多址接入CSMA協(xié)議仿真

1、陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 摘要為滿足節(jié)點用戶之間的通信需要，共享通信資源方式被廣泛采用。當(dāng)通信資源提供給多個戶共同使用時，需要多址接入?yún)f(xié)議進行調(diào)度和協(xié)調(diào)。隨機多址接入技術(shù)是一種采用競爭的接入方式,和固定分配多址接入的目的一樣，都是如何最大限度的減少數(shù)據(jù)的沖突，提高系統(tǒng)吞吐量和信道的利用率。隨機多址接入的主要思想是多個用戶共用通信信道，他們隨機占用信道發(fā)送數(shù)據(jù)，一旦發(fā)生碰撞，則等待一段時間后重發(fā)，直至發(fā)送成功或超時丟棄。本文首先介紹了隨機多址接入?yún)f(xié)議的研究背景及其工作原理，對目前廣泛研究的純ALOHA協(xié)議、時隙ALOHA協(xié)議進行了概述，對非堅持型CSMA協(xié)議進行了詳細闡述，這也是本文研究的主要課題，

2、分析了系統(tǒng)吞吐量、平均傳輸時延等性能指標(biāo)。然后根據(jù)協(xié)議的工作過程，基于Matlab平臺，構(gòu)建仿真系統(tǒng)模型和具體的程序流程圖，對npcsma進行建模仿真，對所得數(shù)據(jù)進行分析，得出系統(tǒng)吞吐量與業(yè)務(wù)量的關(guān)系以及延遲與業(yè)務(wù)量的關(guān)系。關(guān)鍵字：隨機多址接入?yún)f(xié)議；ALOHA；np-CSMA；仿真；性能分析Abstract  To satisfy the communication between nodes, sharing resources is a common metho

3、d, and the multiple access protocol is to solve how the links can serve all the users with sharing resources efficiently and fairly. Random access technique, one kin

4、d of contention-type access protocols, solves how to reduce information collision, increase system throughput and channel utilization, like fixed access technique. The main idea of

5、 Random Multiple Access is that plurality of users share a communication channel and occupant it randomly, in the event of collision, they retransmit after waiting a 

6、;while or discard after timeout.This paper firstly introduces the research background of the random multiple access protocol and its working principle. The pure ALOHA protocol and slotted ALOHA protoc

7、ol are summarized . The npcsma protocol is described in detail. This is the main research subject of this paper . This paper analyzes the system throughput、average transmission delay and other performance indicators.After that, according to the working process of&#

8、160;the protocol, based on Matlab platform, we construct model of the simulation system and the program flow chart . The simulation of npcsma is carried out, and the relationship between throughput and traffic

9、volume is obtained. Keywords: Random multiple access protocol; ALOHA; np-CSMA; Simulation; Performance analysis . 1緒論1.1課題背景網(wǎng)絡(luò)發(fā)展早期，通信基本上是以點到點或者網(wǎng)狀的方式進行的，通過專門線路把每一個設(shè)備和其他設(shè)備連接起來從而實現(xiàn)通信。然而，當(dāng)今網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)迅速增長，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越緊缺。而且，節(jié)點用戶之間需要交換信息，一個設(shè)備可以使用的物理連

10、接的數(shù)量又是有限的，全部使用點到點的連接是不現(xiàn)實的。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，同時在用戶之間保持高度的可連接性。多個設(shè)備之間共享傳輸媒介，需要有某種接入控制技術(shù)來保證正常通信，于是多址接入技術(shù)應(yīng)運而生。在網(wǎng)絡(luò)接入領(lǐng)域中，當(dāng)兩個或多個用戶共享信道傳輸數(shù)據(jù)時，信息就會疊加，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丟棄。數(shù)據(jù)的再次傳輸造成了時間和信道資源的嚴重浪費，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，多個用戶共享同一物理信道，例如，在蜂窩無線通信系統(tǒng)中，信道被所有入網(wǎng)的

11、用戶共享。對無線通信來說，一個重要的目標(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)計的。任何一種較好的協(xié)議都應(yīng)該具有以下特點：第一，協(xié)議應(yīng)該能夠使多個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延來衡量的。第三，對每個用戶來說，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，每個用戶從平均意義上來說應(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，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

12、到均衡時，一個新增的負荷應(yīng)該使系統(tǒng)達到一個新的均衡點。對于不穩(wěn)定的協(xié)議來說，新增的負荷將迫使系統(tǒng)遷移到更高的負荷狀態(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，當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)設(shè)備故障或條件改變時，不會引起協(xié)議的崩潰。當(dāng)用戶 操作不當(dāng)時，對系統(tǒng)中其他用戶的影響應(yīng)當(dāng)盡可能的小。 隨著無線通信的不斷普及，無線移動環(huán)境中的多址接入?yún)f(xié)議正在引起人們更多地關(guān)注。在此條件下，更應(yīng)當(dāng)關(guān)注協(xié)議的穩(wěn)定性和魯棒性。在無線移動環(huán)境中，多址接入?yún)f(xié)議面臨如下四點挑戰(zhàn)：隱終端問題，即兩個或多個終端由于高山、建筑物等的遮擋而不在彼此的通信范圍內(nèi)，但卻在同一基站的通信范圍內(nèi)；遠近效應(yīng)問題，遠端的用

13、戶要比近端的用戶信號有更大的衰落；無線信道中的多徑效應(yīng)和陰影衰落問題；由于相鄰小區(qū)共用同一頻率而導(dǎo)致的共道干擾問題。 對于一種協(xié)議來說，同時處理好上述問題是比較困難的，甚至是相互沖突的，因此，只能在設(shè)計時進行折中處理，折中的程度取決于使用環(huán)境，以及特定的需求。 設(shè)計開發(fā)新的協(xié)議或?qū)σ延袇f(xié)議進行改進，都需要對其性能進行測試和評價。測試的方法一般有兩種：一種是在實際網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中進行測試，即實驗；另一種是在計算機仿真環(huán)境下測試。在實際環(huán)境下測試能夠得到相對真實的數(shù)據(jù)，但由于現(xiàn)代通信與信息系統(tǒng)往往規(guī)模很大，系統(tǒng)很復(fù)雜，構(gòu)造高度相似的物理模型經(jīng)濟成本和社會成本都很高，因而進行對大規(guī)模的

