最新-無線局域網(wǎng)媒體訪問控制協(xié)議基礎(chǔ)-PPT精品課件

1、無線局域網(wǎng)媒體訪問控制協(xié)議基礎(chǔ)7/19/2022課程要點(diǎn) 4.1 引言4.2 MAC協(xié)議基礎(chǔ) 4.2.1 廣播信道及多址接入技術(shù) 4.2.2多址接入信道模型 4.2.3 多址接入?yún)f(xié)議的主要性能指標(biāo)4.3 典型的時(shí)分多址接入MAC協(xié)議與性能 4.3.1 多址接入MAC協(xié)議的分類 4.3.2 ALOHA協(xié)議 4.3.3 CSMA協(xié)議 4.3.4 按需分配方式MAC協(xié)議7/19/20224.1 引言傳輸媒體及其頻帶是局域網(wǎng)絡(luò)特別是一大類廣播信道局域網(wǎng)絡(luò)所有站點(diǎn)共享的系統(tǒng)資源。局域網(wǎng)的絡(luò)媒體訪問控制（MAC）協(xié)議是在局域網(wǎng)內(nèi)將傳輸媒體的頻帶有效地分配給網(wǎng)絡(luò)各站點(diǎn)用戶的方法。媒體訪問的控制策略對整個(gè)局域

2、網(wǎng)絡(luò)的性能（吞吐量、幀延遲時(shí)間等）來說是至關(guān)重要的。本節(jié)課程概括介紹適合廣播信道的局域網(wǎng)絡(luò)媒體訪問控制（MAC）協(xié)議。這些協(xié)議雖然有些并非為為無線局域網(wǎng)所設(shè)計(jì)，但原則上都可以用于作為無線局域網(wǎng)的媒體訪問控制（MAC）協(xié)議。在介紹廣播信道模型的基礎(chǔ)上，分析了經(jīng)典的ALOHA協(xié)議、CSMA協(xié)議的原理及性能，最后對適合無線局域網(wǎng)的CSMACA等協(xié)議進(jìn)行討論。7/19/20224.2 MAC協(xié)議基礎(chǔ)4.2.1 廣播信道及多址接入技術(shù)一廣播信道概念及信道的容量 所謂廣播信道，簡單說來是指系統(tǒng)中的所有站點(diǎn)都連接在該信道上，這些站點(diǎn)中的任何一個(gè)所發(fā)送出的信號，都可以被系統(tǒng)中與信道相連接的所有其它站點(diǎn)接收到。

3、信道是有容量限制的，而信道容量則是信道資源大小的量度，表示信道能夠可靠傳輸信息的速率能力。信道容量的大小由下面的香農(nóng)公式給出： C = Blog2（1+S/N） 式中，C為信道容量，單位為bit/s；B為信道頻帶寬度，單位為Hz；S/N是信道中的信號功率（S）與噪聲功率（N）之比，稱為信噪比。 7/19/20224.2 MAC協(xié)議基礎(chǔ)4.2.1 廣播信道及多址接入技術(shù)二信道的復(fù)用與多址接入技術(shù)原則上說來，同一局域網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中兩個(gè)（或兩個(gè)以上）站利用同一頻帶信道資源是不能在同一時(shí)間發(fā)送信息的。通常采用分割子信道的方法。分割子信道通常又稱為復(fù)用技術(shù)。復(fù)用技術(shù)除了以前提到的頻分多址（FDMA）和碼分多

