通信網(wǎng)理論net theory信息與工程學(xué)院

第四 網(wǎng)內(nèi)業(yè)務(wù)分 124.4 概所有信息都在那里排隊(duì)，或 –多址接=它擁有一個(gè)共享的多接 3

=傳 它們的信號(hào)會(huì)發(fā)生碰撞，會(huì)相互干這種公用信道的方式稱(chēng)為多址接入方式4–共享傳 有兩大類(lèi)方這是一種靜態(tài)的、無(wú)碰撞的傳 它把傳 這些信道可以分配給特定的用一些工作站穩(wěn)定地產(chǎn)生信息采用這種方式可以高效地使用信這是基于每一包的動(dòng)態(tài) 它更適用于：用戶(hù)需 接入控制（MAC）機(jī)制，其基本功能是最小化碰撞的可能，甚至徹底消除發(fā)生碰撞的可從而達(dá)到滿(mǎn)意 5 接入控制（MAC）有兩種基本的方隨機(jī)接 6–多址接入系統(tǒng)舉 所有地面站都直接和用以把信息傳遞 再把這些信號(hào)從不同的

7有兩個(gè)頻帶為一組移動(dòng)用戶(hù)所共享會(huì)在第一個(gè)頻帶中分配到一個(gè)上行信道（輸入信道會(huì)在第二個(gè)頻帶中分配到一個(gè)下行信道（輸出信道8≡令牌環(huán)網(wǎng)的 ≡令牌(Token)沿著環(huán)形總線(xiàn)在入網(wǎng)節(jié)點(diǎn)計(jì)算機(jī)間依次傳≡令牌本身并不包含信息，僅控制信道的使用，確保在同≡≡節(jié)點(diǎn)計(jì)算機(jī)只有取得令牌后才能發(fā)送數(shù)據(jù)幀，因此不會(huì)令牌在環(huán)網(wǎng)上是按順序依次傳而言，權(quán)是公平的。

=令牌的流量控通常會(huì)設(shè)臵一個(gè)令牌漏桶（Leaky這是共享廣 用戶(hù)可以 往兩個(gè)方向傳送自己的信所有工作站 如果有兩個(gè) 中的信號(hào)就 ，相互干所以，也需要一種機(jī)制來(lái)協(xié)調(diào)各工作站接 –模

用戶(hù)的呼叫到達(dá)是以λ為均立即以定長(zhǎng)信息包的形式發(fā)當(dāng)兩個(gè)或 這是最原始的ALOHA12–令P為信息包的長(zhǎng)度信息包的服務(wù)時(shí)長(zhǎng)為T(mén)0（秒若信道容量為C（比特/秒），則T0=信息包的服務(wù)率為：μ=1/T0=λ為信息包到達(dá)率（包/秒業(yè)務(wù)量強(qiáng)度aλ/μλT0

(a

apr

et

et內(nèi)無(wú)信息包發(fā)出的概率為：p0e-λte-tt tt 第n－1包Pn－1在t－T0之前發(fā)出就不會(huì)碰第n＋1包Pn＋1在t＋T0之后發(fā)出就不會(huì)所以，一個(gè)信息包成功發(fā)送的概率是：p0=e-而一個(gè)信息包被破壞的概率為：1e-即：a＝r＋a(1e-所以：r＝ae- rmaxa＝0.5所以：rmax＝0.5×e- 通過(guò)量r與業(yè)務(wù)量強(qiáng)度arr0

a

可見(jiàn)，純隨機(jī)接入的系統(tǒng)只有18.4%的時(shí)間能實(shí)但是，這種系統(tǒng)碰撞也不控當(dāng)業(yè)務(wù)量強(qiáng)度a較小時(shí)（a<0.5愛(ài)爾朗）：r≈所有業(yè)務(wù)量基本上可以順利通當(dāng)業(yè)務(wù)量較大時(shí)（a>0.5）這是純隨機(jī)接入系統(tǒng)最大的缺–

