隨機分配多址:綜述,多址通信,隨機分配多址技術,典型隨機分配多址的接入協定,ALO

隨機分配多址技術是指網中各站隨機占用衛星轉發器信道的工作方式。信道的使用是動態的, 但沒有中心站進行統一的信道分配, 各站按一定方式隨機地使用訪問公共信道。

當網路由大量的用戶組成,而這些用戶又只是間歇性地工作時採用隨機多址技術將提高信道的利用效率。

中文名稱	隨機分配多址
英文名稱	random assignment multiple access
定　　義	網中各站隨機占用衛星轉發器信道的工作方式。
套用學科	通信科技（一級學科），衛星通信（二級學科）

基本介紹

中文名：隨機分配多址
外文名：random assignment multiple access
套用學科：通信科技，衛星通信
類別：多址技術
分類方式：信道分配策略

綜述,多址通信,隨機分配多址技術,典型隨機分配多址的接入協定,ALOHA,S-Aloha,CSMA,CSMA/CD,CSMA/CA,DSMA,與固定分配系統的比較,吞吐量特性,信道傳輸延時特性,優先權對系統吞吐量的影響,

綜述

多址通信

多址通信技術在現代通信中起著重要作用。在衛星通信、計算機通信、移動通信等通信網路中,當多個用戶通過一條公共信道與其他用戶進行通信時,就必須採用某種多址技術。所謂多址技術是指允許兩台或兩台以上的發射機通過一條公共信道傳送信號的技術。

按照信道分配策略,多址技術通常又可分為三類:固定分配多址(FAMA-Fixed AssignmentMultiple Access)、按需分配多址(DAMA-Demand Assignment Multiple Access)和隨機分配多址(Random AssignmentMultiple Access)。當網路由大量的用戶組成,而這些用戶又只是間歇性地工作時採用隨機多址技術將提高信道的利用效率。

採用合理的信道分配策略, 對系統的性能（系統的容量、吞吐量、時延、頻譜利用率等）將產生很大的影響。

隨機分配多址技術

所謂隨機分配多址技術就是指信道的使用是動態的, 但沒有中心站進行統一的信道分配, 各站按一定方式隨機地使用訪問公共信道。

隨機多址技術的主要優點是方便、靈活, 無需控制, 且具有大的用戶數量。其缺點主要表現為當系統負荷較大時, 系統常常不穩定或吞吐量急劇減小。隨機多址技術主要套用於用戶信息數據量小, 信道占用時間很短, 而用戶隨機突發性強及無需網路控制的場合或信令信道。隨機多址技術主要採用分組方式。

典型隨機分配多址的接入協定

ALOHA

Aloha是世界上最早的無線電計算機通信網。它是1968年美國夏威夷大學的一項研究計畫的名字。70年代初研製成功一種使用無線廣播技術的分組交換計算機網路，也是最早最基本的無線數據通信協定。Aloha網路可以使分散在各島的多個用戶通過無線電信道來使用中心計算機，從而實現一點到多點的數據通信。

在隨機地址技術中, Aloha是最簡單的。多址用戶只要一有數據就可以馬上傳送。在一定時間內未收到應答信號, 則隨機等待一段時間再次傳送,直到傳送成功為止。此種多址方式適合用戶數少、系統負荷不是很大的網路, 主要套用於無線數據通信網由於Aloha多址方式的系統吞吐量低, 目前除了在信令信道中尚有套用外, 在無線通信網中已很少採用。不過Aloha開創了隨機多址的先河, 是其他隨機多址技術的基礎。

S-Aloha

S-Aloha只能套用於固定包長的網路中。系統按照一幀數據包所占用的時間來劃分時隙。每個要傳送數據的用戶必須從時隙的起始開始傳送數據包。

CSMA

CSMA是載波檢測（偵聽）多路訪問。它檢測其他站的活動情況，據此調整自己的行為。分為以下幾類：

（1）1-持續CSMA(1-persistent CSMA)：當信道忙或發生衝突時，要傳送幀的站，不斷持續偵聽，一有空閒，便可傳送。其中，長的傳播延遲和同時傳送幀，會導致多次衝突，降低系統性能。