4、址（CDMA）技術(shù)外，還有一種常用的時(shí)分多址（TDMA）技術(shù)。FDMA和CDMA技術(shù)在GSM蜂窩電話網(wǎng)或無線局域網(wǎng)中用來分割相鄰不同小區(qū)的子信道，而在單小區(qū)無線局域網(wǎng)或有線局域網(wǎng)內(nèi)，為了若干站共享同一媒體資源，常采用時(shí)分的方式，若干站交替在不同時(shí)間占用公共信道媒體來發(fā)送信號，這一技術(shù)稱為時(shí)分多址接入技術(shù)。7/19/20224.2 MAC協(xié)議基礎(chǔ)4.2.2 多址接入信道模型一N用戶廣播信道 SB RB SB RB SB RB MAC MAC MAC接收緩沖器接收緩沖器媒體訪問控制站點(diǎn)1 站點(diǎn) 2 站點(diǎn) N 圖4.1 N用戶廣播信道模型 N個(gè)用戶直接“連接”在該信道上； 任一用戶發(fā)送出的信息信號可

5、被所有其它站接收到； 信道是半雙工的，即同一時(shí)間僅當(dāng)只有一個(gè)站發(fā)送信息時(shí)， 其它站才可以正確接收。7/19/20224.2 MAC協(xié)議基礎(chǔ)4.2.2 多址接入信道模型二數(shù)據(jù)幀的生成規(guī)則網(wǎng)絡(luò)中每個(gè)站有數(shù)據(jù)要發(fā)送時(shí)，在MAC層將數(shù)據(jù)裝配成一個(gè)又一個(gè)的數(shù)據(jù)幀，并依順序放入發(fā)送緩沖器。一個(gè)數(shù)據(jù)幀進(jìn)入緩沖器就意味著一個(gè)幀的生成。設(shè)單位時(shí)間內(nèi)平均到達(dá)幀數(shù)為，且滿足： 不隨時(shí)間變化； 某一幀的到達(dá)不影響后續(xù)幀的到達(dá)； 任意小的時(shí)間段t內(nèi)的到達(dá)幀要么為1，要么為0。網(wǎng)絡(luò)中（所有站）幀的到達(dá)服從泊松分布，即在時(shí)間（0，t）內(nèi)“到達(dá)k個(gè)幀”這一事件的概率記為Pk（t）為： Pk（t）= （t）k /k！e-t （

6、4-1）據(jù)此可得幀到達(dá)時(shí)間間隔的概率密度函數(shù)p（t）為： p（t）= e-t （4-2） 7/19/20224.2 MAC協(xié)議基礎(chǔ)4.2.2 多址接入信道模型三信道為理想無噪信道 我們假設(shè)系統(tǒng)是理想的且信道中是沒有噪聲和干擾的，這樣當(dāng)只有某一個(gè)站發(fā)送數(shù)據(jù)信息時(shí)，信號會無失真地到達(dá)各個(gè)站點(diǎn)，它的接收站一定能正確收到。在這種情況下，傳輸出錯(cuò)僅當(dāng)若干站同時(shí)發(fā)送信息（發(fā)生碰撞）時(shí)才可能出現(xiàn)。 四傳輸碰撞的后果及處理 傳輸碰撞是兩個(gè)或兩個(gè)以上的站同時(shí)向信道中送出數(shù)據(jù)幀是發(fā)生的。無論兩個(gè)（或多個(gè)）數(shù)據(jù)幀在時(shí)間上全部重疊還是部分重疊，這些相碰的數(shù)據(jù)幀都會損壞。相互碰撞的幀損壞（或傳輸錯(cuò)誤）之后，發(fā)送站要按照

7、某種規(guī)則將被損壞幀進(jìn)行重新發(fā)送。7/19/20224.2 MAC協(xié)議基礎(chǔ)4.2.3 多址接入?yún)f(xié)議的主要性能指標(biāo)吞吐量（S）、總業(yè)務(wù)量（G）、平均傳輸延遲（D）等。一. 吞吐量S吞吐量是單位時(shí)間內(nèi)在信道上成功傳送的信息量，其單位是bit/s。若在每一秒時(shí)間內(nèi)，成功傳送的幀數(shù)為n，每幀長度為L比特，則吞吐量為 nL（bit/s）。實(shí)用中為分析方便，吞吐量常用其理論上的最大值，也就是信道的傳輸速率R（單位是bit/s）來歸一化，用符號S來表示，則 S = nL/R = nT （T為每幀的傳輸時(shí)長 ），且 0 S 1 若系統(tǒng)中各站沒有數(shù)據(jù)幀的傳輸要求（信道空閑，總業(yè)務(wù)量G = 0）或傳輸?shù)臄?shù)據(jù)幀都發(fā)生

