò)程，在Matlab 平臺(tái)構(gòu)建仿真模型，對(duì)ALOHA協(xié)議進(jìn)行仿真,并對(duì)所得數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，驗(yàn)證了

4、吞吐量與業(yè)務(wù)量及時(shí)延之間的關(guān)系，為提高協(xié)議性能提供了參考。 關(guān)鍵詞多址接入?yún)f(xié)議；ALOHA；Matlab仿真；性能分析 Simulation of multiple access ALOHA protocolWangChao(Grade11,Class03,Major Electronic Information Engineering,Institute of physics and Telecommunications Dept.,Shaanxi University of Technology Hanzhong 723000,Shaanxi)Tutor:WuYan Abstract:Th

5、is paper first introduced the research background of multiple access protocol and working principle, for the study of the ALOHA protocol were in detail, analyzing the system throughput, business volume and average transmission delay, performance indicators. Then according to the protocol, in the MAT

6、LAB platform to build simulation model, the ALOHA protocol simulation and carries on the analysis to the income data, to verify the relationship between the throughput and the amount of traffic and delay, provide a reference to improve the performance of the protocol. Keywords:Multiple access protoc

7、ol; ALOHA; Matlab simulation; performance analysis目錄1緒論11.1研究的目的11.2研究主要內(nèi)容12 多址接入?yún)f(xié)議22.1 網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)22.1.1 OSI參考模型22.1.2 TCP/IP協(xié)議模型22.2 性能的描述與評(píng)估32.3多址接入?yún)f(xié)議概述42.4多址接入?yún)f(xié)議分類42.4.1 調(diào)度多址接入?yún)f(xié)議52.4.2 隨機(jī)多址接入?yún)f(xié)議52.5 ALOHA的基本原理63多址接入?yún)f(xié)議建模83.1 多址接入?yún)f(xié)議仿真模型83.2 通信信道模型83.3 協(xié)議評(píng)價(jià)指標(biāo)93.4 業(yè)務(wù)源模型104 多址接入?yún)f(xié)議仿真114.1 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淠Ｐ?14.2 ALOHA協(xié)

8、議的程序流程114.3 ALOHA協(xié)議的仿真結(jié)果及分析14總結(jié)15致謝16參考文獻(xiàn)17附錄A 英文文獻(xiàn)18附錄B 中文翻譯26附錄C 源程序341緒論1.1研究的目的 網(wǎng)絡(luò)發(fā)展早期，通信基本上是以點(diǎn)到點(diǎn)或者網(wǎng)狀的方式進(jìn)行的，通過(guò)專門線路把每一個(gè)設(shè)備和其他設(shè)備連接起來(lái)從而實(shí)現(xiàn)通信。然而，當(dāng)今網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)迅速增長(zhǎng)，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)日益復(fù)雜化，網(wǎng)絡(luò)所能使用的通信資源也越來(lái)越緊缺。而且，節(jié)點(diǎn)用戶之間需要交換信息，一個(gè)設(shè)備可以使用的物理連接的數(shù)量又是有限的，全部使用點(diǎn)到點(diǎn)的連接是不現(xiàn)實(shí)的。因此，共享通信資源的方式被廣泛應(yīng)用到網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中。共享方式有利于提高資源的使用效率，同時(shí)在用戶之間保持高度的可連接性。多個(gè)設(shè)備之間

9、共享傳輸媒介，需要有某種接入控制技術(shù)來(lái)保證正常通信，于是多址接入技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。在網(wǎng)絡(luò)接入領(lǐng)域中，當(dāng)兩個(gè)或多個(gè)用戶共享信道傳輸數(shù)據(jù)時(shí)，信息就會(huì)疊加，目的端就不能接收到正確的數(shù)據(jù)，發(fā)送端必須重新傳輸，直到被成功接收或超時(shí)丟棄。數(shù)據(jù)的再次傳輸造成了時(shí)間和信道資源的嚴(yán)重浪費(fèi)，所以需要不斷完善和發(fā)展多址接入技術(shù)，以提高網(wǎng)絡(luò)性能。 在多址接入?yún)f(xié)議中，多個(gè)用戶共享同一物理信道，例如，在蜂窩無(wú)線通信系信道被所有入網(wǎng)的用戶共享。對(duì)無(wú)線通信來(lái)說(shuō)，一個(gè)重要的目標(biāo)就是有效地利用信道資源，多址接入?yún)f(xié)議的性能對(duì)此有很大影響。協(xié)議通常都是為了滿足一定的目標(biāo)而設(shè)計(jì)的。任何一種較好的協(xié)議都應(yīng)該具有以下特點(diǎn)： 第一，協(xié)議應(yīng)該能夠

10、使多個(gè)用戶共享同一傳輸信道，為此，協(xié)議必須要求用戶按照一定的規(guī)則發(fā)出請(qǐng)求，協(xié)議控制分配給用戶的信道容量。 第二，協(xié)議能夠以高效的方式分配傳輸信道，效率通常是以信道的吞吐量和傳輸時(shí)延來(lái)衡量的。 第三，對(duì)每個(gè)用戶來(lái)說(shuō)，分配應(yīng)該是公平的，即在不考慮具有優(yōu)先權(quán)的用戶的情況下，每個(gè)用戶從平均意義上來(lái)說(shuō)應(yīng)該分配到相同的信道容量。第四，協(xié)議在處理不同的業(yè)務(wù)時(shí)，應(yīng)該具有一定的靈活性。第五，協(xié)議應(yīng)該是穩(wěn)定的。這意味著當(dāng)系統(tǒng)達(dá)到均衡時(shí)，一個(gè)新增的負(fù)荷應(yīng)該使系統(tǒng)達(dá)到一個(gè)新的均衡點(diǎn)。對(duì)于不穩(wěn)定的協(xié)議來(lái)說(shuō)，新增的負(fù)荷將迫使系統(tǒng)遷移到更高的負(fù)荷狀態(tài)，并且降低系統(tǒng)吞吐量。最后，協(xié)議應(yīng)該具有魯棒性。也就是說(shuō)，當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)設(shè)備故