–系統(tǒng)性能分即沒(méi)有兩個(gè) 的信息包要發(fā)就可以成功地在下一時(shí)隙發(fā)送一個(gè)信息必須等到下一個(gè)時(shí)隙一個(gè)包成功發(fā)送的概率為e-1e-通過(guò)量r為：a＝a(1e-a)即：r＝ae-當(dāng)a＝1愛(ài)爾朗時(shí)，r達(dá)到最大值0.368愛(ài)爾比純隨機(jī)接入的多址系這種提高是以全網(wǎng)的同步控制為代價(jià)

通過(guò)量r與業(yè)務(wù)量強(qiáng)度arr

a

rr

a

–進(jìn)一步提高通過(guò)率的有效方法=載 英文字頭縮寫(xiě)：CSMA（CarrierSensingMultiple=總線(xiàn)網(wǎng)上每個(gè)用戶(hù)節(jié)點(diǎn)都設(shè)有載 當(dāng)檢測(cè)到載波時(shí)，就表明 即線(xiàn)路繁當(dāng)檢測(cè)不到載波時(shí)，就表明 即線(xiàn)路空=一個(gè)用戶(hù)只 –載 的方=持 用戶(hù)終端有數(shù)據(jù)包要發(fā)送時(shí)，首 直至信道空閑，立即發(fā)送自己的數(shù)據(jù)=非持 停 ，過(guò)一個(gè)隨機(jī)時(shí)間后，再直至信道空閑，立即發(fā)送自己的數(shù)據(jù)=載 通過(guò)載波 以概率p向 發(fā)信息即有(1-p)的可能性是線(xiàn)這是因?yàn)?，盡管有載 但 方式和不可避免的線(xiàn)路傳輸時(shí)仍有可能有多個(gè)用戶(hù)同時(shí)發(fā)信息包，導(dǎo)致=載 這種方式既有載 –非持 方式的多址接入系統(tǒng)的性能分非持 （CSMA-NP）方式工作時(shí)碰撞主要由傳輸時(shí)延εε0因?yàn)殡S 不會(huì)是同時(shí)發(fā)生因此，信息包的發(fā)送必然成而且，每個(gè)忙期內(nèi)只有一個(gè)信息包，忙期的時(shí)長(zhǎng)為：TB為簡(jiǎn)化起見(jiàn)， 率也為即新包和舊包合起來(lái)的到達(dá)率為其中，只成功發(fā)送一個(gè)信息所以，通過(guò)率r或信道利用率為r a

當(dāng)a足夠大時(shí)，通過(guò)率接近于1但是，當(dāng)新包到達(dá)率大于1時(shí)，仍因?yàn)榇藭r(shí)經(jīng)常 到忙狀態(tài)，以至舊包發(fā)不出去而不斷增造 器溢出，不能接受新ε≠0設(shè)ε內(nèi)有n個(gè)用戶(hù)有信息包要發(fā)送， 第n+1個(gè)有信息包要發(fā)送的用戶(hù)，已 y=t1+t2+……+tn< y+tn+1> 如圖

012n-n

?yY￠?

???1t1ttt??? n+1

tn+ày?yYú?

yY???0

a

所以，一個(gè)周期中，有一個(gè)包發(fā)送成功的概率為：e-亦即，在時(shí)ε期間，不再到達(dá)信息包，第0包才能成所以，通過(guò)量為rea