8、碰撞，單位時(shí)間內(nèi)成功傳輸?shù)膸瑪?shù)n等于零，則S = 0 ；若有足夠的幀要求傳輸，這些數(shù)據(jù)幀一個(gè)接一個(gè)地發(fā)送到信道中，既沒有發(fā)生碰撞，又沒有空閑的幀間隙，則S = 1。 7/19/20224.2 MAC協(xié)議基礎(chǔ)4.2.3 多址接入?yún)f(xié)議的主要性能指標(biāo)系統(tǒng)的總業(yè)務(wù)量就是系統(tǒng)中所有站數(shù)據(jù)幀之傳輸要求的總和。定義為網(wǎng)絡(luò)信道上所有站在單位時(shí)間內(nèi)要求傳送的幀（包括新生幀和出錯(cuò)重傳幀）的信息量總和，其單位也是bit/s?？倶I(yè)務(wù)量也常用信道的信息傳輸速率R來歸一化，用符號G表示。假設(shè)每一秒內(nèi)系統(tǒng)要求傳送的幀數(shù)為（為按泊松分布幀的到達(dá)率），則用R歸一化的總業(yè)務(wù)量G為 G = L/R = T盡管吞吐量S不可能大于1，

9、但總業(yè)務(wù)量G作為系統(tǒng)的傳輸要求，是可能大于1的。當(dāng)G大于1時(shí)，意味著系統(tǒng)內(nèi)總的傳輸要求超過了信道的傳輸能力（信道的信息傳輸速率R）。吞吐量（S）、總業(yè)務(wù)量（G）、平均傳輸延遲（D）等。二. 總業(yè)務(wù)量G7/19/20224.2 MAC協(xié)議基礎(chǔ)4.2.3 多址接入?yún)f(xié)議的主要性能指標(biāo)某一個(gè)數(shù)據(jù)幀從進(jìn)入發(fā)送緩沖器到成功到達(dá)目的地的接收緩沖器所經(jīng)過的時(shí)間稱為該數(shù)據(jù)幀傳輸遲延（包括該數(shù)據(jù)幀在發(fā)送緩沖器中的等待時(shí)間、將數(shù)據(jù)幀按傳輸速率R一位一位送入信道的傳輸時(shí)間、與傳輸距離相關(guān)的信號傳播時(shí)間、數(shù)據(jù)出錯(cuò)后重新傳輸?shù)臅r(shí)間等）。平均傳輸遲延則是對所有數(shù)據(jù)幀的傳輸遲延求得的統(tǒng)計(jì)平均值。 常用傳輸時(shí)間T來歸一化，用符

10、號D表示。 吞吐量（S）、總業(yè)務(wù)量（G）、平均傳輸延遲（D）等。三.平均傳輸遲延D只有當(dāng)數(shù)據(jù)幀在發(fā)送緩沖器中的等待時(shí)間為零、數(shù)據(jù)幀一次發(fā)送成功（沒有發(fā)生碰撞和誤碼）且忽略掉信號在媒體中的傳播時(shí)間的情況下，D = 1 。如果系統(tǒng)的總業(yè)務(wù)量G增大，則數(shù)據(jù)幀在發(fā)送緩沖器中的等待時(shí)間就會增長；總業(yè)務(wù)量G的增大也會使系統(tǒng)內(nèi)總的發(fā)送企圖（試圖發(fā)送的數(shù)據(jù)幀）上升，會大大增加數(shù)據(jù)幀在信道中的碰撞機(jī)率，使數(shù)據(jù)幀出錯(cuò)后重新傳輸?shù)臅r(shí)間增長。7/19/20224.2.3 多址接入?yún)f(xié)議的主要性能指標(biāo)四.吞吐量特性（吞吐量S與總業(yè)務(wù)量G的關(guān)系）當(dāng)總業(yè)務(wù)量大于等于信道傳輸速率R（G大于或等于 1）時(shí)，如果不發(fā)生碰撞且數(shù)據(jù)幀