（2）非持續CSMA：它並不持續偵聽信道，而是在衝突時，等待隨機的一段時間。它有更好的信道利用率，但導致更長延遲。

（3）p-持續CSMA：它套用於分槽信道，按照P機率傳送幀。即信道空閒時，這個時槽，欲傳送的站P機率傳送，Q=1-P機率不傳送。若不傳送，下一時槽仍空閒，同理進行傳送。若信道忙，則等待下一時槽，若衝突，則等待隨機的一段時間，重新開始。

CSMA/CD

CSMA/CD是一種分散式介質訪問控制協定，網中的各個站（節點）都能獨立地決定數據幀的傳送與接收。每個站在傳送數據幀之前，首先要進行載波監聽，只有介質空閒時，才允許傳送幀。

CSMA/CD是CSMA的一種改進型, 是在匯流排網路特別是有線網中用得最多的一種協定, 它是通過監聽公共信道是否有載波來判斷信道的忙閒,並在數據包發出後檢測是否發生碰撞, 如有碰撞立即停止傳送, 隨機等待一段時間再次傳送, 直到傳送成功為止。CSMA/CD的吞吐量受傳播時延和電台的收發轉換時間的影響。在時延很小的情況下, 它在理論上具有相當高吞吐量。但對於無線網, 載波監聽十分困難, 有隱藏終端的問題, 一般不被採用。

CSMA/CA

在無線網中由於有隱藏結點（即每個結點不知道也不可能知道整個網路的實時情況），因此無法“檢測”所以CSMA/CA（CSMA with Collision Avoidance）載波偵聽多路訪問衝突避免就應運而生了，它是利用RTS/CTS（即類似TCP的握手協定)的應答策略來保證在傳輸中結點不會再接受請求，從而解決了無線網中的衝突。

DSMA

DSMA(數字監聽多址接人方式)與CSMA類似, 其區別在於終端站是通過監聽廣播信道上中心站發出的“ 忙音” 來決定是否傳送數據, 所以又稱為忙音多址接入方式。在分組接入網中、因終端之間距離遙遠電波不能到達, 或因環境影響而不能相互通信的終端稱為隱式終端。隱式終端將引起衝突增加, 吞吐量下降。採用方式可以有效地消除隱式終端。主要套用於分組無線網。

與固定分配系統的比較

吞吐量特性

由圖可以看出,兩個系統最大吞吐量相等,且吞吐量特性基本相同,只是在負載相對較輕的情況下,固定分配系統由於均衡了分組數與到達率,使各信道總到達率相同,其吞吐量略微高於隨機系統,而負載較重時,隨機系統的吞吐量略微高於固定系統,固定系統固定分配信道,缺乏靈活性,隨機系統中,用戶隨機選擇信道,分組碰撞機率減少,提高信道的利用率,因此,隨機分配系統適用於較重負載的網路,而固定分配系統適用於輕負載的網路。

信道傳輸延時特性

通過對比兩個系統的曲線 ,固定分配系統的信道延時性能優於隨機系統 ,固定分配系統適用於實時性網路。兩圖的共同點在於 :當到達率相同時 ,隨著傳輸延遲的增大 ,吞吐量下降。這是因為信道傳輸延時增加 ,成功傳送的分組數減少 ,碰撞增多 ,吞吐量下降 ,如果系統延時過大 ,網路可能會因此而進入惡性癱瘓狀態 ;而且當到達率不斷增大時 ,必須通過降低系統延時才能保證有較高的吞吐量。

優先權對系統吞吐量的影響

優先權高的業務流能獲得高吞吐量,優先權低的吞吐量小。這是因為優先權高的業務流所分配的信道數多,分組通過多信道分別傳輸,成功傳送機率提高,吞吐量增大,優先權低的業務流所分配的信道數少,隨著負載的加重,信道中分組碰撞幾率增大,吞吐量下降,因此隨機系統不宜在負載較重的網路中使用。

隨機分配多址