14、測試幾乎是不可能的，而且其測試結(jié)果也往往難于重現(xiàn)。目前，計算機仿真的方法在通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的研究中得到了廣的應(yīng)用，因為其具有很好的可控制性、可重現(xiàn)性、可擴展性。利用比較成熟的計算機仿真軟件，可以近乎真實地模擬網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，可以在各個層次上模擬網(wǎng)絡(luò)的運行效果。因此，在仿真軟件的幫助下，我們可以很好的模擬各種接入控制協(xié)議，并分析其性能。在此基礎(chǔ)上，針對發(fā)現(xiàn)的問題提出理論改進，然后在仿真平臺上實現(xiàn)改進理論，并通過性能比較分析來驗證改進效果。這種低成本、高效率的計算機仿真的方式勢必成為研究接入控制技術(shù)的首選。1.2研究主要成果及發(fā)展趨勢1.2.1研究主要成果多址接入技術(shù)是網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的一部分，它的實現(xiàn)方法將直接影

15、響到網(wǎng)絡(luò)的吞吐量、時延特點、業(yè)務(wù)能力、用戶支持數(shù)量、資源利用效率等多方面的性能，其研究基礎(chǔ)是信息的數(shù)字傳輸和處理，其目標(biāo)則是在網(wǎng)絡(luò)中.提高通信資源的使用效率?？梢詫⒍嘀方尤爰夹g(shù)歸納為三大類：固定分配多址接入、隨機（動態(tài)）分配多址接入和基于預(yù)約的多址接入。針對每一類多址接入技術(shù)，現(xiàn)已提出多種接入控制協(xié)議，這些協(xié)議具有各自不同的設(shè)計目標(biāo)，可以適應(yīng)不同的應(yīng)用場合。固定分配多址接入，就是指通信資源的分配是預(yù)先完成的，且分配資源的大小在通信過程中不發(fā)生變化。固定分配接入實現(xiàn)的基本方式有時分多址（TDMA）、頻分多址（FDMA）和碼分多址（CDMA），也可以使用他們的組合。這些方案是在時域、頻域或者碼域先

16、將信道劃分成子信道，再將這些子信道固定地分配給用戶，分配依據(jù)是預(yù)先獲知的通信業(yè)務(wù)帶寬和時延等要求。如果通信資源的分配可以隨著用戶信號傳輸要求的變化而變化，那么這種多址方式稱為隨機多址接入方式?；镜碾S機多址接入方式包括純ALOHA、時隙ALOHA和CSMA等。ALOHA協(xié)議是一種完全隨機接入的多址協(xié)議，邏輯信道的劃分與分配調(diào)度合二為一，節(jié)點用戶可以根據(jù)需要在任意時刻占用信道。如果兩個以上或兩個以上的用戶在占用信道時出現(xiàn)時間上的重疊，則每個用戶各自延遲一段隨機時間后重新占用信道。如果對信息的傳輸時延沒有限制，信息總可以通過隨機延遲后的重發(fā)到達接收端。ALOHA協(xié)議適合應(yīng)用于用戶負載較低的場合，隨

17、著用戶數(shù)量或發(fā)送信息量的增加，這種完全隨機接入的協(xié)議將使信道重疊現(xiàn)象加劇，沖突概率增大，傳輸性能降低。 為了提高ALOHA系統(tǒng)的性能，將所有各節(jié)點在時間上都同步起來，并將時間劃分為一段段等長的時隙，不論幀在何時產(chǎn)生，它只能在每個時隙開始時才能發(fā)送出去。這樣的系統(tǒng)稱為時隙ALOHA系統(tǒng)。 載波監(jiān)聽多路訪問 (Carrier Sense Multiple Access, CSMA) 是進一步提高吞吐量的有效方式，是由ALOHA系統(tǒng)改進而成。這種方式適用于時延較小的總線網(wǎng)，現(xiàn)已普遍適用于局域網(wǎng)中4。如ALOHA系統(tǒng)一樣，

18、CSMA系統(tǒng)中沒有中心控制器，是一種完全分散的控制系統(tǒng)。用戶信息從一個節(jié)點傳送到另一個節(jié)點，首先要監(jiān)聽信道，根據(jù)信道的狀態(tài)確定是否傳送?！拜d波監(jiān)聽”指發(fā)送節(jié)點在發(fā)送信息幀之前，必須監(jiān)聽信道是否處于空閑狀態(tài)。如信道忙，就暫不發(fā)送數(shù)據(jù)，從而減少了沖突的可能，提高了信道吞吐量；“多路訪問”指多個用戶共用一條線路，用戶既可以接收其他節(jié)點的信息，用戶發(fā)送的信息也可以被其他節(jié)點接收。CSMA在性能上雖然優(yōu)于ALOHA，但在服務(wù)質(zhì)量保證，尤其是實時業(yè)務(wù)支持方面，仍然難以滿足要求?；贑SMA的協(xié)議主要應(yīng)用于短距離數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的多址接入，比如計算機局域網(wǎng)的互聯(lián)接入等。1.2.2發(fā)展趨勢多址接入技術(shù)的研究已經(jīng)取得了

19、相當(dāng)?shù)某晒?，許多成果已經(jīng)得到應(yīng)用，而且還在不斷發(fā)展。進入21世紀以來，通信技術(shù)得到了飛速發(fā)展，極大地影響了人們的日常生活和工作，也有力地推動了經(jīng)濟社會、文化等諸多方面的發(fā)展，而這種發(fā)展反過來又對通信技術(shù)的發(fā)展提出了更高的要求，形成了更大的動力?，F(xiàn)代通信技術(shù)發(fā)展的重要特征是數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化和高速（寬帶）化。多址接入控制技術(shù)是網(wǎng)絡(luò)傳輸平臺技術(shù)的一個重要部分，它的實現(xiàn)方法將直接影響到網(wǎng)絡(luò)的吞吐效能、時延特點、業(yè)務(wù)能力、用戶支持數(shù)量、資源利用效率等多方面性能，其研究基礎(chǔ)是信息的數(shù)字傳輸和處理，其目標(biāo)則是在網(wǎng)絡(luò)中提高通信資源的使用效率6。因而，現(xiàn)代通信網(wǎng)絡(luò)的多址接入技術(shù)正是圍繞著通信技術(shù)的數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化和