11、間間隔為零（理想情況），信道的利用率達(dá)到100% ，此時(shí)吞吐量達(dá)最大值，S=1 。吞吐量（S） 理想特性 實(shí)際特性 0 1 總業(yè)務(wù)量（G） 1圖4.2 吞吐量總業(yè)務(wù)量（SG）特性 實(shí)際情況下，G較小時(shí)，S可隨著G的增大而增大；當(dāng)G大到一定程度，不可避免的碰撞將使S減??；如果此時(shí)不加以控制，大量新幀和重傳幀的出現(xiàn)，會使得G進(jìn)一步劇增，系統(tǒng)陷于癱瘓，即S=0，D趨于無窮大。當(dāng)總業(yè)務(wù)量小于信道傳輸速率R（G小于 1）時(shí)，由于不發(fā)生碰撞或碰撞較少，此時(shí)S大約等于G。理想情況下（不發(fā)生碰撞），S = G 。7/19/20224.2.3 多址接入?yún)f(xié)議的主要性能指標(biāo)五.延遲特性（平均傳輸延遲D與吞吐量S的關(guān)

12、系）如果新的業(yè)務(wù)量不斷增加，在加上數(shù)據(jù)幀碰撞大量出現(xiàn)，將會使總業(yè)務(wù)量G劇增。如控制不當(dāng)，不僅會導(dǎo)致S銳減，還會導(dǎo)致平均傳輸遲延D急劇上升。圖4.3 平均傳輸延遲吞吐量（DS）特性隨著吞吐量S的增大，發(fā)送等待時(shí)間上升，數(shù)據(jù)幀在信道中的碰撞使得重傳幀增加，重傳時(shí)間增大，導(dǎo)致平均傳輸遲延增大。正常情況下，總業(yè)務(wù)量G較小，吞吐量S也較小時(shí)，發(fā)送等待時(shí)間小，數(shù)據(jù)幀在信道中的碰撞也很少，此時(shí)的平均傳輸遲延D也??；平均傳輸延遲（D） 延遲特性 0 1 吞吐量（S） 17/19/20224.3典型的時(shí)分多址接入MAC協(xié)議與性能4.3.1 多址接入MAC協(xié)議的分類時(shí)分多址接入?yún)f(xié)議同步時(shí)分多址接入?yún)f(xié)議異步時(shí)分多址

13、接入?yún)f(xié)議隨機(jī)競爭方式 固定分配方式按需分配方式 TDMAALOHACSMAPollingTokenBit-Map圖4.4 時(shí)間分割多址接入MAC協(xié)議的劃分 隨機(jī)競爭方式MAC協(xié)議使用廣播信道，連接在廣播信道上的任一站點(diǎn)在需要發(fā)送信息時(shí)，要以某種方式競爭信道的使用權(quán)，一旦得到使用權(quán)便將信息（數(shù)據(jù)幀）發(fā)送出去。所有站點(diǎn)都能收到這一信息，如果某站發(fā)現(xiàn)該信息是發(fā)給自己的，便存貯并處理，否則丟棄。這種隨機(jī)競爭方式的典型協(xié)議有ALOHA協(xié)議、CSMA協(xié)議等。 按需分配方式MAC協(xié)議中，網(wǎng)絡(luò)各站以輪詢或預(yù)約的方式獲得信道使用權(quán)。例如在輪詢方式中，網(wǎng)絡(luò)按某種循環(huán)順序詢問各站是否有信息發(fā)送，被詢問站如有待發(fā)信息