通過(guò)量r與業(yè)務(wù)量強(qiáng)度a和時(shí)延εí¨yárμ?áμ??μ??00|rr0

通過(guò)量r與時(shí)延εí¨yár??μ??μ??rr0- -

-

í¨yárê±??μ??μ?ú?rr0 –持 方式的多址接入系統(tǒng)的性能分持續(xù) ε0設(shè)用戶(hù)呼叫是以a為到達(dá)率的泊松流，信包長(zhǎng)為一個(gè)忙期內(nèi)有n個(gè)包的概率為：Pn=(1-e-a)n-1e-其含義是： 而在第n個(gè)信息包期間，必?zé)o信息包待發(fā)，其概率是：e-由于信包長(zhǎng)為1，則有n個(gè)信息包的忙期長(zhǎng)度為n的平均 就是忙期的平均長(zhǎng)度， aa閑期內(nèi)同一時(shí)刻出現(xiàn)兩個(gè)呼叫的概率為零（泊松到達(dá)以后的信息包是否成功發(fā)送，要看前一個(gè)信息包期間內(nèi)出現(xiàn)若只出現(xiàn)一個(gè)呼叫，則后一個(gè)信息包就發(fā)送成若不出現(xiàn)呼叫，則不屬于要考慮的情因此，每個(gè)信息包成功發(fā)送的概率為其中，a 是出現(xiàn)一個(gè)呼叫的概

而1-e–a是出現(xiàn)呼叫的概所以，一個(gè)忙期內(nèi)平均naeaP通過(guò)量為

r1a1a ea

（4-當(dāng)a=1.03時(shí)，通過(guò)量最大，為rr0 a

ε≠0

B

n

通過(guò)量為rn

（4- 通過(guò)量r與業(yè)務(wù)量強(qiáng)度a和時(shí)延ε38í¨yárμ?áμ??μ??00rr0

í¨yár±?ilμ??μ??rr0

通過(guò)量r與時(shí)延ε的關(guān)系曲線(xiàn)如圖：í¨yár±?ilμ??μ??rr- - - - - - - - - - –載波 每當(dāng)信息包發(fā)送時(shí)，就開(kāi)始檢測(cè)是否與別的用戶(hù)發(fā)生了碰方法是：通過(guò)回聲信道來(lái)比較線(xiàn) 若一致若不一致，則發(fā)生了碰一旦發(fā)生了碰撞，立刻停止發(fā)送，使信道不致被繼續(xù)無(wú)效占以非持 的碰撞檢測(cè)(CSMA-NP-CD)系統(tǒng)為閑期的平均時(shí)長(zhǎng)仍為：TIaaaa通過(guò)量為

（4-當(dāng)ε=0時(shí)，若采用非持 r1a1a 通過(guò)量r與業(yè)務(wù)量強(qiáng)度a和時(shí)延εDí¨yárμ?áèμ??μ??rr0

Dí¨yár?ilμ??μ??rr0 通過(guò)量r與時(shí)延εrr0-

-

- 總線(xiàn)信道上有一個(gè)主站和N主站向子站發(fā)出詢(xún)問(wèn)信令子站收到信令P或回答無(wú)信息包，相當(dāng)于只發(fā)送結(jié)束子站收到令牌后可發(fā)–無(wú)優(yōu)先級(jí)的依次輪詢(xún)方式的通過(guò)T若其長(zhǎng)度為1，則該子站占用信道的時(shí)間為其中：b=P+2ε+ (4-ε是傳輸時(shí)延，設(shè)ε是常量，且與主站到2ε是發(fā)生詢(xún)問(wèn)并收第二個(gè)子站中無(wú)信息包待發(fā)，則其占用信道的時(shí)間0每個(gè)子站有信息包待發(fā)的概率是則在T期間有n 則：

p 0

其中

00

為：在T內(nèi)有0個(gè)呼叫到達(dá)的亦即：在T內(nèi)無(wú)呼叫到達(dá)的概率

：為在T內(nèi)有呼叫到達(dá)的

若給定λ0，b，N，則可算出 rn p

b當(dāng)λ0，p→1時(shí)，可得最大通過(guò)量b 11b

最大通過(guò)量rmax與時(shí)延ε令1rr0

5

最大通過(guò)量rmax與時(shí)延ε的關(guān)系曲線(xiàn)(對(duì)數(shù)曲線(xiàn)令1rr0- -

- -

當(dāng)總業(yè)務(wù)量強(qiáng)度a很小=各種多址系統(tǒng)的通過(guò) 非持 持

r≈a(1-r≈a(1-r≈a[1-(1+2ε)r≈a(1-ε 非持 －碰撞檢測(cè)：r≈a(1-εε：傳輸時(shí)