11、障或條件改變時(shí)，不會(huì)引起協(xié)議的崩潰。當(dāng)用戶操作不當(dāng)時(shí)，對(duì)系統(tǒng)中其他用戶的影響應(yīng)當(dāng)盡可能的小。1.2 課題研究主要內(nèi)容 本文主要針對(duì)多址接入?yún)f(xié)議中的隨機(jī)多址接入方式的工作原理及其應(yīng)用開(kāi)展研究。從最基本的純ALOHA 協(xié)議入手，詳細(xì)闡述了其基本的工作原理，從系統(tǒng)吞吐量和傳輸時(shí)延等角度分析了這種協(xié)議的性能。然后基于Matlab 仿真平臺(tái)，對(duì)純ALOHA進(jìn)行了系統(tǒng)建模和仿真，對(duì)其數(shù)據(jù)及性能指標(biāo)進(jìn)行分析，進(jìn)一步分析了不同類型的多址系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)。 本文主要內(nèi)容分為四個(gè)章節(jié)，各章節(jié)的安排如下： 第一章為緒論，介紹本課題的研究背景和國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀、研究的主要成果和發(fā)展趨勢(shì)以及本文主要研究?jī)?nèi)容。 第二章為理論基

12、礎(chǔ)，介紹多址接入技術(shù)的分類及工作原理，然后重點(diǎn)闡述隨機(jī)多址接入技術(shù)的原理以及性能的評(píng)價(jià)指標(biāo)。 第三章為實(shí)際設(shè)計(jì)與仿真，基于前面的理論分析，在合理設(shè)計(jì)仿真流程的基礎(chǔ)上，利用Matlab 對(duì)ALOHA協(xié)議進(jìn)行建模和仿真。然后對(duì)仿真結(jié)果進(jìn)行分析，根據(jù)得到的各協(xié)議信道吞吐量與業(yè)務(wù)量的關(guān)系、平均時(shí)延與業(yè)務(wù)量的關(guān)系等數(shù)據(jù)，進(jìn)一步分析不同類型的多址系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)。最后對(duì)全文進(jìn)行了總結(jié)，并且指出了以后繼續(xù)進(jìn)行相關(guān)的研究工作和未來(lái)可能的研究方向。2 多址接入?yún)f(xié)議2.1 網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)通信網(wǎng)絡(luò)模型的分層可以看作由一套模塊組成的體系結(jié)構(gòu)，除了最底層的鏈路之外，每一個(gè)高層模塊分別是由低層“黑匣子”系統(tǒng)加一組簡(jiǎn)單的模塊組成

13、。常見(jiàn)的分層模型OSI（Open Systems Interconnection）七層模型和TCP/IP（Transmission ControlProtocol/ Internet Protocol）四層模型1。2.1.1 OSI參考模型 早在1983 年，國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織（International Standard Organization , ISO）就為數(shù)據(jù)通信網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu)制定出了一個(gè)通用的標(biāo)準(zhǔn)，稱為開(kāi)放系統(tǒng)互聯(lián)參考模型，簡(jiǎn)稱OSI 參考模型。OSI 模型從上到下分為七個(gè)層次：應(yīng)用層、表示層、會(huì)話層、運(yùn)輸層、網(wǎng)絡(luò)層、數(shù)據(jù)鏈路層和物理層2。 應(yīng)用層是OSI 中的最高層，它確定進(jìn)程之間通信

14、的性質(zhì)以滿足用戶的需要，其功能取決于用戶的需要和網(wǎng)絡(luò)服務(wù)目的。應(yīng)用層還要提供應(yīng)用進(jìn)程所需要的信息交換、遠(yuǎn)程操作、系統(tǒng)管理和應(yīng)用管理，應(yīng)用層直接和用戶的應(yīng)用程序通信。表示將上一層提供的數(shù)據(jù)作必要的編碼或語(yǔ)法交換，以通信通用的格程序通信。 會(huì)話層在兩個(gè)實(shí)體之間建立起進(jìn)行一次“對(duì)話”的邏輯連接關(guān)系，負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)登錄和注銷、身份鑒別和運(yùn)作方式等，并對(duì)對(duì)話進(jìn)行管理和控制。 運(yùn)輸層傳送數(shù)據(jù)的單位是報(bào)文(message)。它負(fù)責(zé)在網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的兩個(gè)實(shí)體之間建立一條端到端的信道，并為通信兩端提供可靠和透明的傳輸。它還進(jìn)行端到端的差錯(cuò)控制、順序控制和流量控制等，運(yùn)輸層是通信的最高層。 網(wǎng)絡(luò)層的任務(wù)是選擇適當(dāng)?shù)穆酚珊徒粨Q節(jié)

15、點(diǎn)，使數(shù)據(jù)透明地傳輸?shù)侥康牡?。網(wǎng)絡(luò)層中傳輸數(shù)據(jù)單位是分組(packet)，或稱包。因此，該層需要將上層送來(lái)的數(shù)據(jù)分組和對(duì)方發(fā)來(lái)的分組進(jìn)行拆卸，并解決分組丟失、重復(fù)傳送和數(shù)據(jù)顛倒等問(wèn)題。 數(shù)據(jù)鏈路層負(fù)責(zé)在兩個(gè)相鄰節(jié)點(diǎn)間的鏈路上，以幀為單位無(wú)差錯(cuò)地傳輸數(shù)據(jù)。它需要將上一層送來(lái)的數(shù)據(jù)加上所需的控制信息組成幀，并負(fù)責(zé)鏈路的連通、維持和釋放。 物理層的任務(wù)是為上一層送來(lái)的數(shù)據(jù)提供一個(gè)透明傳輸比特流的物理連接。物理層還負(fù)責(zé)物理媒體的連通、維持和釋放等。 其中，數(shù)據(jù)鏈路層又可細(xì)分為媒體接入控制MAC(Medium AccessControl)子層和邏輯鏈路控制LLC(Logic Link Control)子

16、層3。MAC 子層的主要功能是協(xié)調(diào)本站點(diǎn)和其他站點(diǎn)有效的共享信道資源，LLC 子層的功能是為本站點(diǎn)提供到其他相鄰站點(diǎn)的鏈路。2.1.2 TCP/IP協(xié)議模型 TCP/IP 體系結(jié)構(gòu)只有四層：應(yīng)用層、傳輸層、網(wǎng)際層、網(wǎng)絡(luò)接口層。它和OSI 體系結(jié)構(gòu)的比較如圖2.1 所示。TCP/IP 體系結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用層相當(dāng)于OSI 體系結(jié)構(gòu)中的最高三層，它直接為用戶的應(yīng)用進(jìn)程提供服務(wù)。這層的協(xié)議有HTTP 協(xié)議、SMTP 協(xié)議和FTP 協(xié)議等4。TCP/IP 體系結(jié)構(gòu)中的運(yùn)輸層和OSI 體系結(jié)構(gòu)中的運(yùn)輸層對(duì)應(yīng)，它負(fù)責(zé)兩個(gè)應(yīng)用進(jìn)程之間的通信。OSI體系結(jié)構(gòu) TCP/IP體系結(jié)構(gòu)應(yīng)用層應(yīng)用層表示層會(huì)話層運(yùn)輸層運(yùn)輸層

