毕业设计（论文）-网络多址接入协议的性能测试及分析.pdf

I题目网络多址接入协议的性能测试及分析学生姓名迟艳萍学号1213024064所在学院物理与电信工程学院专业班级通信工程专业1202班指导教师吴燕完成地点物理与电信工程学院通信工程实验室2016年6月5日II毕业论文设计任务书院(系)物理与电信工程学院专业班级通信1202班学生姓名迟艳萍一、毕业论文设计题目网络多址接入协议的性能测试及分析二、毕业论文设计工作自2016年1月10日起至2016年6月15日止三、毕业论文设计进行地点:物理与电信工程学院通信工程实验室四、毕业论文设计的内容要求：学习了解多址接入协议基本原理，多址接入协议的分类，多址接入协议的仿真模型，包括通信信道，包的产生，碰撞，业务量，吞吐量，平均传输时延等名词概念。在此基础上重点掌握学习CSMA协议，以及协议评价的性能指标以及这些指标之间的关系。在此基础上建立业务仿真模型，考察存在捕获效应和不存在捕获效应情况下的协议性能，最终得到反映协议性能的参数指标仿真图（业务量，吞吐量，协议延迟），并进行分析。最后撰写毕业设计论文（应包括方案设计、比较与论证、分析与计算、相关设计文件以及心得体会等）。进度安排：1月10日3月20日：查阅资料，完成外文翻译原文和开题报告。3月21日4月20日：完成系统整体框架设计，搭建系统，并提交中期检查报告。4月21日5月20日：完成参数设计并仿真，准备作品验收。5月21日6月15日：撰写、修改毕业设计论文，准备并完成答辩。指导教师系(教研室)系(教研室)主任签名批准日期接受论文(设计)任务开始执行日期学生签名III网络多址接入协议的性能测试及分析迟艳萍（陕西理工学院物理与电信工程学院通信工程专业，2012级02班，陕西汉中723000）指导老师：吴燕摘要本文介绍了多址接入协议的研究背景及其工作原理，对目前广泛研究的CSMA协议进行了详细阐述，CSMA协议工作原理比较简单，技术上易实现。论文主要分析了系统吞吐量、业务量及平均传输时延等网络协议性能指标，根据协议的工作过程，在Matlab平台构建仿真模型，对CSMA协议进行仿真得出了吞吐量与业务量及时延之间的关系，为提高协议性能提供了参考。关键词多址接入协议；CSMA；吞吐量；业务量；时延；IVPerancetestandanalysisofnetworkmultipleaccesscontrolprotocolsChiYanping(Grade2012Class2MajorofCommunicationEngineeringSchoolofPhysicsandTelecommunicationEngineeringofShaanxiUniversityofTechnologyHanzhong723003Shaanxi)Tutor:WuyanAbstractThispaperintroducestheresearchbackgroundandtheworkingprincipleofthemultipleaccessprotocolandmakesadetailedexpositionontheCSMAprotocolwhichiswidelystudiedatpresent.TheworkingprincipleofCSMAprotocolisrelativelysimpleanditiseasytoimplement.Thepaperhasmainlyanalyzedthethroughputtheamountoftrafficandaveragetransmitteddelay.AccordingtotheprocessofprotocolbuildssimulationmodelintheMATLABplatsimulatingtheCSMAprotocolobtainstherelationshipbetweenthethroughputtheamountoftrafficanddelayandprovidesareferencetoimprovetheperanceoftheprotocol.KeywordsmultipleaccessprotocolCSMAthroughputtrafficdelayV目录目录1.绪论.11.1课题背景.11.2CSMACD协议发展历史.11.3研究发展趋势.22.网络多址接入协议.32.1网络多址接入协议的概述.32.2网络多址接入协议的分类.32.2.1固定多址接入协议.32.2.2随机多址接入协议.32.3网络多址接入协议的特点.42.3.1固定多址接入协议特点.42.3.2随机多址接入协议特点.53.CSMACD协议.63.1CSMACD协议的三种算法.63.2CSMACD的工作原理和研究方法.63.2.1CSMACD协议数据发送过程.63.2.2CSMACD协议数据的接收过程.73.2.3CSMACD模型建立及分析.74.CSMACD协议的仿真.84.1通信系统模型.84.1.1数据包通信系统.84.1.2通信信道.84.1.3包的产生.94.1.4碰撞.94.1.5产生的业务量.94.1.6吞吐量.94.1.7平均传输时延.94.1.8协议评价指标.94.2CSMA协议仿真.10VI4.2.1MATLAB中M文件编程.104.2.2程序流程图.114.3CSMA协议的仿真及结果分析.125.