14、，則立即發(fā)送出去，否則（通知）網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)向詢問下一個(gè)站點(diǎn)。輪詢方式控制有集中控制（該中心站對各站依次點(diǎn)名稱為輪詢，如Polling協(xié)議）和分布控制（各站依一定規(guī)則傳遞信道使用權(quán)，又稱為令牌方式，如token passing bus協(xié)議）兩種。7/19/20224.3典型的時(shí)分多址接入MAC協(xié)議與性能4.3.2 ALOHA協(xié)議一. 純ALOHA原理純ALOHA是指在時(shí)間上不劃分時(shí)間片的ALOHA協(xié)議。其原理如 下：當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中任一站有數(shù)據(jù)幀要求發(fā)送時(shí)，不管信道忙與閑，立即發(fā)送出去。當(dāng)檢測到所發(fā)送的數(shù)據(jù)幀與其它站發(fā)出的數(shù)據(jù)幀發(fā)生碰撞時(shí)，則獨(dú)立延遲一段時(shí)間（退避時(shí)間）再重新發(fā)送出去。如再次發(fā)生碰撞，重復(fù)以上

15、過程，直至發(fā)送成功。 碰撞窗口TT圖4.5 純ALOHA協(xié)議的碰撞窗口為2T 數(shù)據(jù)幀生成后不用等待就立即發(fā)出去，故純ALOHA協(xié)議的發(fā)送等待時(shí)間小，在網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)量小時(shí)有利于提高系統(tǒng)的吞吐量。然而由于發(fā)送前不檢測信道忙閑，在網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)量大時(shí)，數(shù)據(jù)幀碰撞概率較大。不加控制時(shí)反而會導(dǎo)致系統(tǒng)的吞吐量的迅速減小與延遲的急劇增加。7/19/20224.3典型的時(shí)分多址接入MAC協(xié)議與性能4.3.2 ALOHA協(xié)議二. 分時(shí)隙ALOHA原理在分時(shí)隙ALOHA中，將信道傳輸時(shí)間按一幀時(shí)長T劃分成時(shí)間片(Slot)，某站的待發(fā)送幀不論產(chǎn)生于何一時(shí)刻，但發(fā)送起止時(shí)間在一個(gè)時(shí)間片內(nèi)進(jìn)行。如此可能產(chǎn)生的碰撞都應(yīng)該是完全重

16、疊式的碰撞，從而將碰撞窗口減小為T。圖4.5 純ALOHA協(xié)議的碰撞窗口為2T B1A1B2A2B3A1B1B2A2B3碰撞幀站A幀的生成 站B幀的生成 分時(shí)隙信道中幀的傳輸T T T T T T T 7/19/20224.3典型的時(shí)分多址接入MAC協(xié)議與性能4.3.2 ALOHA協(xié)議三. 純ALOHA與分時(shí)隙ALOHA協(xié)議的性能 1.吞吐量性能 一個(gè)數(shù)據(jù)幀發(fā)送成功的概率是在一定時(shí)段（碰撞窗口）內(nèi)沒有其它數(shù)據(jù)幀生成的概率P0 。而吞吐量則是總業(yè)務(wù)量與發(fā)送成功率之積，即 S = G P0 分時(shí)隙ALOHA S = G e-G純ALOHA S = G e-2G吞吐量（S） 0 0.5 1.0 1.