17、網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)際層數(shù)據(jù)鏈路層網(wǎng)絡(luò)接口層物理層 圖2.1 OSI 和TCP/IP 體系結(jié)構(gòu)的比較2.2 性能的描述與評(píng)估 多址接入技術(shù)需要解決的問(wèn)題是對(duì)給定通信資源進(jìn)行合理、有效的分配調(diào)度和利用。從概念上說(shuō)，多址多址接入性能描述的是：以多大的系統(tǒng)容量、容許怎樣規(guī)模的節(jié)點(diǎn)用戶、在何種性能和規(guī)模的條件下，接入給定通信資源的系統(tǒng)的情況。 多址接入技術(shù)的性能描述與評(píng)估主要體現(xiàn)在兩個(gè)層次。第一個(gè)層次是選擇邏輯信道的劃分方式，比如FDMA、TDMA、CDMA 或者他們的組合，不同的信道劃分方式可能導(dǎo)致系統(tǒng)具有不同的實(shí)際可用資源。在這一層次上對(duì)多址接入方式的評(píng)估主要是系統(tǒng)容量，此容量反映了系統(tǒng)的實(shí)際可用資源。即在給

18、定通信資源轉(zhuǎn)化為系統(tǒng)實(shí)際可用通信資源的過(guò)程中，F(xiàn)DMA、TDMA、CDMA 將采用不同的機(jī)制，使得實(shí)際的系統(tǒng)可能具有不同的資源轉(zhuǎn)化效率。 第二個(gè)層次上的性能描述主要是基于系統(tǒng)的實(shí)際可用資源，反映用戶接入系統(tǒng)的情況。即多大規(guī)模的用戶、以怎樣的性能可以接入系統(tǒng)，資源的利用效率如何。 固定分配方式下接入性能可以用阻塞率和接入延時(shí)概率來(lái)描述。阻塞率定義為接入失敗的次數(shù)占全部接入嘗試次數(shù)的百分比，阻塞率是關(guān)于用戶數(shù)目、要求接入的數(shù)量以及通信時(shí)長(zhǎng)的函數(shù)。接入延時(shí)概率是指一個(gè)接入請(qǐng)求無(wú)法被及時(shí)接納時(shí)，先被緩存到一個(gè)隊(duì)列里，直到某些通信過(guò)程結(jié)束并釋放出相應(yīng)資源后獲得可用資源的概率。 在隨機(jī)接入方式和基于預(yù)約的

19、多址接入方式中，用戶占用的實(shí)際可用資源并不固定。而且對(duì)于隨機(jī)接入可能出現(xiàn)遲滯并再次接入的情形，此時(shí)，阻塞率已不能準(zhǔn)確反映這一動(dòng)態(tài)接入性能。一個(gè)更有意義的描述是系統(tǒng)的吞吐量和信息傳輸?shù)钠骄鶗r(shí)延，它可以從統(tǒng)計(jì)意義上說(shuō)明整個(gè)系統(tǒng)的資源利用情況。全部的業(yè)務(wù)量也稱負(fù)載，是指一段時(shí)間內(nèi)所有嘗試傳輸?shù)臄?shù)據(jù)分組的數(shù)量，其中包括新到達(dá)的分組和被重發(fā)的分組。吞吐量是指一段時(shí)間內(nèi)成功傳輸?shù)臄?shù)據(jù)分組的平均數(shù)量。平均傳輸時(shí)延是指成功傳輸之前的平均等待時(shí)間相對(duì)于一段時(shí)間間隔的歸一化值。在進(jìn)行隨機(jī)接入方式接入性能的分析時(shí)，首先需要對(duì)系統(tǒng)的模型做一定假設(shè)，通常假設(shè)網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)數(shù)量非常多，節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生固定長(zhǎng)度的分組，分組的到達(dá)程泊松

20、分布，即分組的產(chǎn)生彼此獨(dú)立，且分組與分組之間的時(shí)間間隔程指數(shù)分布。2.3多址接入?yún)f(xié)議概述 在多地址接入?yún)f(xié)議中，多個(gè)用戶共享同一物理信道，例如，在蜂窩無(wú)線通信系統(tǒng)中，信道被所有入網(wǎng)的用戶共享。對(duì)無(wú)線通信來(lái)說(shuō)，一個(gè)重要的目標(biāo)就是有效的利用信道資源，多址接入?yún)f(xié)議性能對(duì)此有很大影響。協(xié)議通常都是為了滿足一定的目標(biāo)而設(shè)計(jì)的。任何一種較好的協(xié)議都應(yīng)該具有一下特點(diǎn)：(1)能夠使多個(gè)用戶共享同一傳輸信道。為此，協(xié)議必須要求用戶按照一定規(guī)則來(lái)發(fā)出請(qǐng)求，協(xié)議控制分配給用戶的信道容量。(2)協(xié)議能夠以高效的方式分配傳輸信道。效率通常以信道吞吐量和傳輸延遲來(lái)衡量。對(duì)每個(gè)用戶來(lái)說(shuō)，分配應(yīng)該是公平的，即對(duì)不考慮具有優(yōu)先權(quán)