总结与展望.14参考文献.15致谢.16附录A英文文献原文.17附录B英文文献翻译.22附录C源程序.26陕西理工学院毕业设计第1页共29页1.绪论1.11.1课题背景课题背景网络发展早期，通信基本上是以点到点或者网状的方式进行的，通过专门线路把每一个设备和其他设备连接起来从而实现通信。然而，当今网络业务迅速增长，网络结构日益复杂化，网络所能使用的通信资源也越来越紧缺。而且，节点用户之间需要交换信息，一个设备可以使用的物理连接的数量又是有限的，全部使用点到点的连接是不现实的。因此，共享通信资源的方式被广泛应用到网络架构中。共享方式有利于提高资源的使用效率，同时在用户之间保持高度的可连接性。多个设备之间共享传输媒介，需要有某种接入控制技术来保证正常通信，于是多址接入技术应运而生。在网络接入领域中，当两个或多个用户共享信道传输数据时，信息就会叠加，目的端就不能接收到正确的数据，发送端必须重新传输，直到被成功接收或超时丢弃。数据的再次传输造成了时间和信道资源的严重浪费，所以需要不断完善和发展多址接入技术，以提高网络性能。在多址接入协议中，多个用户共享同一物理信道，例如，在蜂窝无线通信系统中，信道被所有入网的用户共享。对无线通信来说，一个重要的目标就是有效地利用信道资源，多址接入协议的性能对此有很大影响。协议通常都是为了满足一定的目标而设计的。任何一种较好的协议都应该具有以下特点：第一，协议应该能够使多个用户共享同一传输信道，为此，协议必须要求用户按照一定的规则发出请求，协议控制分配给用户的信道容量。第二，协议能够以高效的方式分配传输信道，效率通常是以信道的吞吐量和传输时延来衡量的。第三，对每个用户来说，分配应该是公平的，即在不考虑具有优先权的用户的情况下，每个用户从平均意义上来说应该分配到相同的信道容量。第四，协议在处理不同的业务时，应该具有一定的灵活性。第五，协议应该是稳定的。这意味着当系统达到均衡时，一个新增的负荷应该使系统达到一个新的均衡点。对于不稳定的协议来说，新增的负荷将迫使系统迁移到更高的负荷状态，并且降低系统吞吐量。最后，协议应该具有鲁棒性。也就是说，当系统出现设备故障或条件改变时，不会引起协议的崩溃。当用户操作不当时，对系统中其他用户的影响应当尽可能的小。随着无线通信的不断普及，无线移动环境中的多址接入协议正在引起人们更多地关注。在此条件下，更应当关注协议的稳定性和鲁棒性。在无线移动环境中，多址接入协议面临如下四点挑战：隐终端问题，即两个或多个终端由于高山、建筑物等的遮挡而不在彼此的通信范围内，但却在同一基站的通信范围内；远近效应问题，远端的用户要比近端的用户信号有更大的衰落；无线信道中的多径效应和阴影衰落问题；由于相邻小区共用同一频率而导致的共道干扰问题。对于一种协议来说，同时处理好上述问题是比较困难的，甚至是相互冲突的，因此，只能在设计时进行折中处理，折中的程度取决于使用环境，以及特定的需求。设计开发新的协议或对已有协议进行改进，都需要对其性能进行测试和评价。测试的方法一般有两种：一种是在实际网络环境中进行测试，即实验；另一种是在计算机仿真环境下测试。在实际环境下测试能够得到相对真实的数据，但由于现代通信与信息系统往往规模很大，系统很复杂，构造高度相似的物理模型经济成本和社会成本都很高，因而进行对大规模的测试几乎是不可能的，而且其测试结果也往往难于重现。目前，计算机仿真的方法在通信网络技术的研究中得到了广的应用，因为其具有很好的可控制性、可重现性、可扩展性。利用比较成熟的计算机仿真软件，可以近乎真实地模拟网络环境，可以在各个层次上模拟网络的运行效果。因此，在仿真软件的帮助下，我们可以很好的模拟各种接入控制协议，并分析其性能。在此基础上，针对发现的问题提出理论改进，然后在仿真平台上实现改进理论，并通过性能比较分析来验证改进效果。这种低成本、高效率的计算机仿真的方式势必成为研究接入控制技术的首选。1.1.2CSMACD2CSMACD协议发展历史协议发展历史1968年美国夏威夷大学为了解决夏威夷群岛之间的通信问题开始一项研究计划取名aloha，随后开发了ALOHA协议。ALOHA协议和它的后继者CSMACD都是随机访问或者竞争发送协议。随机访问意味着对任何站都无法预计其发送的时刻；竞争发送是指所有发送的站自由竞争信道的使用权。Aloha协议或称Aloha技术、Aloha网，是世界上最早的无线电计算机通信网。它就是取自1968年美国夏威夷大学的那项项研究计划的名字。由该校NormanAmramson等人为他们的地面无线分组网陕西理工学院毕业设计第2页共29页设计的。