20、高速化這三個特征展開的，其發(fā)展過程也展示了通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)不斷進步的過程。多址接入技術(shù)的發(fā)展有力的支持了現(xiàn)代通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展。同時，一些新興的通信網(wǎng)絡(luò)也對多址接入技術(shù)提出了更高的要求，成為多址接入技術(shù)研究不斷走向深入的動力。1.3本文研究的主要內(nèi)容本文主要針對多址接入?yún)f(xié)議中的隨機多址接入方式的工作原理及其應(yīng)用開展研究。從最基本的純ALOHA協(xié)議、時隙ALOHA協(xié)議和載波偵聽接入CSMA入手，概述了其基本的工作原理，主要對np-CSMA的工作原理進行了研究，從系統(tǒng)吞吐量和傳輸時延等角度分析了協(xié)議的性能。然后基于Matlab仿真平臺，對np-CSMA進行了系統(tǒng)建模和仿真，對其數(shù)據(jù)及性能指標(biāo)進行分析。

21、 本文主要內(nèi)容分為四個章節(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、研究的主要成果和發(fā)展趨勢以及本文主要研究內(nèi)容。 第二章為理論基礎(chǔ)，介紹多址接入技術(shù)的分類及工作原理，然后重點闡述隨機多址接入技術(shù)的原理以及性能的評價指標(biāo)。 第三章為實際設(shè)計與仿真，基于前面的理論分析，在合理設(shè)計仿真流程的基礎(chǔ)上，利用Matlab對np-CSMA進行建模和仿真。然后對仿真結(jié)果進行分析，根據(jù)得到的協(xié)議信道吞吐量與業(yè)務(wù)量的關(guān)系、平均時延與業(yè)務(wù)量的關(guān)系等數(shù)據(jù)，進一步分析多址系統(tǒng)的優(yōu)缺點。 最后對全文進行了總結(jié)，并且指出了以后繼續(xù)進行相關(guān)的研究工作和未來可

22、能的研究方向。2多址接入?yún)f(xié)議在一個通信網(wǎng)中，硬件設(shè)備除終端和信道外，還必須有交換設(shè)備。交換意味著要求網(wǎng)內(nèi)任意兩個用戶之間都能交換信息。傳統(tǒng)的方式是通過電路轉(zhuǎn)接來達到目的，在電路轉(zhuǎn)接中，所有需要交換的信息都必須送到一個交換點或轉(zhuǎn)接站，由交換點來調(diào)配路由和其他處理，所有要進網(wǎng)的用戶都必須有用戶線與這個站連接，所有站和線路構(gòu)成一個互相聯(lián)通的通信網(wǎng)，已完成相互交換信息的任務(wù)。自從夏威夷大學(xué)建立的ALOHA系統(tǒng)引入后，上述概念有了變化，各個用戶可直接將信息送到同一線路上去，各用戶有不同的地址，這就是多址接入（Multiple Access）方式。多址接入?yún)f(xié)議的優(yōu)劣對通信網(wǎng)的性能有非常重要的影響。網(wǎng)絡(luò)協(xié)議

23、是用來協(xié)調(diào)和管理各種設(shè)備之間的通信的。想象十幾個人坐在同一個房間里開會，有兩個或更多的人以相近的音量同時講話，這時，我們很難聽清楚其中任何一個人的講話內(nèi)容，于是，我們應(yīng)該想辦法讓有講話需求的人按順序分別講出。為了實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)，不同的用戶節(jié)點必須通過公用信道相互聯(lián)系，由于這種接入或訪問網(wǎng)絡(luò)的過程實際上表現(xiàn)為占用網(wǎng)絡(luò)傳輸信道的過程，且傳輸信道可能是電纜、光纖等有線鏈路或無線鏈路等媒體，因此多址接入技術(shù)也被稱為媒體接入技術(shù)，這和網(wǎng)絡(luò)的通信過程比較類似，在同一個網(wǎng)絡(luò)上，如果各用戶共享同一信道，當(dāng)兩個或更多的用戶同時發(fā)送數(shù)據(jù)時，就會產(chǎn)生沖突，使得各方數(shù)據(jù)發(fā)送均告失敗。于是，我們需要一種技術(shù)，它不僅能夠通

24、過協(xié)調(diào)和調(diào)度共享同一信道的各個用戶以減少數(shù)據(jù)的沖突，而且盡可能在增加數(shù)據(jù)發(fā)送率的時候，不會帶來太大的延遲，這就是多址接入?yún)f(xié)議的內(nèi)容。本章將給出局域網(wǎng)中多址接入?yún)f(xié)議仿真的原理與方法，包括有線網(wǎng)和無線網(wǎng)等，并且通過仿真來分析協(xié)議的性能。2.1多址接入?yún)f(xié)議的分類 為方便理解，本文將多址接入?yún)f(xié)議分為三大類：固定多址接入?yún)f(xié)議、隨機多址接入?yún)f(xié)議和基于預(yù)約的多址接入?yún)f(xié)議。具體分類如圖2.1所示。 多址接入?yún)f(xié)議多隨機多址接入?yún)f(xié)議 基于預(yù)約的 多址接入?yún)f(xié)議固定多址接入?yún)f(xié)議 TDMA FDMA CDMA WDMA純ALOHA時隙ALOHA CSMA CSMA/CD CSMA/CA帶保留的ALOHA PR

25、MA  圖2.1 多址接入?yún)f(xié)議的分類   固定多址接入?yún)f(xié)議，就是指通信資源的分配是預(yù)先完成的，且分配資源的大小在通信過程中不發(fā)生變化。固定分配接入實現(xiàn)的基本方式有時分多址（TDMA）、頻分多址（FDMA）、碼分多址（CDMA）和波分多址（WDMA），也可以使用他們的組合。這些方案是在時域、頻域或者碼域先將信道劃分成子信道，再將這些子信道固定地分配給用戶，分配依據(jù)是預(yù)先獲知的通信業(yè)務(wù)帶寬和時延等要求。如果通信資源的分配可以隨著用戶信號傳輸要求的變化而變化，那么這種多址協(xié)議稱為隨機多址接入?yún)f(xié)議?；镜碾S機多址接入方式包括純ALOHA、時隙ALOHA和CSMA等。CSM