21、的用戶來(lái)說(shuō)，每個(gè)用戶從平均意義上來(lái)說(shuō)應(yīng)該分配到相同的容量。(3)協(xié)議在處理不同的業(yè)務(wù)（如語(yǔ)音和數(shù)據(jù)）時(shí)應(yīng)該具有一定靈活性。(4)協(xié)議應(yīng)該是穩(wěn)定的。這意味著當(dāng)系統(tǒng)達(dá)到均衡時(shí)，一個(gè)新增的負(fù)荷應(yīng)該使系統(tǒng)達(dá)到一個(gè)新的均衡點(diǎn)。對(duì)不穩(wěn)定的協(xié)議來(lái)說(shuō)，新增的負(fù)荷將迫使系統(tǒng)遷移到更高的負(fù)荷狀態(tài)，并且降低吞吐量。(5)協(xié)議應(yīng)該具有魯棒性（Robust）。也就是說(shuō)，當(dāng)系統(tǒng)中出現(xiàn)設(shè)備故障或條件改變時(shí)，不會(huì)引起協(xié)議的崩潰。當(dāng)用戶操作不當(dāng)時(shí)，對(duì)系統(tǒng)中其他用戶的影響應(yīng)當(dāng)盡可能的少。隨著無(wú)線通信的不斷普及，無(wú)線移動(dòng)環(huán)境下的多址接入?yún)f(xié)議引起人們更多的關(guān)注。在此條件下，應(yīng)當(dāng)更關(guān)注協(xié)議的穩(wěn)定性和魯棒性。在無(wú)線移動(dòng)環(huán)境中，多址接入?yún)f(xié)

22、議面臨如下挑戰(zhàn)：(1)隱終端問(wèn)題。即兩個(gè)或多個(gè)終端由于高山、高大的建筑物或其他物理遮擋而不再彼此的通信范圍內(nèi)，但卻都在同一基站的通信范圍內(nèi)。(2)遠(yuǎn)近效應(yīng)問(wèn)題。遠(yuǎn)端的用戶要比近端的用戶信號(hào)有更大的衰減。(3)無(wú)線信道中的多經(jīng)衰弱和陰影衰落效應(yīng)。(4)由于相鄰小區(qū)公用同一頻率而導(dǎo)致的共道干擾問(wèn)題。2.4 多址接入?yún)f(xié)議分類 自從1970年ALOHA協(xié)議誕生以來(lái)，已經(jīng)出現(xiàn)了大量的多址接入?yún)f(xié)議。對(duì)這些協(xié)議進(jìn)行分類的方法也是多種多樣的，在此把多址接入?yún)f(xié)議分為三類：非競(jìng)爭(zhēng)（調(diào)度）協(xié)議、競(jìng)爭(zhēng)（隨機(jī)接入）協(xié)議，以及CDMA協(xié)議8。如圖2.2所示。多址接入?yún)f(xié)議競(jìng)爭(zhēng)（隨機(jī)接入）協(xié)議非競(jìng)爭(zhēng)（調(diào)度）協(xié)議 重復(fù)隨機(jī)接入

23、 帶保留隨機(jī)接入按需分配固定分配CDMA混合CDMA DS/FH、TDMA/CDMA純CDMADS、FH、TH隱式顯式 ALOHAS-ALOHA令牌環(huán) 傳遞FDMATDMA圖2.2多址接入?yún)f(xié)議分類調(diào)度協(xié)議通過(guò)調(diào)度要傳輸數(shù)據(jù)的用戶來(lái)避免兩個(gè)或兩個(gè)以上用戶同時(shí)接入信道。調(diào)度可分為固定分配方式和按需分配方式。在固定分配方式下，每個(gè)用戶都會(huì)被分配給一定的傳輸容量，而按需分配則只有在用戶有數(shù)據(jù)需要傳輸時(shí)才分配信道。隨機(jī)接入?yún)f(xié)議中，一個(gè)用戶并不能保證傳輸?shù)臄?shù)據(jù)與其他的用戶不發(fā)生碰撞，因?yàn)橛锌赡苡袃蓚€(gè)或兩個(gè)以上的用戶同時(shí)請(qǐng)求傳輸數(shù)據(jù)。當(dāng)碰撞發(fā)生時(shí)，協(xié)議需要對(duì)它們進(jìn)行處理。競(jìng)爭(zhēng)協(xié)議可以進(jìn)一步分為重復(fù)隨機(jī)接入?yún)f(xié)

24、議和帶保留的隨機(jī)接入?yún)f(xié)議。對(duì)帶保留的隨機(jī)接入?yún)f(xié)議來(lái)說(shuō)，用戶初始接入到信道時(shí)采用隨機(jī)接入方式，而用戶一旦接入到信道后，該用戶的數(shù)據(jù)傳輸采用調(diào)度方式，直到該用戶的數(shù)據(jù)傳輸完畢為止。帶保留的隨機(jī)接入又可分為隱式保留和顯式保留。顯示保留協(xié)議在調(diào)度時(shí)使用短的保留數(shù)據(jù)包來(lái)請(qǐng)求傳輸，而隱式保留協(xié)議則不需要任何保留數(shù)據(jù)包。CDMA協(xié)議即不屬于非競(jìng)爭(zhēng)協(xié)議也不屬于競(jìng)爭(zhēng)協(xié)議。實(shí)際上，它屬于多個(gè)用戶可以無(wú)沖突的同時(shí)傳輸數(shù)據(jù)的非競(jìng)爭(zhēng)協(xié)議。但是，當(dāng)同時(shí)傳輸?shù)挠脩魯?shù)增加到一定值時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生競(jìng)爭(zhēng)。2.4.1 調(diào)度多址接入?yún)f(xié)議調(diào)度多址接入?yún)f(xié)議通過(guò)調(diào)度要傳輸?shù)挠脩魜?lái)避免多個(gè)用戶同時(shí)嘗試訪問(wèn)同一物理信道。用戶按照調(diào)度的先后順序一次

25、傳輸數(shù)據(jù)，這樣就確保了每次傳輸都會(huì)成功。調(diào)度可以分為兩種類型：(1)固定分配調(diào)度：采用這種方式的協(xié)議把信道容量在所有的用戶之間進(jìn)行平分，而不管用戶是否要有數(shù)據(jù)傳輸。分配可以按照時(shí)間或頻率來(lái)進(jìn)行。在時(shí)分多址的情況下，傳輸時(shí)間分成多個(gè)幀，每個(gè)用戶分配每幀中的固定時(shí)間片，并與其他用戶分配的時(shí)間片之間互補(bǔ)重疊。頻分多址則把信道帶寬分成互補(bǔ)重疊的頻帶，每個(gè)用戶分配給一個(gè)固定的頻帶。(2)按需調(diào)度：只有當(dāng)用戶有數(shù)據(jù)要傳輸（激活）時(shí)才分配資源。激活的用戶按調(diào)度的順序依次進(jìn)行傳輸。它又可以分為集中調(diào)度或分布式調(diào)度。集中調(diào)度方式是由一個(gè)單獨(dú)的實(shí)體對(duì)傳輸進(jìn)行調(diào)度。而分布式調(diào)度協(xié)議中，所有的用戶都參與調(diào)度過(guò)程，如今