r≈a(1-b：詢(xún)問(wèn)信令p的時(shí)長(zhǎng)＋結(jié)束信令E的時(shí)長(zhǎng)＋往b=P+2ε+各種方式具有基本上相同的通過(guò)量r這一部分損失的呼叫是由碰撞引起在載 這一部分損失的呼叫是由碰撞和由 到信道忙而放棄這一部分損失的呼叫是由于控制信令P和E以及時(shí)延占用了=進(jìn)一 a2項(xiàng)系數(shù)，可以看出在傳輸時(shí)延ε較小持 的CSMA和非持 －碰撞檢測(cè)的CSMA性能最因?yàn)樗c時(shí)延ε所以，在a–當(dāng)總業(yè)務(wù)量強(qiáng)度a很大時(shí)（ar因?yàn)樾聛?lái)的信息包將即碰撞將造成信道處于阻塞狀=對(duì) –時(shí)延ε對(duì)各種方式的影1rr0

A-CSMA-CA-CSMA-CSP宜采用碰撞檢多址接入方只能采用純隨- - -

-

- –從等待時(shí)間方面來(lái)比較各種多址接入系在信息包的傳遞過(guò)程中，每個(gè)信息包在系統(tǒng)中停一個(gè)信息包進(jìn)入某一子站后，有兩 一種是：詢(xún)問(wèn)信令剛一到本站，恰好有一個(gè)信息 所以，平均等待時(shí)間 TN(b

平均等待時(shí)間r

若假定N很大，λ0很小，使Nλ0a（常數(shù) 很 肯定大于N在純隨機(jī)接入方式中，我們假定用戶(hù)數(shù)是無(wú)窮多=競(jìng)爭(zhēng)型系統(tǒng)的平均等待時(shí)當(dāng)通過(guò)量rrmax這時(shí)，若舊包略有增加，則總業(yè)務(wù)量強(qiáng)度ar當(dāng)rrmax每個(gè)信息包要重發(fā)的概率為：pRa-r)/(a-r)是需重發(fā)的部設(shè)每重發(fā)一次所需的處理時(shí)間為則重發(fā)k次所需時(shí)間為kc，概率為p 1 )kc (1)c

r

a此式與N無(wú)關(guān)，即使N趨于無(wú)限大，只要Nλ0a為常則平均等待時(shí)間仍是有限這說(shuō)明競(jìng)爭(zhēng)方式與非競(jìng)–具 解決能力的載 隨機(jī)接入方=CarrierSenseMultipleAccess/Collision=CSMA/... 無(wú)TE接入時(shí)環(huán)路傳輸時(shí)延D信道競(jìng)爭(zhēng)的概解決方=CSMA/CD（CarrierSenseMultipleAccess/CollisionDetection）具 =CSMA/CR（CarrierSenseMultipleAccess/CollisionResolution）具 =TE檢測(cè)到連續(xù)七個(gè)E＝1，則可認(rèn)為D實(shí)際是檢測(cè)到連續(xù)八個(gè)“1”，才認(rèn)為D信道空–D各終端要在回聲信道 二進(jìn)制“1”： 發(fā)送0電二進(jìn)制“0”： 發(fā)送V電碰撞時(shí)，二進(jìn)制“0”使用D即要檢測(cè)到連續(xù)九個(gè)“1”才認(rèn)數(shù)據(jù)應(yīng)用要檢測(cè)到連續(xù)十個(gè)、十一個(gè)“1”才認(rèn)為信道空–CSMACR是一種效率很高的接入控制方=碰撞發(fā)生后，需要所有終端都退出傳=差錯(cuò)控