26、A是從ALOHA協(xié)議演變出的一種改進型協(xié)議，它采用了附加的硬件裝置，每個節(jié)點都能夠檢測（偵聽）到信道上有無分組在傳輸。如果一個人節(jié)點有分組要傳輸，它首先檢測信道是否空閑，如果信道有其他分組在傳輸，則該節(jié)點可以等到信道空閑后再傳輸，這樣可以減少要發(fā)送的分組與正在傳輸?shù)姆纸M之間的碰撞，提高系統(tǒng)的利用率。CSMA協(xié)議可細分為幾種不同的實現(xiàn)形式：非堅持型（Non-persistent）CSMA，1-堅持型CSMA，p-堅持型CSMA。非堅持型CSMA:指當(dāng)分組到達時，若信道空閑，則立即發(fā)送分組；若信道處于忙狀態(tài)，則分組的發(fā)送則被延遲，且節(jié)點不再跟蹤信道的狀態(tài)（即節(jié)點暫時不檢測信道），延遲結(jié)束后節(jié)點再次

27、檢測信道狀態(tài)，并重復(fù)上述過程，如此循環(huán)，直到將該分組發(fā)送成功為止。1-堅持型CSMA:指當(dāng)分組到達時，若信道空閑，則立即發(fā)送分組；若信道處于忙狀態(tài)，則該節(jié)點一直堅持檢測信道狀態(tài)，直至檢測到信道空閑后，立即發(fā)送該分組。P-堅持型CSMA:指當(dāng)分組到達時，若信道空閑，則立即發(fā)送分組；若信道處于忙狀態(tài)，則該節(jié)點一直檢測信道狀態(tài)，在檢測到信道空閑后，以概率p發(fā)送該分組。為了進一步保證服務(wù)質(zhì)量，確保信息單元在給定的時間內(nèi)無沖突的使用信道，通?？梢圆捎没陬A(yù)約的多址接入方法。在這類接入?yún)f(xié)議中，每個用戶使用預(yù)約機制聲明自己的資源需求，系統(tǒng)的分配調(diào)度算法根據(jù)眾多的用戶接入請求和當(dāng)時的可用資源狀況，通過平衡和折

28、中做出最終的信道分配和安排，使信道的占用不發(fā)生沖突。實際應(yīng)用中有多種預(yù)約方式和分配調(diào)度算法，典型的有預(yù)約ALOHA協(xié)議、分組預(yù)約多址（PRMA）協(xié)議、RTS/CTS機制。2.2隨機多址接入?yún)f(xié)議隨機多址接入?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，并不只待是否會通其他用戶發(fā)生沖突，用戶通過監(jiān)聽信道可能知道也可能不知道即將發(fā)生的傳輸，因為沒有關(guān)于其他用戶是否要傳輸數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確消息。當(dāng)多個準(zhǔn)備傳輸?shù)挠脩敉瑫r開始傳輸時，所有的傳輸多半都會失敗。隨機多址接入?yún)f(xié)議可以分為兩類：一類是重復(fù)隨機多址接入?yún)f(xié)議，如ALOHA協(xié)議，時隙ALOHA（slotted-ALOHA)，載波監(jiān)聽ALOHA（CSMA），以及

29、帶有集中控制的ALOHA（ISMA）。另一類是帶保留的隨機接入?yún)f(xié)議，如帶保留的ALOHA（r-ALOHA)，帶保留的多址接入?yún)f(xié)議（PRMA)等。對第一類協(xié)議來說，傳輸就如前面的敘述，每次傳輸時可能會發(fā)生沖突。而對第二類協(xié)議來說，用戶只有在第一次傳輸時才無法避免與其它用戶發(fā)生碰撞，但是當(dāng)用戶成功地完成了他的第一次傳輸（第一次成功的接入到信道）后，后面的傳輸將經(jīng)過調(diào)度以有序的方式進行，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，這樣就不會與其它用戶發(fā)生競爭。而如果該用戶在一段時間內(nèi)，沒有傳送數(shù)據(jù)，系統(tǒng)將收回分配給他的那部分信道資源。純ALOHA系統(tǒng)的協(xié)議非常簡單，其工作模式有以下四

30、種： 發(fā)送模式（transmission mode）：用戶在需要發(fā)送數(shù)據(jù)時可以隨時發(fā)送。發(fā)送的分組具有糾錯能力。 收聽模式（listening mode）：在發(fā)送后，該用戶收聽來自接收端的“確認”（ACK）消息。當(dāng)有多個用戶同時傳送數(shù)據(jù)時，由于信號的重疊會造成接收方收到的數(shù)據(jù)出現(xiàn)錯誤。這種現(xiàn)象稱為碰撞（collision）。此時，發(fā)送端將收到接收端發(fā)回的“否認”（NAK）消息。 重發(fā)模式（retransmission mode）：當(dāng)發(fā)送端收到一個“否認”消息后，將會等待一段隨機時間后重新發(fā)送數(shù)據(jù)，以免再次發(fā)生沖突。 超時模式

31、（timeout mode）：信息發(fā)送后，如果在一個給定的時間內(nèi)沒有收到“確認”消息或“否認”消息，則用戶重發(fā)該信息。 純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)的過程中進行沖突檢測，將接收到的數(shù)據(jù)與緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)進行比較，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程工作。如果發(fā)送方知道數(shù)據(jù)幀遭到破壞，即檢測到?jīng)_突，就等待一段隨機長的時間后重發(fā)該幀。純ALOHA協(xié)議(Pure ALOHA)：a. 當(dāng)傳輸點有數(shù)據(jù)需要傳送的時候，它會向立即向通訊頻道

