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第
28
卷 第
1
期
吉 林 大 学 学 报
(
信 息 科 学 版
) Vol. 28 No. 1
2010
年
1
月
Journal of Jilin University (Information Science Edition) Jan. 2010
文章编号
:1671-5896(2010)01-00013-07
收
稿日期
:2009-10-07
基金项目
:
国家自然科学基金资助项目
(60362001;69862001;F04241004).
作者简介
:
佘明辉
(1965— )
,
男
,
福
建莆田人
,
湄洲湾职业技术学院副教授
,
硕士
,
主要从事随机多址通信
、
网络通信工程研究
,
(Tel)
86-13706097791(E-mail)smh7791@ 126. com;
赵
东风
(1957— )
,
男
,
武
汉人
,
云南大学教授
,
博士生导师
,
主要从事随机多
址
、
轮询多址和网络通信工程研究
,
(Tel)86-13698761411(E-mail)zhaodf0088@ 126. com。
基于随机多址协议的系统吞吐量分析
佘
明辉
1
,
赵
东风
2
(1.
湄洲湾职业技
术学院 电子工程系
,
福建 莆田
351254; 2.
云南大学 信息学院
,
昆明
650091)
摘
要
:
为解决当多个用户通过一个公共信道与其他用户进行通信时必须采用多址技术的问题
。
在详细阐述了
时隙
ALOHA
系统和连续时间
ALOHA
系统以及非坚持
CSMA (Carrier Sense Multiple Access)
控制协议的分析
的同时
,
分别得出了
3
种系统的平均成功队长和系统吞吐量的数学表达式
,
并通过仿真实验验证了理论分析
的正确性
。
关键词
:
随机多址
;
信道
;
循环体
;
平均周期
;
吞吐量
中图分类号
: TN914. 5
文献标识码
: A
Analysis Throughput Based on Stochastica l Multi-Addresses of System
SHE Ming-hui
1
,ZHAO Dong-feng
2
(1. Department fo Electronic Engineering,Meizhouwan Institute of Technology,Putian 351254,China;
2. Institute of Information,Yunnan University,Kunming 650091,China)
Abstract: To address when multiple users through a common channel to communicate with other users must use
multiple access technologies. Slotted ALOHA in the elaboration of the ALOHA system and the continuous-time
systems as well as non-persistent C SMA ( Carrier Sense Multiple Access) control protocol,while the analysis
were obtained three kinds of systems,the average successful captain and system throughput mathematical expres-
sion,and through simulation experiments verify the theoretical analysis is correct.
Key words: stochastical multi-addresses; signal channel; loop body; average period; throughput
引 言
多
址协议
(MAP: Multiple Access Protocol)
是在一个网络中
,
解决多个用户如何高效共享一个物理
链路的技术
[1 ~ 7]
。
典型的共享链路网络有
:
卫星和蜂窝移动通信系统
、
局域网和分组无
线电网等
。
在网
络中
,
当多个用户同时发送时
,
将发生多个用户的帧在物理信道上相互重叠
(
即碰撞
)
,
使
接收端无法
正确接收
[8]
。
当多个用户竞争信
道时
,
就会出现相互碰撞和信道空闲的现象
,
为了尽量避免用户之间
碰撞
,
并使信道利用率最高
,
就需要一个有效的协调机制
(
或服务准则
) —
——
随
机多址协议
[9 ~ 17]
。
1
时
隙
ALOHA
系统
在
时隙
ALOHA
系统
(S-ALOHA)
中
,
所有节点同步
,
各节点只能在时隙开始点进行传输
,
时隙宽
度等于一个分组的传输时间
(
见图
1)。
当一分组到达某时隙后
,
它将在下一时隙开始传输
,
并期望不会与其他节点发生碰撞
。
如果在某时
隙内
,
仅有一个分组到达
(
包括新到达的分组和重传分组的到达
)
,
则该分组将传输成功
。
如
果在某时
隙内到达两个或两个以上的分组
,
则将会发生碰撞
。
碰撞的分组将在以后的时隙中重传
。
如果碰撞后
,
立即在下一个时隙重传
,
将导致再次碰撞
。
图
1
时
隙
ALOHA
系统
Fig. 1 The ALOHA system
1. 1
系
统模型
时
隙
ALOHA
为了提高随机接入系统的吞吐量
,
使各站点时间同步
,
并将时间划分为多段等长的时
隙
T
0
,
每帧只能在每个时隙开
始时才能发送
[3]
。
时隙的长度是使每祯正好在一个时隙内发送
完毕
。
每
帧到达后
,
一般都要在缓冲区中等待一段时间
(
小于
T
0
)
才
能发送出去
。
当在一个时隙内有两个或两
个以上的帧到达时
,
将在下一个时隙产生冲突
。
假定成功用
U
表示
,
空闲用
I
表示
,
碰撞用
B
表示
。ALOHA
系统以时隙方式工作
(
见图
2)。
图
2
时
隙方式
ALOHA
系统
Fig. 2 Time slot the way ALOHA system
图
3
是图
2
用
(B,UI)
划分的时隙方式
ALOHA
系统图
。
图
3 (B,U I)
划分的时隙方式
ALOHA
系
统
Fig. 3 Time slot (B,UI) the way ALOHA system
1. 2
系
统分析
在
S-ALOHA
系
统中
,
信息分组的到达率为
G,
时隙长度为 τ
(
也可为单位时间
)。
U
的概率为
P
(1)
P
(1)
…P
(1)
,BI
的
概率为
[1 - P
(1)
]
[1 - P
(1)
]…[1 - P
(1)
]。
所以在一个循环体内
,
(U,BI)
概
率分布
P
(i,j)
= [P
(1)
]
i
[1 - P
(1)
]
j
其
中
i = 1,2,3,…; j = 1,2,3,…
。
因
为
∑
∞
i = 1
∑
∞
j = 1
P
(i,j)
=
P
(1)
1 - P
(1)
1 - P
(1)
P
(1)
= 1
所
以
P
(i,j)
= [P
(1)
]
i
[1 - P
(1)
]
j
= (Ge
-G
)
i
(1 - Ge
-G
)
j
在一个循环体里
,
成功的平均数量
N
U
=
∑
∞
i = 1
∑
∞
j = 1
i
(i,j)
=
1
1 - Ge
-G
41
吉
林 大 学 学 报
(
信 息 科 学 版
)
第
28
卷
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