收發(fā)收信息反饋法

自動(dòng)重發(fā)法（ARQ）：停等重發(fā)，連續(xù)重前向糾錯(cuò)法收0發(fā)混合糾錯(cuò)法收0發(fā)

收收發(fā)發(fā)接收方將接收到的數(shù)據(jù)或相關(guān)信息重新發(fā)回發(fā)送方，需–1.信息反饋法=也稱(chēng)：回送校驗(yàn)法、反饋檢測(cè)法、回聲主要用于面向字符的異步傳輸中，如終端與計(jì)算機(jī)雙方進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，接收方將接收到的數(shù)據(jù)（可以是–1.信息反饋法發(fā)送端需要一定容量的器以發(fā)送碼組，環(huán)路時(shí)延越大，數(shù)據(jù)速率越高，所需–1.信息反饋法2.自動(dòng)重發(fā)法AutomaticRepeat

收發(fā)收發(fā)=特點(diǎn)：收端檢錯(cuò)，發(fā)端協(xié)助糾并把檢錯(cuò)結(jié)果（應(yīng)答信號(hào)） 4.4.8.12.自動(dòng)重發(fā)法AutomaticRepeatreQuest=重發(fā)方式停止等候重發(fā)（stop-andwait連續(xù)重發(fā)請(qǐng)求（Continuous返回n重4.4.8.1–2自動(dòng)重發(fā)法停止等候重發(fā)（空閑重發(fā)請(qǐng)求Idle等候時(shí)間為T(mén)d，TdTwACK，讓發(fā)送端接著發(fā)送下一個(gè)碼4.4.8.1–2自動(dòng)重發(fā)法=連續(xù)重發(fā)請(qǐng)求-返回重發(fā)（返回重發(fā) 、、、、 4.4.8.1–2自動(dòng)重發(fā)法=連續(xù)重發(fā)請(qǐng)求-選擇重4.4.8.1–2自動(dòng)重發(fā)法=2.1停等重發(fā)協(xié)議分4.4.8.1–2自動(dòng)重發(fā)法=2.1停等重發(fā)協(xié)議分鏈路 鏈路

層

新重發(fā)

4.4.8.1–2自動(dòng)重發(fā)法=2.1停等重發(fā)協(xié)議分

重 4.4.8.1=2.1停等重發(fā)協(xié)議分重發(fā)后仍收不到應(yīng)答或接收方仍收不到數(shù)據(jù)包，一直重發(fā)下去解決辦法：設(shè)臵重發(fā)次數(shù)應(yīng)答包ACK丟失，重發(fā)數(shù)據(jù)包，接收方收到重復(fù)幀而不知措施：為數(shù)據(jù)包編號(hào) 1即可區(qū)別 重

新

重重重復(fù)PDU無(wú)編號(hào)會(huì)

丟PDU有編號(hào)不出4.4.8.1=2.1停等重發(fā)協(xié)議分重發(fā)定時(shí)器T在應(yīng)答到達(dá)發(fā)送方之前就超導(dǎo)致接收方正確收到數(shù)據(jù)包

PP

重復(fù)時(shí)延過(guò)大，但PDU和ACK都編號(hào)時(shí)，應(yīng)答，故下一個(gè)發(fā)PDU（0）出錯(cuò)