32、傳送。b. 接收點在收到數(shù)據(jù)后，會ACK傳輸點。c. 如果接收的數(shù)據(jù)有錯誤，接收點會向傳輸點發(fā)送NACK。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)上的兩個傳輸點同時向頻道傳輸數(shù)據(jù)的時候，會發(fā)生沖突，這種情況下，兩個點都停止一段時間后，再次嘗試傳送。 圖2.2 純ALOHA協(xié)議的工作原理在時隙ALOHA系統(tǒng)中，信道時間分成許多時隙。數(shù)據(jù)包傳送時間T精確的等于時隙寬度。也就是說，數(shù)據(jù)包必須是定長的，且不得大于時隙寬度。系統(tǒng)中的所有用戶都必須在時隙的開始時刻發(fā)送信息。主時鐘的同步信息要向所有用戶廣播，以使網(wǎng)內(nèi)所有用戶都與主時鐘同步。只要在一個數(shù)據(jù)包長時間內(nèi)，或一個時隙中，無兩個或兩個以上的數(shù)據(jù)包到這信道，就可成功發(fā)射。這是一種降低碰

33、撞的有效措施。與純ALOHA相比，系統(tǒng)性能有所改進。 圖2.3時隙ALOHA協(xié)議的工作原理CSMA的基本原理是：任何一個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點在它的分組發(fā)送之前，首先偵聽信道中是否存在別的節(jié)點正在發(fā)送數(shù)據(jù)分組，如果檢測到數(shù)據(jù)分組的載波信號，說明信道正忙；否則信道處于空閑狀態(tài)。然后根據(jù)預(yù)定的控制策略在以下兩方面做出決定： 若信道空閑，是立即發(fā)送分組還是稍后再發(fā)； 若信道忙，應(yīng)該繼續(xù)堅持偵聽載波還是暫時退避一段時間再偵聽。 CSMA 協(xié)議根據(jù)采用的控制處理策略不同，可細分為時隙的和非時隙的，其中每一種又可再分為非堅持、1-堅持和P-堅持。 非堅持是指當(dāng)分組到達時

34、，若信道空閑，則立即發(fā)送分組，若信道忙，則延遲發(fā)送分組，延遲結(jié)束后站點再次檢測信道狀態(tài)，如此循環(huán)，直到信道空閑為止。1-堅持是指當(dāng)分組到達時，若信道空閑，就立即發(fā)送分組；若信道忙，則該站點就一直檢測信道，直到檢測到信道空閑。P-堅持是指當(dāng)分組到達時，若信道空閑，立即發(fā)送分組，若信道忙，則該站點一直檢測信道的狀態(tài)，在檢測到信道空閑后，以概率P發(fā)送該分組。由于電信號在介質(zhì)中傳播時存在遲延，在不同觀察點上偵聽到同一信號的出現(xiàn)或消失的時刻是不同的。比如，當(dāng)A點發(fā)送載波信號時，在距離很近的B點可能立即就能偵聽到該信號，了解到信道處于忙的狀態(tài)。但在距離很遠的C點，信號尚未到達，因此信道被認為是處于空閑狀態(tài)

35、。這是影響控制策略正確性的原因之一。另一方面，如果有兩個或兩個以上節(jié)點與發(fā)送源節(jié)點的距離相等或相近，它們可能會同時偵聽到載波信號的出現(xiàn)或消失。如果多個節(jié)點同時檢測到信道空閑，而這時它們都有數(shù)據(jù)分組需要發(fā)送，就必然會造成信道占用沖突。這是影響控制決策正確性的原因之二。本文主要研究非時隙的非堅持型CSMA，其工作過程如下： 第1步：新數(shù)據(jù)分組進入緩沖器，等待發(fā)送。 第2步：偵聽信道。若信道空閑，啟動發(fā)送分組，發(fā)送完畢返回第1步；若信道正忙，則放棄偵聽，選擇隨機數(shù)，開始延時。 第3步：延時結(jié)束，轉(zhuǎn)至第2步。 圖2.4 非堅持型CSMA協(xié)議控制算法非堅持型CSMA協(xié)議的控

36、制特點是：當(dāng)節(jié)點偵聽到信道忙碌時，能夠主動的退避一段隨機時間，暫時放棄偵聽信道，這樣有利于減少傳輸沖突的機會，從而有利于提高系統(tǒng)的吞吐量和信道利用率。 為了分析非堅持型CSMA系統(tǒng)的吞吐量性能，作如下假設(shè)：首先，系統(tǒng)中的用戶數(shù)目是無限的，而且所有站的數(shù)據(jù)分組產(chǎn)生過程服從泊松分布；而且所有數(shù)據(jù)分組的長度相同，他們的發(fā)送時間為T；其次，該信道最長距離上的傳輸時延設(shè)為max，歸一化后的時延為 = max/T；每個用戶站在任何時候只有一個分組準(zhǔn)備好發(fā)送，對載波的檢測是瞬時完成的，不引入收發(fā)切換時延；最后，假設(shè)信道本身是無差錯的，并且由于發(fā)送沖突所造成的任意長度的分組重疊都將引起分組差錯，它們

37、必須被重發(fā)。在以上假設(shè)條件下，經(jīng)推導(dǎo)得出非時隙的非堅持型CSMA的理論吞吐量公式如下： （2.1）式中，為歸一化傳輸時延，G為總業(yè)務(wù)量。當(dāng)1時，式(2-1)可近似表示為： （2.2） 3隨機多址接入?yún)f(xié)議的仿真 隨著網(wǎng)絡(luò)通信業(yè)務(wù)的迅速增長，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)日益復(fù)雜，所能使用的通信資源也越來越緊缺。因此，共享通信資源方式被廣泛采用。為了實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)互連，不同的用戶節(jié)點只能通過公用信道相互聯(lián)系。當(dāng)通信資源提供給多個用戶共同使用時，需要使用多址接入?yún)f(xié)議進行調(diào)度和協(xié)調(diào)。多址接入技術(shù)也被稱為媒體接入技術(shù)或信道接入技術(shù)，這是因為接入或訪問網(wǎng)絡(luò)的過程實際上表現(xiàn)為占用網(wǎng)絡(luò)中的傳輸信道的過程。 根據(jù)第2章的理論分析，動態(tài)分配