17、5 2.0 總業(yè)務(wù)量（G） 0.10.20.30.40.1840.368 圖4.7 純ALOHA與分時(shí)隙ALOHA的吞吐量S與總業(yè)務(wù)量G的關(guān)系 7/19/20224.3典型的時(shí)分多址接入MAC協(xié)議與性能4.3.2 ALOHA協(xié)議三. 純ALOHA與分時(shí)隙ALOHA協(xié)議的性能 2.延遲性能 純ALOHA分時(shí)隙ALOHA0 0.1 0.2 0.3 0.4 吞吐量（S） 平均延遲（D） 125102050100圖4.8 純ALOHA與分時(shí)隙ALOHA的傳輸延遲D與吞吐量S的關(guān)系示意圖 7/19/20224.3典型的時(shí)分多址接入MAC協(xié)議與性能4.3.3 CSMA協(xié)議 CSMA（Carrier Sen

18、se Multiple Access）協(xié)議稱為載波偵聽（或載波檢測）多址接入?yún)f(xié)議。是在廣播介質(zhì)信道局域網(wǎng)絡(luò)中使用較多的一種隨機(jī)競爭類MAC協(xié)議。以減小碰撞率和提高吞吐能力為目的，CSMA協(xié)議有多種不同控制策略形成的不同類型： 1-堅(jiān)持式CSMA P-堅(jiān)持 非堅(jiān)持 CSMA/CD CSMA/CA等。IEEE 802.3建議的總線以太網(wǎng)使用協(xié)議CSMA/CD，IEEE 802.11建議的無線局域網(wǎng)基本協(xié)議CSMA/CA。 7/19/20224.3典型的時(shí)分多址接入MAC協(xié)議與性能4.3.3 CSMA協(xié)議一. CSMA協(xié)議原理 CSMA協(xié)議下，每站在發(fā)送數(shù)據(jù)幀之前先對信道上的載波進(jìn)行偵聽，以確定信道

19、是處在忙碌（有載波）還是空閑（無載波）狀態(tài)。當(dāng)信道忙時(shí)，肯定不發(fā)送，可以選擇繼續(xù)對載波進(jìn)行偵聽以檢測信道，或者先退避一段時(shí)間再重新檢測信道，直至信道空閑。當(dāng)檢測到信道空閑時(shí)，可以立即發(fā)送出去，也可以以某種概率發(fā)送出去，以另外概率重新檢測信道。 進(jìn)一步提高CSMA協(xié)議的性能（減少碰撞、增大吞吐量、縮短幀傳輸延遲等）將取決于CSMA協(xié)議如何安排信道檢測和數(shù)據(jù)發(fā)送的機(jī)制。 檢測到信道是忙碌的，是堅(jiān)持檢測還是退避一段時(shí)間后再檢測？ 檢測到信道是空閑，是肯定發(fā)送還是以某一概率發(fā)送？是檢測到信道瞬時(shí)空閑還是要求達(dá)到一定的空閑間隔才來考慮安排發(fā)送時(shí)機(jī)？7/19/2022二. 1-堅(jiān)持式CSMA若信道空閑，則

20、將數(shù)據(jù)幀發(fā)送出去；若信道忙碌，則堅(jiān)持繼續(xù)檢測信道，直至信道空閑。 4.3典型的時(shí)分多址接入MAC協(xié)議與性能4.3.3 CSMA協(xié)議NY發(fā)送幀到達(dá)發(fā)送緩沖器載波偵聽檢測信道信道空閑嗎？發(fā)送數(shù)據(jù)幀結(jié)束程序圖4.9 1堅(jiān)持式CSMA協(xié)議 發(fā)送操作流程 圖4.10 1堅(jiān)持式CSMA協(xié)議 吞吐量性能 10.80.60.40.200.01 0.1 1 10 100 tp=1tp=0tp=0.2歸一化信號傳播延時(shí)tP Smax = 0.538 7/19/2022三. p-堅(jiān)持式CSMA檢測到信道空閑時(shí)，以概率P（P小于1）發(fā)送數(shù)據(jù)幀，而以概率1P延遲一個(gè)時(shí)間，之后再重新進(jìn)行信道檢測。 4.3典型的時(shí)分多址接