26、牌環(huán)協(xié)議就是分布式的。2.4.2隨機(jī)多址接入?yún)f(xié)議 隨機(jī)多址接入?yún)f(xié)議不存在傳輸?shù)恼{(diào)度。當(dāng)用戶有數(shù)據(jù)需要傳輸時(shí)，并不知道是否會(huì)同其他用戶發(fā)生沖突。用戶通過(guò)監(jiān)聽(tīng)信道可能知道也可能不知道即將發(fā)生的傳輸，因?yàn)闆](méi)有關(guān)于其他用戶是否要傳輸數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確信息。當(dāng)多個(gè)準(zhǔn)備傳輸?shù)挠脩敉瑫r(shí)開(kāi)始傳輸時(shí)，所有的傳輸多半都會(huì)失敗。隨機(jī)多地址接入?yún)f(xié)議可以分為兩類：一類是重復(fù)隨機(jī)多地址接入?yún)f(xié)議，如ALOHA協(xié)議，時(shí)隙ALOHA（slotted-ALOHA），載波監(jiān)聽(tīng)ALOHA（CSMA），以及帶有集中控制的ALOHA（ISMA）。另一類是帶有保留的隨機(jī)接入?yún)f(xié)議，如帶保留的ALOHA（r-ALOHA），包保留的多址接入?yún)f(xié)議（PRM

27、A）等。對(duì)第1類協(xié)議來(lái)說(shuō)，傳輸就如前面的敘述，每次傳輸時(shí)可能會(huì)發(fā)生沖突。而對(duì)第2類協(xié)議來(lái)說(shuō)，用戶只能在第1次傳輸時(shí)才無(wú)法避免與其他用戶發(fā)生碰撞，但是當(dāng)用戶成功的完成了它的第1次傳輸（第1次成功的接入到信道）后，后面的傳輸將經(jīng)過(guò)調(diào)度以有序的方式進(jìn)行，部分信道資源將分配給該用戶，其他用戶禁止使用這部分信道資源，這樣就不會(huì)與其他用戶發(fā)生競(jìng)爭(zhēng)。而如果該用戶在一段時(shí)間內(nèi)，沒(méi)有傳送數(shù)據(jù)，系統(tǒng)將收回分配給它的那部分信道資源。 ALOHA協(xié)議由于數(shù)據(jù)包之間的碰撞而導(dǎo)致的性能下降，CSMA協(xié)議能夠提供較高的容量，但它應(yīng)用與無(wú)線通信系統(tǒng)時(shí)，容易受到“隱終端”問(wèn)題的影響。而ISMA協(xié)議通過(guò)中央基站控制移動(dòng)終端的數(shù)據(jù)

28、包傳輸，降低了數(shù)據(jù)包之間發(fā)生碰撞的概率，以及“隱終端”問(wèn)題9。2.5 ALOHA 的基本原理ALOHA 系統(tǒng)的協(xié)議非常簡(jiǎn)單，其工作模式有以下四種：發(fā)送模式（transmission mode）：用戶在需要發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)可以隨時(shí)發(fā)送。發(fā)送的分組具有糾錯(cuò)能力。 收聽(tīng)模式（listening mode）：在發(fā)送后，該用戶收聽(tīng)來(lái)自接收端的“確認(rèn)”（ACK）消息。當(dāng)有多個(gè)用戶同時(shí)傳送數(shù)據(jù)時(shí)，由于信號(hào)的重疊會(huì)造成接收方收到的數(shù)據(jù)出現(xiàn)錯(cuò)誤。這種現(xiàn)象稱為碰撞（collision）。此時(shí)，發(fā)送端將收到接收端發(fā)回的“否認(rèn)”（NAK）消息。重發(fā)模式（retransmission mode）：當(dāng)發(fā)送端收到一個(gè)“否認(rèn)”消息

29、后，將會(huì)等待一段隨機(jī)時(shí)間后重新發(fā)送數(shù)據(jù)，以免再次發(fā)生沖突。超時(shí)模式（timeout mode）：信息發(fā)送后，如果在一個(gè)給定的時(shí)間內(nèi)沒(méi)有收到“確認(rèn)”消息或“否認(rèn)”消息，則用戶重發(fā)該信息。ALOHA 協(xié)議的思想是：只要用戶有數(shù)據(jù)要發(fā)送，就立即讓其發(fā)送。當(dāng)然，這樣很可能會(huì)產(chǎn)生沖突從而造成發(fā)送失敗。但是，由于廣播信道具有反饋性，因此發(fā)送方可以在發(fā)送數(shù)據(jù)的過(guò)程中進(jìn)行沖突檢測(cè)，將接收到的數(shù)據(jù)與緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，就可以知道數(shù)據(jù)幀是否遭到破壞。同理，其他用戶也按照此過(guò)程工作。如果發(fā)送方知道數(shù)據(jù)幀遭到破壞，即檢測(cè)到?jīng)_突，就等待一段隨機(jī)長(zhǎng)的時(shí)間后重發(fā)該幀。三用戶共享同一信道進(jìn)行信息傳輸?shù)腁LOHA 協(xié)議的工作

30、過(guò)程如圖2.3所示。重發(fā) 用戶1 1 5 t 重發(fā) 重發(fā) 2 3 6 用戶2 t 重發(fā) 用戶3 4 7 t 信道 t 碰撞 碰撞 成功 成功 成功圖2.3 ALOHA協(xié)議工作原理 下面我們對(duì)純ALOHA 系統(tǒng)的性能作一簡(jiǎn)單分析。設(shè)每個(gè)數(shù)據(jù)分組長(zhǎng)度為b ，由用戶送入系統(tǒng)的總業(yè)務(wù)到達(dá)率為每秒Rt 個(gè)分組，其中成功接收率為每秒R個(gè)分組，發(fā)生碰撞率為每秒Rr個(gè)分組，則有Rt=R+Rr(pkt/s (2-1)于是，可以將系統(tǒng)的吞吐量定義為S=bR(b/s) (2-2)將系統(tǒng)的總業(yè)務(wù)量定義為G=bRt(b/s) (2-3)由于平均吞吐量S '不可能大于系統(tǒng)的最大傳輸速率為R，所以歸一化吞吐量S 不