38、接入技術(shù)往往應(yīng)用于總線型結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)中。純ALOHA協(xié)議是最基本的隨機多址接入?yún)f(xié)議，時隙ALOHA協(xié)議對其進行了簡單的改進以減少碰撞，CSMA協(xié)議在ALOHA協(xié)議的基礎(chǔ)上增加了載波偵聽過程。本章利用Matlab軟件平臺，采用相似的仿真系統(tǒng)模型，分別對以上三種協(xié)議進行建模仿真。3.1 仿真系統(tǒng)模型3.1.1 仿真基本流程圖所謂系統(tǒng)仿真（system simulation），就是根據(jù)系統(tǒng)分析的目的，在分析系統(tǒng)各要素性質(zhì)及其相互關(guān)系的基礎(chǔ)上，建立能描述系統(tǒng)結(jié)構(gòu)或行為過程的、且具有一定邏輯關(guān)系或數(shù)量關(guān)系的仿真模型，據(jù)此進行試驗或定量分析，以獲得正確決策所需的各種信息。仿真的作用：a. 它是一種對系統(tǒng)問題

39、求數(shù)值解的計算技術(shù)。尤其當(dāng)系統(tǒng)無法通過建立數(shù)學(xué)模型求解時，仿真技術(shù)能有效地來處理。b. 仿真是一種人為的試驗手段。它和現(xiàn)實系統(tǒng)實驗的差別在于，仿真實驗不是依據(jù)實際環(huán)境，而是作為實際系統(tǒng)映象的系統(tǒng)模型以及相應(yīng)的“人造”環(huán)境下進行的。這是仿真的主要功能。c. 仿真可以比較真實地描述系統(tǒng)的運行、演變及其發(fā)展過程。d. 中國學(xué)者認為：系統(tǒng)仿真就是在計算機上或（/和）實體上建立系統(tǒng)的有效模型（數(shù)字的、物理效應(yīng)的或數(shù)字物理效應(yīng)混合的模型），并在模型上進行系統(tǒng)試驗。仿真的過程也是實驗的過程，而且還是系統(tǒng)地收集和積累信息的過程。尤其是對一些復(fù)雜的隨機問題，應(yīng)用仿真技術(shù)是提供所需信息的唯一令人滿意的方法,對一些

40、難以建立物理模型和數(shù)學(xué)模型的對象系統(tǒng)，可通過仿真模型來順利地解決預(yù)測、分析和評價等系統(tǒng)問題,通過系統(tǒng)仿真，可以把一個復(fù)雜系統(tǒng)降階成若干子系統(tǒng)以便于分析,通過系統(tǒng)仿真，能啟發(fā)新的思想或產(chǎn)生新的策略，還能暴露出原系統(tǒng)中隱藏著的一些問題，以便及時解決。實際通信系統(tǒng)中的協(xié)議實現(xiàn)比較復(fù)雜，而目的是使用Matlab來考察不同協(xié)議的性能，因此，需要建立相應(yīng)的協(xié)議仿真模型。對不同協(xié)議來說，其基本結(jié)構(gòu)相差不大，因此，可以建立一個統(tǒng)一的基本仿真模型，當(dāng)仿真不同協(xié)議時，在基本模型的基礎(chǔ)上進行相應(yīng)的修改就可以。這里使用的仿真系統(tǒng)模型是數(shù)據(jù)包通信系統(tǒng)，該系統(tǒng)中包含一個接入點，以及多個終端，其關(guān)系如圖3.1所示。 圖3.

41、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，首先存儲在緩沖區(qū)中，并按照先進先出（FIFO）的原則進行傳輸。緩沖區(qū)的容量可以使無限的，也可以是有限的。當(dāng)緩沖區(qū)容量有限時，在數(shù)據(jù)包充滿緩沖區(qū)后，新產(chǎn)生的數(shù)據(jù)包將會被丟掉。這種情況稱為阻塞，它與包傳送失敗是不同的。傳輸失敗是指緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)包沒有成功傳輸?shù)浇尤朦c。另外，如果終端數(shù)是無限的，則成為無限呼叫源模型，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。計算機仿真的實施過程一般包含以下幾個步驟：第一，確定仿真任務(wù)。明確對系統(tǒng)進行仿真的目的、要求，制定實施方案；第二，建立系統(tǒng)的本

42、性數(shù)學(xué)模型。對實際系統(tǒng)進行簡化或抽象，用數(shù)學(xué)公式的形式對系統(tǒng)的行為、特征等進行描述，保持模型的運動規(guī)律和信息傳遞與原系統(tǒng)的一致性和相似性。第三，建立計算機仿真模型。將本性數(shù)學(xué)模型通過某種仿真算法轉(zhuǎn)換成為能在計算機上實現(xiàn)和運行的軟件框架模型。第四，設(shè)計計算機仿真軟件。設(shè)計計算機仿真模型的軟件，并進行調(diào)試、運行。第五，計算機仿真模型和軟件的校驗和確認。本文要進行的是一個網(wǎng)絡(luò)仿真，用于評估三種隨機接入?yún)f(xié)議的性能，仿真基本流程如圖3.2所示。這里涉及幾個網(wǎng)絡(luò)仿真中常見模型，包括網(wǎng)絡(luò)拓撲模型、通信信道模型和業(yè)務(wù)源模型等。業(yè)務(wù)模型泊松到達 信道模型（路徑損耗、陰影衰落）接入點位置終端位置終端數(shù)目隨機多址接

43、入?yún)f(xié)議（純ALOHA、時隙ALOHA、CSMA） 測量傳輸時延 統(tǒng)計吞吐量和 平均傳輸時延發(fā)送的包無碰撞？成功發(fā)送的包達到要求的數(shù)目？否是是否 圖3.2 仿真基本流程圖 3.1.2 通信信道對于無線通信系統(tǒng)和有線通信系統(tǒng)，它們的信道建模是不同的。 （1）在有線通信系統(tǒng)中，信道是時不變的，假設(shè)不會發(fā)生傳輸差錯，并且接入點接收到的各個終端的信號功率是相同的。這是用來評估接入?yún)f(xié)議最基本的假設(shè)。 （2）在無線通信系統(tǒng)中，信道是時變的，在本文的仿真中，主要考慮接入點與終端之間的距離造成的路徑損耗，以及由于建筑物與其它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：是指接