21、入MAC協(xié)議與性能4.3.3 CSMA協(xié)議圖4.11 p堅(jiān)持式CSMA協(xié)議 發(fā)送操作流程 圖4.12 p堅(jiān)持式CSMA協(xié)議 吞吐量性能 發(fā)送幀到發(fā)送緩沖器載波偵聽檢測信道信道空閑？發(fā)送數(shù)據(jù)幀NY產(chǎn)生0,1內(nèi)隨機(jī)數(shù)P ?Y延遲時(shí)間 N結(jié)束程序10.80.60.40.200.01 0.1 1 10 100 tp=0.2p=0.9p=0.52p=0.1527/19/2022四. 非堅(jiān)持式CSMA這種方式和1堅(jiān)持式CSMA相比較，差別在于當(dāng)檢測到信道忙碌時(shí)，不是再堅(jiān)持繼續(xù)檢測，而是暫退出來，選擇一個(gè)隨機(jī)時(shí)間延遲D , 延遲完畢后，再重新開始檢測信道。4.3典型的時(shí)分多址接入MAC協(xié)議與性能4.3.3

22、CSMA協(xié)議圖4.13 非堅(jiān)持式CSMA協(xié)議 發(fā)送操作流程 圖4.14 非堅(jiān)持式CSMA協(xié)議 吞吐量性能 發(fā)送幀到發(fā)送緩沖器載波偵聽檢測信道信道空閑？Y選擇隨機(jī)延遲時(shí)間DN發(fā)送數(shù)據(jù)幀結(jié)束程序10.80.60.40.200.01 0.1 1 10 100tp=0tp=0.001tp=0.01tp=0.1tp=0.5非堅(jiān)持式CSMA協(xié)議也能夠在總業(yè)務(wù)量G很大時(shí)也有大的吞吐量，特別是在信號傳播延時(shí)小時(shí)更為明顯。需要指出，非堅(jiān)持式CSMA在總業(yè)務(wù)量G很大時(shí)也有大的吞吐量這一點(diǎn)是靠犧牲數(shù)據(jù)幀的平均傳輸延遲換來的。 綜合前述的幾種CSMA協(xié)議，對它們的性能作一簡單比較： 時(shí)隙非堅(jiān)持式CSMA具有最大的吞吐

23、量S； 總業(yè)務(wù)量G較小時(shí)，1堅(jiān)持式和P堅(jiān)持式CSMA的吞 吐量最大； 選擇合適的P值，可使 P堅(jiān)持式 CSMA 的平均傳輸延 遲D較小； 吞吐量S 較小時(shí)，1 堅(jiān)持式 CSMA的平均傳輸延遲D 最??； 各種CSMA協(xié)議的性能都比ALOHA系統(tǒng)要好。 7/19/2022四.具有碰撞檢測和碰撞避免功能的CSMA協(xié)議簡介4.3典型的時(shí)分多址接入MAC協(xié)議與性能4.3.3 CSMA協(xié)議1. 具有碰撞檢測功能的CSMA協(xié)議CSMA/CD CSMA/CD協(xié)議就是IEEE 802.3 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的總線式以太網(wǎng)絡(luò)的媒體訪問控制（MAC）協(xié)議。它是在1堅(jiān)持式CSMA的基礎(chǔ)上增加了碰撞檢測功能，從而使協(xié)議的性能大大

24、改善。 CSMA/CD協(xié)議對碰撞進(jìn)行檢測是基于在一定傳輸距離內(nèi)，任何兩個(gè)或兩個(gè)以上的數(shù)據(jù)幀在媒體中發(fā)生碰撞時(shí)，多路信號（曼徹斯特編碼信號）相互疊加后的直流電平一定高于單路信號（無碰撞）的直流電平。 增加碰撞檢測功能后使得協(xié)議性能提高主要基于兩點(diǎn)： 當(dāng)檢測出已經(jīng)發(fā)生的碰撞后，正在發(fā)送數(shù)據(jù)幀的站可立即終止發(fā)送，以減少信道資源的不必要的繼續(xù)浪費(fèi)； 每個(gè)站的數(shù)據(jù)幀發(fā)生碰撞后將選擇進(jìn)入退避，并可根據(jù)自己的數(shù)據(jù)幀連續(xù)遭到碰撞的次數(shù)，了解系統(tǒng)中負(fù)載的輕重情況，調(diào)整隨機(jī)退避的時(shí)間范圍，進(jìn)而降低再次碰撞的概率，確保重負(fù)載G時(shí)獲得較大的吞吐量S 。 7/19/2022四.具有碰撞檢測和碰撞避免功能的CSMA協(xié)議簡