31、可能大于 1，即0 p 1?？倶I(yè)務(wù)量G'取決于用戶的需求，它可能很大，所以歸一化總業(yè)務(wù)量G 可以大于1。由圖2.4可以看出，為了避免碰撞，一個(gè)分組至少需要2t的空閑時(shí)間。因?yàn)槿粼诒痉纸M發(fā)送前t秒內(nèi)有另一個(gè)用戶在發(fā)送，則會(huì)和前一分組的后部發(fā)生碰撞；若在本分組開(kāi)始發(fā)送的t秒內(nèi)有另一分組發(fā)送，則會(huì)和后一分組的前部發(fā)生碰撞。換句話說(shuō)，成功發(fā)送一個(gè)分組的條件是在相鄰兩個(gè)t秒的時(shí)間間隔內(nèi)沒(méi)有其他的消息到達(dá)。 后一分組 前一分組 t 本分組t 2t 圖2.4 避免碰撞的最小時(shí)間間隔若有大量不相關(guān)的用戶向一個(gè)通信系統(tǒng)發(fā)送消息，則此通信系統(tǒng)中消息到達(dá)的統(tǒng)計(jì)特性通常用泊松(Poisson)分布表示。這就是

32、說(shuō)，在秒時(shí)間間隔內(nèi)有K 個(gè)新消息到達(dá)的概率可以表示為泊松分布： K0 (2-4)式中：為消息的平均到達(dá)率。 將式中的用總業(yè)務(wù)到達(dá)率代替，K 用0 代替，就表示在一個(gè)的時(shí)間間隔內(nèi)沒(méi)有消息到達(dá)的概率： (2-5)因此，在ALOHA 系統(tǒng)中一個(gè)消息成功傳輸?shù)母怕蔖s應(yīng)該是相鄰兩內(nèi)沒(méi)有消息到故有：Ps=P(0)*P(0)= (2-6)所以綜上公式，可以得到總業(yè)務(wù)到達(dá)率等于接收成功率和平均拒收率之和。Ps=/ (2-7) (2-8)從而進(jìn)一步得到歸一化吞吐量： (2-9) 上式就是我們要求的ALOHA 系統(tǒng)中歸一化吞吐量和歸一化總業(yè)務(wù)量G 的關(guān)系。分析可知，隨著G 增大，S 也逐漸增大，直至某一點(diǎn)后由于

33、碰撞大量增加而開(kāi)始下降。S 的最大值等于l/2e=0.184，它發(fā)生在G =0.5 時(shí)，即純ALOHA 系統(tǒng)的信道容容量利用率只有18%。為了提高信道利用率，人們不斷對(duì)它加以改進(jìn)11。3多址接入?yún)f(xié)議建模3.1 多址接入?yún)f(xié)議仿真模型 實(shí)際系統(tǒng)中的協(xié)議實(shí)現(xiàn)比較復(fù)雜，而系統(tǒng)目的是使用MATLAB來(lái)考察不同協(xié)議的性能，因此，需要建立相應(yīng)的協(xié)議仿真模型。對(duì)不同協(xié)議來(lái)說(shuō)，其基本結(jié)構(gòu)相差不大，因此，可以建立一個(gè)統(tǒng)一的基本仿真模型，當(dāng)仿真不同協(xié)議時(shí)，在基本模型的基礎(chǔ)上進(jìn)行相應(yīng)的修改就可以。 仿真系統(tǒng)模型是數(shù)據(jù)包通信系統(tǒng)，該系統(tǒng)中包含一個(gè)接入點(diǎn)，以及多個(gè)終端。其關(guān)系如圖3.1所示。終端1包傳輸?shù)竭_(dá) 緩沖區(qū) 接入

34、（Buffer） 協(xié)議包產(chǎn)生終端2到達(dá) 緩沖區(qū) 接入（Buffer) 協(xié)議包產(chǎn)生 接入?yún)f(xié)議 緩沖區(qū) （Buffer）終端3：終端N到達(dá)到達(dá) 緩沖區(qū) 接入（Buffer） 協(xié)議包產(chǎn)生 緩沖區(qū) 接入（Buffer） 協(xié)議通信信道包產(chǎn)生圖3.1數(shù)據(jù)包通信系統(tǒng)在仿真系統(tǒng)模型中，終端具有相同的性能，帶有緩沖區(qū)，數(shù)據(jù)包產(chǎn)生后，首先存儲(chǔ)在緩沖區(qū)中，并按照先進(jìn)先出的原則進(jìn)行傳輸。緩沖區(qū)的容量可以是無(wú)限的，也可以是有限的。當(dāng)緩沖區(qū)容量有限時(shí)，在數(shù)據(jù)包充滿緩沖區(qū)后，新產(chǎn)生的數(shù)據(jù)包將會(huì)被丟掉。這種情況被稱為阻塞，它與包傳送失敗是不同的。傳送失敗是指緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)包沒(méi)有成功傳輸?shù)浇尤朦c(diǎn)。另外，如果終端數(shù)是無(wú)限的，則稱

35、為無(wú)限呼叫源模型，而終端數(shù)有限的情況下則稱為有限呼叫源模型。在理論分析中通常假設(shè)是有限呼叫源模型9。3.2 通信信道模型對(duì)無(wú)線通信系統(tǒng)和有線通信系統(tǒng)，它們的信道建模是不一樣的。(1)在有線通信系統(tǒng)中，信道是時(shí)不變的，假設(shè)不會(huì)發(fā)生傳輸差錯(cuò)，并且接入點(diǎn)收到的各個(gè)終端的信號(hào)功率是相同的。這是用來(lái)評(píng)估接入?yún)f(xié)議最基本的假設(shè)。(2)在無(wú)線通信系統(tǒng)中，信道是時(shí)變的。在本文的仿真中，主要考慮接入點(diǎn)與終端之間的距離造成的路徑損耗，以及由于建筑物與其他障礙物的遮擋造成的陰影衰落。路徑損耗與陰影衰落分別建模如下：路徑損耗：接收到的信號(hào)功率隨著接入點(diǎn)與終端之間的距離增加而單調(diào)下降，稱為路徑損耗。基于理論和實(shí)際測(cè)量的傳