44、收到的信號功率隨著接入點與終端之間的距離增加而單調(diào)下降，稱為路徑損耗?；诶碚摵蛯嶋H測量的傳播模型都表明，室外或室內(nèi)無線信道中，平均接收功率(dBm)與發(fā)射機和接收機之間的距離的對數(shù)成反比，即 式中，n為路徑衰落指數(shù)，表明路徑損耗隨距離增長的速度，它的值一般在25之間，d0為近地參考距離，由測試決定；d為發(fā)射天線與接收天線的距離。陰影衰落：信號在無線信道傳播過程中遇到障礙物會使信號發(fā)生隨機變化，從而造成給定距離處接收信號功率的隨機變化，反射體和散射體的變化也會造成接收信號功率的隨機變化，因此，需要建立一個模型來描述這些因素造成的信號隨機衰落。最常用的模型是對數(shù)正態(tài)陰影模型，衰落的標(biāo)準(zhǔn)差一般在6

45、10dB之間。3.1.3包產(chǎn)生每個終端都假設(shè)相互獨立的隨機產(chǎn)生數(shù)據(jù)包，并且包產(chǎn)生過程服從泊松分布，即滿足如下特點：（1） 獨立性：在互不交疊的時間間隔內(nèi)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)包的個數(shù)是相互統(tǒng)計獨立的。（2） 平穩(wěn)性：在一段時間間隔內(nèi)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)包的個數(shù)僅與該段時間間隔有關(guān)而與該段時間間隔的起始時間無關(guān)。（3） 稀疏性：在非常小的時間間隔內(nèi)，產(chǎn)生兩個及兩個以上數(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)包的個數(shù)服從泊松分布，兩個數(shù)據(jù)包之間的間隔服從負指數(shù)分布。3.1.4碰撞 當(dāng)幾個數(shù)據(jù)包在信道同時傳輸時，便會發(fā)生碰撞。在有線和無線通信系統(tǒng)中，對發(fā)生碰撞的數(shù)據(jù)包分別作如下處理： （1）有線通信系統(tǒng)：所有碰

46、撞的數(shù)據(jù)包都被丟棄，數(shù)據(jù)包作為發(fā)送失敗處理，因為所有數(shù)據(jù)包的信號強弱是一樣的。如果沒有發(fā)生碰撞，產(chǎn)生的數(shù)據(jù)包依次傳送到目的地。 （2）無線通信系統(tǒng)：接收到的數(shù)據(jù)包的功率依賴于終端的位置，以及信道條件。因此，即使幾個數(shù)據(jù)包發(fā)生碰撞，具有最大接收功率的數(shù)據(jù)包也可能被正確接收。一般把這種情況稱為捕獲效應(yīng)。另外，即使沒有發(fā)生碰撞，傳輸?shù)陌部赡馨l(fā)生錯誤，因為接入點接收到的信號功率有可能小于解調(diào)所要求的最小功率，這在信道條件較差的情況下經(jīng)常發(fā)生。在實際的通信系統(tǒng)中，接入點決定終端發(fā)送的數(shù)據(jù)包是否成功，并將結(jié)果反饋給終端。在數(shù)據(jù)包傳輸發(fā)生錯誤的情況下，經(jīng)過一段時間間隔后，將會被再次傳送到接入點。3.1.5

47、產(chǎn)生的業(yè)務(wù)量在本文中，單位時間內(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，通過傳輸數(shù)據(jù)速率歸一化的業(yè)務(wù)量記為G。若果數(shù)據(jù)傳輸速率為R（bps)，需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)比特數(shù)為，則有 （ 3.1 ）如果數(shù)據(jù)包為0，則G=0。3.1.6吞吐量吞吐量定義為單位時間內(nèi)成功傳輸?shù)浇尤朦c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)傳輸速率和每個數(shù)據(jù)包包含的信息比特數(shù)分別記為R（bps)和T，并且在單位時間內(nèi)成功傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包個數(shù)為n，則有 （ 3.2 ）如果沒有數(shù)據(jù)包產(chǎn)生，或者所有傳輸?shù)赖聰?shù)據(jù)包由于碰撞而被丟棄，則吞吐量變?yōu)樽钚≈?。此外，在所有的單位時間內(nèi)，如果所有的包都被正確傳輸，吞吐

48、量為1。3.1.7平均傳輸時延數(shù)據(jù)包從終端產(chǎn)生到成功的傳輸?shù)浇尤朦c的平均時間間隔稱為平均傳輸時延。平均傳輸時延依賴于包的長度。因此，通過數(shù)據(jù)的包長度進行歸一化，可以得到歸一化后的平均傳輸時延D。3.1.8協(xié)議評價指標(biāo)評價協(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以及平均傳輸時延D。對一個理想的協(xié)議來說，吞吐量與業(yè)務(wù)量之間的關(guān)系為 如圖3.3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，后面的仿真也將驗證這一點。 圖3.3吞吐量與業(yè)務(wù)量之間的關(guān)系3.2程序

49、流程圖在建立統(tǒng)一的系統(tǒng)仿真模型及仿真基本流程圖的基礎(chǔ)，第2章所述的純ALOHA、時隙ALOHA和CSMA協(xié)議的工作原理和工作過程，設(shè)計得到純ALOHA、時隙ALOHA的程序流程圖，并進一步在此基礎(chǔ)上得到具有載波監(jiān)聽的CSMA的程序流程圖。流程程序圖與工藝程序圖極為相似，其差別僅是增加了“搬運、儲存、等待”三種符號，及在圖中符號左邊標(biāo)注時間處，再標(biāo)上了搬運距離。在繪制流程程序圖時，應(yīng)按照以下幾點要求：1、記載距離時，只要求用目測，不需要精確測量。一般在lm以下的距離可忽略不計。2、一般工件在制造過程中的儲存、等待所占的時間對成本和資金周轉(zhuǎn)有重要影響。但在流程中要記錄這種時間比較費事，一般可采取只