25、介4.3典型的時(shí)分多址接入MAC協(xié)議與性能4.3.3 CSMA協(xié)議2. 具有碰撞避免功能的CSMA協(xié)議CSMA/CA CSMA/CA協(xié)議是IEEE 802.11 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的無線局域網(wǎng)的基本的MAC協(xié)議。無線局域網(wǎng)的MAC協(xié)議沒有選擇CSMA/CD的原因是無線條件下碰撞檢測的困難。因?yàn)槿舾陕窡o線信號碰撞后，并不能保證相互疊加的合成信號的直流電平或載波幅度的一定增加。CSMA/CA是具有碰撞避免功能的CSMA協(xié)議。實(shí)際上它也不能做到碰撞的絕對避免，只不過是綜合前述各種CSMA的優(yōu)秀特點(diǎn)，盡量減少碰撞的概率，盡量獲得比較理想的吞吐量S及傳輸延遲D。 碰撞避免途徑之一: 當(dāng)系統(tǒng)中的總業(yè)務(wù)量G很低時(shí)以1

26、堅(jiān)持式 CSMA方式工作，盡量減小傳輸延遲D，而在系統(tǒng)中的總業(yè)務(wù)量G較高時(shí)以P堅(jiān)持式或非堅(jiān)持式CSMA方式工作，盡量獲得較大的吞吐量S。碰撞避免途徑之二: 在非堅(jiān)持式CSMA方式工作時(shí)，可以給系統(tǒng)中的站或各個(gè)站所發(fā)送的不同類型的信息進(jìn)行分類，并給以不同的優(yōu)先級別。當(dāng)檢測到信道忙碌時(shí)，以不同優(yōu)先級別的站或不同優(yōu)先級別的信息數(shù)據(jù)幀來確定其退避延遲時(shí)間的大小，達(dá)到改善系統(tǒng)性能的目的。 碰撞避免途徑之三: 可以通過發(fā)送探詢脈沖（或短的探詢幀）的方式獲取信道使用權(quán)，以減小數(shù)據(jù)幀碰撞的概率。因?yàn)榘l(fā)出占時(shí)很短的探詢脈沖如果未遭碰撞（能正確回收到），說明已獲得信道，可放心隨后發(fā)送自己的數(shù)據(jù)幀；如果探詢脈沖遭到

27、碰撞（未能回收或回收錯(cuò)誤），則選擇退避。由于探詢脈沖占時(shí)很短，即使碰撞，造成的信道資源浪費(fèi)也很小。7/19/2022一.具有預(yù)約功能的位映象（Bit-Map）MAC協(xié)議4.3典型的時(shí)分多址接入MAC協(xié)議與性能4.3.4 按需分配方式MAC協(xié)議 1 1 1 F1F4F6 1 1 F1F5 1 0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2 爭用期（N=8 時(shí)隙） 數(shù)據(jù)幀 爭用期（N=8 時(shí)隙） 數(shù)據(jù)幀 爭用期 圖4.15 位映象（Bit-Map）協(xié)議原理示意圖 具有數(shù)據(jù)幀要發(fā)送的站，可以在爭用期中屬于自己的爭用時(shí)隙（和自己站址地相同的時(shí)隙號）內(nèi)插入比特“1”。 一個(gè)爭用期過去后，網(wǎng)絡(luò)中的所有站都可通過該爭用期中各個(gè)時(shí)隙內(nèi)的內(nèi)容（0或1）了解該爭用期過后，究竟有那些站