4.4.8.1=2.1停等重發(fā)協(xié)議分設(shè)PDU長(zhǎng)度為 信道速率為PDU發(fā)送時(shí)延為 延時(shí)為則 無(wú)差錯(cuò)傳送一個(gè)PDU的平均時(shí)延 應(yīng)答信號(hào)發(fā)送時(shí)延忽略，接收處理時(shí)延忽實(shí)際通信CCL/TL/（L/B+2）（位/秒 信道的利用CR=CC/B=11C0.400.0630.1250.25 α48當(dāng)α2/t越大，信道效率CR=CC/B=1/（1+信道速率越高，α越傳輸速率CC=L/T=當(dāng)B→∞時(shí)，CC∞→L/(2 =停等重發(fā)協(xié)議實(shí)際應(yīng)用案無(wú)連接方單幀確接收到錯(cuò)誤幀，簡(jiǎn)單丟棄，不發(fā)送應(yīng)發(fā)送方超時(shí)重發(fā)數(shù)據(jù)包=停等重發(fā)協(xié)議小每次發(fā)送一個(gè)數(shù)據(jù)包PDU，等待應(yīng)答收到確認(rèn)包ACK，繼續(xù)發(fā)下一個(gè)數(shù)據(jù)包收到否認(rèn)包NAK，重發(fā)數(shù)據(jù)包對(duì)PDUPDU（0），PDU（1），以免收方重復(fù)收規(guī)定最大應(yīng)答等待時(shí)間，超時(shí)重發(fā)，以免無(wú)限等待（死鎖規(guī)定最大重發(fā)次數(shù)，超限則退出 ，以免無(wú)限重發(fā)(死鎖收到數(shù)據(jù)包PDU，則觸發(fā)確收到正確的數(shù)據(jù)包PDU，發(fā)送確認(rèn)包收到錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)包PDU，發(fā)送否認(rèn)包NAK(或不動(dòng)作可對(duì)應(yīng)答包ACK/NAK編號(hào)，避免錯(cuò)誤應(yīng)答配規(guī)定最大接收等待時(shí)間，超時(shí)退出并上 發(fā)送方必須設(shè)臵緩沖區(qū)存放未收到ACK的PDU，以備重發(fā)2自動(dòng)重發(fā)法=2.2連續(xù)重發(fā)請(qǐng)求-返回重發(fā)（返回重發(fā) 、、、、 =連續(xù)發(fā)送的滑動(dòng)窗口協(xié)若接收方可最多連續(xù)接收并 =連續(xù)發(fā)送的滑動(dòng)窗口協(xié)回退n幀協(xié)=連續(xù)發(fā)送的滑動(dòng)窗口協(xié)假設(shè)：用N位二進(jìn)制表示PDU的編則：PDU的編號(hào)為0，1…….2N-1循環(huán)使例如用2位二進(jìn)制表示編號(hào)，則PDU編號(hào)為0、1、2、通常有兩種理本課件選用第二種方–回退幀重發(fā)協(xié)議（Goback=是一個(gè)發(fā)送窗口為Ws，接收窗口為1=一次可連續(xù)發(fā)送多個(gè)數(shù)據(jù)包始終維持未應(yīng)答的PDU個(gè)數(shù)為某個(gè)值（發(fā)送窗口大小超時(shí)重發(fā)窗口：未被確認(rèn)的所有PDU（回退一個(gè)一個(gè)地按序接收數(shù)據(jù)包序號(hào)及內(nèi)容正確的PDU，數(shù)據(jù)上出錯(cuò)的PDU及后續(xù)（非期望）的PDU全部=接收緩沖區(qū)為1個(gè)數(shù)據(jù) =回退幀重發(fā)的滑動(dòng)窗口協(xié)議（動(dòng)畫(huà)過(guò)程050678012345050 050678012345050 ACKACKACKACK1

發(fā)送窗口：在收到窗接收窗口：向上層遞交一個(gè)DU2自動(dòng)重發(fā)法=2.3連續(xù)重發(fā)請(qǐng)求-選擇重發(fā)（selective2.3連續(xù)重發(fā)請(qǐng)求-選擇重發(fā)（selective改進(jìn)回退n幀協(xié)議因一個(gè)PDU錯(cuò)，需重傳后續(xù)多個(gè)PDU的問(wèn)發(fā)送只重發(fā)接收方指定序號(hào)的PDU或超時(shí)的接收出錯(cuò)的后續(xù)PDU及亂序的窗口外PDU一律丟棄，指定需重發(fā)的PDU交