36、播模型都表明，室外或室內(nèi)無(wú)線信道中，平均接收功率（dBm）與發(fā)射機(jī)和接收機(jī)之間的距離的對(duì)數(shù)成反比，即 Pr(dBm)=Pt(dBm)+10nlgd/d0 (3-1)陰影衰落：信號(hào)在無(wú)線信道傳播過(guò)程中遇到的障礙物會(huì)使信號(hào)發(fā)生隨機(jī)變化，從而造成給定距離處接收信號(hào)功率的隨機(jī)變化，反射體和散射體的變化也會(huì)造成接收信號(hào)功率的隨機(jī)變化。3.3 協(xié)議評(píng)價(jià)指標(biāo) (1)產(chǎn)生的業(yè)務(wù)量 單位時(shí)間內(nèi)新產(chǎn)生的數(shù)據(jù)包和重傳的數(shù)據(jù)包之和定義為產(chǎn)生的業(yè)務(wù)量，通過(guò)數(shù)據(jù)速率歸一化的業(yè)務(wù)量記為G。如果數(shù)據(jù)傳輸速率為（bps）,需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)比特?cái)?shù)Tt,則有 (3-2)如果數(shù)據(jù)包為0，則G=0. (2)吞吐量 單位時(shí)間內(nèi)成功傳輸?shù)浇?/p>

37、入點(diǎn)的數(shù)據(jù)包的總數(shù)。用數(shù)據(jù)傳輸速率歸一化的吞吐量記為S。如果數(shù)據(jù)傳輸速率和每個(gè)數(shù)據(jù)包包含的信息比特?cái)?shù)人別記為R(bps)和T，并且在單位時(shí)間內(nèi)成功傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包個(gè)數(shù)為n,則有 (3-3)如果沒(méi)有數(shù)據(jù)包產(chǎn)生，或者所有傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包由于碰撞而被丟棄，則吞吐量變?yōu)樽钚≈?.此外,在所有的單位時(shí)間內(nèi),如果所有的包都被正確傳輸,吞吐量為1。 (3)平均傳輸時(shí)延數(shù)據(jù)包從終端產(chǎn)生到成功的傳輸?shù)浇尤朦c(diǎn)的平均時(shí)間間隔稱為平均傳輸時(shí)延。平均傳輸時(shí)延依賴于包的長(zhǎng)度。因此，通過(guò)數(shù)據(jù)包的長(zhǎng)度進(jìn)行歸一化，可以得到歸一化后的平均時(shí)延D。評(píng)估協(xié)議性能的最基本的指標(biāo)一般是產(chǎn)生的業(yè)務(wù)量G，吞吐量S及平均傳輸時(shí)延D。對(duì)一個(gè)理想的協(xié)議來(lái)

38、說(shuō)，吞吐量與業(yè)務(wù)量之間的關(guān)系為 （3-4） 如圖3.2所示，在業(yè)務(wù)量較少的情況下，吞吐量隨著業(yè)務(wù)量的增加而增加，而當(dāng)業(yè)務(wù)量大于一定的門限值后，吞吐量隨著業(yè)務(wù)量的增加而下降。如果業(yè)務(wù)量大于1，平均傳輸時(shí)延將隨著業(yè)務(wù)量的增加而急劇增加，后面的仿真也將驗(yàn)證這一點(diǎn)理想特性1實(shí)際特性吞吐量1 業(yè)務(wù)量圖3.2吞吐量與業(yè)務(wù)量之間的關(guān)系3.4業(yè)務(wù)源模型每個(gè)終端都假設(shè)相互獨(dú)立的隨機(jī)產(chǎn)生數(shù)據(jù)包，并且包產(chǎn)生服從Possion 分布，即滿足如下特點(diǎn)：(1)獨(dú)立性：在互不交疊的時(shí)間間隔內(nèi)產(chǎn)生數(shù)據(jù)包的個(gè)數(shù)是相互統(tǒng)計(jì)獨(dú)立的。(2)平穩(wěn)性：在一段時(shí)間間隔內(nèi)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)包的個(gè)數(shù)僅與該段時(shí)間間隔有關(guān)而與該段時(shí)間間隔的起始時(shí)間無(wú)關(guān)。

39、(3)稀疏性;在非常小的時(shí)間間隔內(nèi)，產(chǎn)生兩個(gè)及兩個(gè)以上數(shù)據(jù)包的概率非常小，可以忽略。而且，如果產(chǎn)生的數(shù)據(jù)包服從Possion分布，兩個(gè)數(shù)據(jù)包之間服從負(fù)指數(shù)分布。 當(dāng)不同終端發(fā)送的數(shù)據(jù)包發(fā)生碰撞時(shí)，在重傳之前要隨機(jī)退避一段時(shí)間，該時(shí)間服從負(fù)指數(shù)分布，我們可以將這個(gè)負(fù)指數(shù)分布的參數(shù)與業(yè)務(wù)產(chǎn)生的泊松過(guò)程參數(shù)設(shè)為相同的值，以便給出理論分析結(jié)果。4 多址接入?yún)f(xié)議仿真4.1 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淠Ｐ?本次仿真的基本網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涫切切瓮負(fù)?，在一個(gè)圓形仿真區(qū)域的中心配置了一個(gè)接入點(diǎn)(AP)，假設(shè)接入點(diǎn)位置坐標(biāo)為(0，0，h)，其中h 為接入點(diǎn)距離地面的高度，終端則隨機(jī)分布在距離原點(diǎn)為r 的圓形平面內(nèi)，同時(shí)，把終端的坐標(biāo)位置都

40、歸一化到整數(shù)點(diǎn)上，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淠Ｐ腿鐖D4.1 所示。假設(shè)多個(gè)終端使用一種隨機(jī)接入?yún)f(xié)議接入接入點(diǎn)，每個(gè)接入終端具有相同的配置，配置有一個(gè)緩沖區(qū)，終端產(chǎn)生的數(shù)據(jù)包在被正確傳輸之前存儲(chǔ)在緩沖區(qū)中，緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)包以先入先出的方式進(jìn)行處理。為簡(jiǎn)化分析，這里假設(shè)所有終端的緩沖區(qū)無(wú)限大，即不會(huì)由于緩沖區(qū)大小限制造成阻塞13。 Z 接入點(diǎn) Y X 終端圖4.2網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淠Ｐ?.2 ALOHA 的程序流程 圖4.3是純ALOHA 協(xié)議仿真的程序流程圖。在仿真時(shí)，首先定義信道參數(shù)、接入點(diǎn)信息、終端信息，初始化相關(guān)參數(shù)，然后根據(jù)協(xié)議的工作過(guò)程進(jìn)行仿真。在每次仿真時(shí)，首先要根據(jù)業(yè)務(wù)量的大小進(jìn)行一些參數(shù)的初始化，然后根終端