50、記錄到達或離開倉庫或某工作位的時間，即可算出在倉庫或某工序停滯的延續(xù)時間。3、由于流程程序圖是最基本的常用分析圖，一般用予先印制好的空白表流程程序圖表。繪制流程程序圖必須注意以下事項：1、圖表上記述的內(nèi)容必須是直接觀察所得。2、圖表應(yīng)提供盡可能全面的信息，所有的圖表都應(yīng)具備有關(guān)信息的表頭，包括：產(chǎn)品、物料或設(shè)備的名稱，附上圖號或編號。所記錄的流動程序，應(yīng)明確說明起點與終點，以及該方法是現(xiàn)行的還是建議的。進行操作的地點（部門、工廠、工地等）。 圖表查閱號、總頁數(shù)、頁號。 記錄者、審定人的姓名和記錄日期。 記錄距離和時間的總計、人工成本、材料成本，以便新舊方法進行比較。3.2.1純ALOHA的程序

51、流程圖定義信道參數(shù)、接入點信息、終端信息，初始化相關(guān)參數(shù)產(chǎn)生固定長度的數(shù)據(jù)包 隨機延遲一段時間發(fā)送數(shù)據(jù)包沒有發(fā)生碰撞？ 否考慮捕獲效應(yīng)？ 否 是 是接收到的信號功率大于捕獲門限？ 否 是發(fā)送成功，更新數(shù)據(jù)包個數(shù) 成功發(fā)送的數(shù)據(jù)包達到要求的的數(shù)目？ 否 是統(tǒng)計吞吐量和平均傳輸時延 圖3.4 純ALOHA協(xié)議仿真的程序流程圖 在仿真時，首先定義信道參數(shù)、接入點信息、終端信息，初始化相關(guān)參數(shù)，然后根據(jù)協(xié)議的工作過程進行仿真。  在每次仿真時，首先要根據(jù)業(yè)務(wù)量的大小進行一些參數(shù)的初始化，然后根據(jù)終端數(shù)據(jù)包產(chǎn)生時刻，分別在相應(yīng)的時間點上改變終端狀態(tài)，隨后，判斷是否有多個終端在同時發(fā)送數(shù)據(jù)，如果

52、有，則認為數(shù)據(jù)包產(chǎn)生碰撞，根據(jù)是否考慮捕獲效應(yīng)，分別對碰撞的數(shù)據(jù)包進行不同的處理。其中，如果不考慮捕獲效應(yīng)，發(fā)生碰撞的數(shù)據(jù)包均認為傳輸失??；如果考慮捕獲效應(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)變化的時刻，進行下一輪循環(huán)，直到成功發(fā)送的數(shù)據(jù)包達到預(yù)先設(shè)定的數(shù)目，仿真停止。  最后，對仿真中實際產(chǎn)生的業(yè)務(wù)量、吞吐量和平均傳輸時延分別進行統(tǒng)計，得到業(yè)務(wù)量與吞吐量的關(guān)系圖以及業(yè)務(wù)量與平均傳輸時延的關(guān)系圖，直觀的反映出協(xié)議的性能。3.2.2時隙ALOHA的程序流程圖圖3.5是時隙ALOHA協(xié)議仿真的程序

53、流程圖，與純ALOHA協(xié)議的流程圖基本類似，所不同的是在初始化相關(guān)參數(shù)的時候，要進行時隙長度的定義，數(shù)據(jù)包傳輸時刻與數(shù)據(jù)包產(chǎn)生時刻也不再相同，要在時隙開始的時刻進行傳輸，隨機延遲的時間也必須是時隙長度的整倍數(shù)。時隙ALOHA使用了各種控制算法以保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性，在應(yīng)用控制算法前，必須對算法的性能進行前期仿真測試在比較三種常用網(wǎng)絡(luò)仿真工具的基礎(chǔ)上，分析了MATLAB離散事件仿真原理及基于蒙特卡洛法的隨機數(shù)生成原理給出了MATLAB仿真平臺下實現(xiàn)時隙ALoHA控制算法的流程圖，并依據(jù)該流程編寫了MATLAB代碼對時隙ALOHA的偽貝葉控制算法性能進行測試仿真結(jié)果表示，MATLAB能很好的實現(xiàn)對時隙

54、ALOHA控制算法的仿真 ALoHA 及其變種時隙ALOHA作為一種通用的MAC協(xié)議廣泛應(yīng)用于多個用戶終端競爭同一個媒質(zhì)的情況現(xiàn)今，GSM 系統(tǒng)、衛(wèi)生通信、無線局域網(wǎng)絡(luò)(Wireless Local Area Network，WLAN)的試驗網(wǎng)絡(luò)及基于無線認知網(wǎng)絡(luò)的試驗網(wǎng)絡(luò)中均采用時隙ALOHA 協(xié)議作為媒體接人控制(MediumAccess Control，MAC)協(xié)議以實現(xiàn)對信道的共享接人方式但時隙ALOHA本質(zhì)上是不穩(wěn)定的，當(dāng)輸人流從0開始增加時，信道吞吐量隨著負載流的增加而增加，當(dāng)輸人流量到達某一門限值時，系統(tǒng)吞吐量到達最大值當(dāng)輸入的載荷超過信道容量后，隨著輸入流量的增加沖突也隨之增加重復(fù)發(fā)生的碰撞將浪費部分系統(tǒng)的帶寬，從而使系統(tǒng)吞吐量隨著生成載荷流的增加而迅速下降為解決時隙AL0一HA的穩(wěn)定性問題，各種控制算法被提出為對算法性能進行評估，將所有這些算法應(yīng)用到實際系統(tǒng)中進行測試是不現(xiàn)實的，必須通過軟件仿真方式對算法性能進行評估和測試網(wǎng)絡(luò)仿真技術(shù)是一種通過建立網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)鏈路的統(tǒng)計模型，并模擬網(wǎng)絡(luò)流量的傳輸，從而獲取網(wǎng)絡(luò)設(shè)計或優(yōu)化所需要的網(wǎng)絡(luò)性能數(shù)據(jù)的仿真技術(shù)L