41、數(shù)據(jù)包產(chǎn)生時(shí)刻，分別在相應(yīng)的時(shí)間點(diǎn)上改變終端狀態(tài)，隨后，判斷是否有多個(gè)終端在同時(shí)發(fā)送數(shù)據(jù)，如果有，則認(rèn)為數(shù)據(jù)包產(chǎn)生碰撞，根據(jù)是否考慮捕獲效應(yīng)，分別對(duì)碰撞的數(shù)據(jù)包進(jìn)行不同的處理。其中，如果不考慮捕獲效應(yīng)，發(fā)生碰撞的數(shù)據(jù)包均認(rèn)為傳輸失?。蝗绻紤]捕獲效應(yīng)，需要判斷碰撞后的信噪比是否大于捕獲門限，如果大于，則認(rèn)為該數(shù)據(jù)包仍可以正確接收，否則，按傳輸失敗處理。處理完成后，更新終端狀態(tài)變化的時(shí)刻，進(jìn)行下一輪循環(huán)，直到成功發(fā)送的數(shù)據(jù)包達(dá)到預(yù)先設(shè)定的數(shù)目，仿真停止。最后，對(duì)仿真中實(shí)際產(chǎn)生的業(yè)務(wù)量、吞吐量和平均傳輸時(shí)延分別進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，得到業(yè)務(wù)量與吞吐量的關(guān)系圖以及業(yè)務(wù)量與平均傳輸時(shí)延的關(guān)系圖，直觀的反映出協(xié)議的

42、性能。 定義信道參數(shù)、接入點(diǎn)信息、終端信息、初始化相關(guān)參數(shù)產(chǎn)生固定長(zhǎng)度的數(shù)據(jù)包隨機(jī)延遲N個(gè)時(shí)隙在下一個(gè)時(shí)隙開(kāi)始時(shí)刻發(fā)送數(shù)據(jù)包否否沒(méi)有發(fā)生碰撞考慮捕獲效應(yīng)否是是接收的信號(hào)功率大于捕獲門限是否發(fā)送成功，更新數(shù)據(jù)包個(gè)數(shù)成功發(fā)送的數(shù)據(jù)包達(dá)到要求數(shù)目統(tǒng)計(jì)吞吐量和平均傳輸時(shí)延是圖4.3 ALOHA協(xié)議仿真流程圖4.3 ALOHA 協(xié)議的仿真結(jié)果及分析 根據(jù)已經(jīng)得出ALOHA 協(xié)議吞吐量S 與業(yè)務(wù)量G之間的理論關(guān)系式為: (4-1) 在上述關(guān)系式中，當(dāng)G=0.5 時(shí)，最大吞吐量S 為0.184?？梢钥闯觯谶@種通信方式下,因?yàn)榇嬖谂鲎?，所以信道的利用率是很低?1。利用Matlab 編寫(xiě)程序?qū)LOHA 協(xié)

43、議的仿真結(jié)果如圖4.4和圖4.5所示。圖4.4 ALOHA協(xié)議的吞吐量與業(yè)務(wù)量關(guān)系圖4.5 ALOHA協(xié)議的延遲與業(yè)務(wù)量的關(guān)系 從圖4.4可以看出，在無(wú)捕獲效應(yīng)時(shí)，ALOHA 協(xié)議的最大吞吐量約為0.184，ALOHA 協(xié)議吞吐量S 與業(yè)務(wù)量G之間的理論關(guān)系式為: (4-2) 當(dāng)G=0.5時(shí)，最大吞吐量S 為0.184，仿真結(jié)果與理論值吻合的很好；在存在捕獲效應(yīng)時(shí)，從圖4.4可以看出最大吞吐量為約為0.23。這是因?yàn)楫?dāng)不存在捕獲效應(yīng)時(shí)，只要數(shù)據(jù)包發(fā)生碰撞，則所有的數(shù)據(jù)包都被丟棄，而當(dāng)存在捕獲效應(yīng)時(shí)，要比較數(shù)據(jù)包功率的相對(duì)大小，數(shù)據(jù)包功率最大，并且大于接收信號(hào)功率門限的數(shù)據(jù)包依然可以正確解調(diào)。在

44、這里數(shù)據(jù)包的功率指的是發(fā)送的數(shù)據(jù)包與成功接收的數(shù)據(jù)包的比值；接收信號(hào)功率門限指的是成功接收數(shù)據(jù)包的最大門限值。 從圖4.5可以看出，有捕獲效應(yīng)時(shí)的延遲隨業(yè)務(wù)量的增加基本呈線性增加，而無(wú)捕獲效應(yīng)的延遲隨業(yè)務(wù)量的增加呈指數(shù)增加。綜合以上結(jié)果可以看ALOHA 協(xié)議在業(yè)務(wù)量較少時(shí)，性能較好，而當(dāng)業(yè)務(wù)量增大時(shí)，性能隨業(yè)務(wù)量的增加而迅速惡化。總結(jié) 現(xiàn)代通信網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜和頻譜資源的緊缺，使如何分配信道的接入權(quán)成為一個(gè)非常關(guān)鍵的問(wèn)題。無(wú)論是在局域網(wǎng)中、還是無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)中，接入技術(shù)在解決數(shù)據(jù)沖突和提高網(wǎng)絡(luò)吞吐量等方面都表現(xiàn)出了出色的功能，在實(shí)際應(yīng)用中，由于業(yè)務(wù)的突發(fā)性與實(shí)時(shí)性，還存在一定的問(wèn)題。因此隨著網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)的復(fù)雜與增多，研究信道接入技術(shù)，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)特征有效地分配信道資源，提高資源的利用率，改善網(wǎng)絡(luò)性能，仍然是通信網(wǎng)絡(luò)研究的重要內(nèi)容。本文首先介紹了多址接入?yún)f(xié)議的研究背景及主要成果，從常用的網(wǎng)絡(luò)參考模型入手，對(duì)目前廣泛研究的純ALOHA 協(xié)議進(jìn)行了詳細(xì)闡述具體分析了這協(xié)議的基本原理、系統(tǒng)吞吐量、平均傳輸時(shí)延等性能指標(biāo)，然后基于Matlab 平臺(tái)進(jìn)行建模仿真，對(duì)所得數(shù)