在ALOHA协议中，网络中的节点不考虑当前的信道是忙还是闲，一旦有分组到达就独自决定将分组发送到信道。这种控制策略存在很大的盲目性，即使是稍有改进的时隙ALOHA协议，其最大吞吐量也只能达到0.368.若要进一步提高系统吞吐量，还需设法减少节点之间发送冲突的概率。为了解决ALOHA协议出现的缺点，CSMACD（CarrierSenseMultipleAccessCollisionDetect）即载波监听多路访问冲突检测方法在ALOHA协议的基础上诞生。CSMA是从ALOHA协议变出的一种改进型协议，它采用了附加的硬件装置，每个节点都能检测信道是否空闲，如果信道有其他分组在传输，则节点可以等到信道空闲后在传输，这样可以减少要发送的分组与正在传输的分组之间的碰撞，提高系统的利用率。1.1.33研究发展趋势研究发展趋势多址接入技术是网络技术的一部分，它的实现方法将直接影响到网络的吞吐量、时延特点、业务能力、用户支持数量、资源利用效率等多方面的性能，其研究基础是信息的数字传输和处理，其目标则是在网络中.提高通信资源的使用效率。可以将多址接入技术归纳为三大类：固定分配多址接入、随机（动态）分配多址接入和基于预约的多址接入。针对每一类多址接入技术，现已提出多种接入控制协议，这些协议具有各自不同的设计目标，可以适应不同的应用场合。固定分配多址接入，就是指通信资源的分配是预先完成的，且分配资源的大小在通信过程中不发生变化。固定分配接入实现的基本方式有时分多址（TDMA）、频分多址（FDMA）和码分多址（CDMA），也可以使用他们的组合。这些方案是在时域、频域或者码域先将信道划分成子信道，再将这些子信道固定地分配给用户，分配依据是预先获知的通信业务带宽和时延等要求。如果通信资源的分配可以随着用户信号传输要求的变化而变化，那么这种多址方式称为随机多址接入方式。基本的随机多址接入方式包括纯ALOHA、时隙ALOHA和CSMA等。ALOHA协议是一种完全随机接入的多址协议，逻辑信道的划分与分配调度合二为一，节点用户可以根据需要在任意时刻占用信道。如果两个以上或两个以上的用户在占用信道时出现时间上的重叠，则每个用户各自延迟一段随机时间后重新占用信道。如果对信息的传输时延没有限制，信息总可以通过随机延迟后的重发到达接收端。ALOHA协议适合应用于用户负载较低的场合，随着用户数量或发送信息量的增加，这种完全随机接入的协议将使信道重叠现象加剧，冲突概率增大，传输性能降低。为了提高ALOHA系统的性能，将所有各节点在时间上都同步起来，并将时间划分为一段段等长的时隙，不论帧在何时产生，它只能在每个时隙开始时才能发送出去。这样的系统称为时隙ALOHA系统。载波监听多路访问(CarrierSenseMultipleAccessCSMA)是进一步提高吞吐量的有效方式，是由ALOHA系统改进而成。这种方式适用于时延较小的总线网，现已普遍适用于局域网中。如用户信息从一个节点传送到另一个节点，首先要监听信道，根据信道的状态确定是否传送。“载波监听”指发送节点在发送信息帧之前，必须监听信道是否处于空闲状态。如信道忙，就暂不发送数据，从而减少了冲突的可能，提高了信道吞吐量；“多路访问”指多个用户共用一条线路，用户既可以接收其他节点的信息，用户发送的信息也可以被其他节点接收。基于CSMA的协议主要应用于短距离数据业务的多址接入，比如计算机局域网的互联接入等。多址接入技术的研究已经取得了相当的成果，许多成果已经得到应用，而且还在不断发展。进入21世纪以来，通信技术得到了飞速发展，极大地影响了人们的日常生活和工作，也有力地推动了经济社会、文化等诸多方面的发展，而这种发展反过来又对通信技术的发展提出了更高的要求，形成了更大的动力。现代通信技术发展的重要特征是数字化、网络化和高速（宽带）化。多址接入控制技术是网络传输平台技术的一个重要部分，它的实现方法将直接影响到网络的吞吐效能、时延特点、业务能力、用户支持数量、资源利用效率等多方面性能，其研究基础是信息的数字传输和处理，其目标则是在网络中提高通信资源的使用效率。因而，现代通信网络的多址接入技术正是围绕着通信技术的数字化、网络化和高速化这三个特征展开的，其发展过程展示了通信网络技术不断进步的过程。多址接入技术的发展有力的支持了现代通信网络技术的发展。同时，一些新兴的通信网络也对多址接入技术提出了更高的要求，成为多址接入技术研究不断走向深入的动力。陕西理工学院毕业设计第3页共29页2.网络多址接入协议22.1.1网络多址接入协议的概述网络多址接入协议的概述所谓多址接入协议（multipleaccessprotocol）就是在一个网络中，解决多个用户如何高效共享一个物理链路资源的技术。网络中的终端设备通过通信子网来访问网络中的资源，当多个终端同时访问一个资源时，就有可能发生信息的碰撞问题，从而使通信不能正常进行。这种共享链路常见的有卫星链路，蜂窝移动通信链路，局域网，分组无线电网。在卫星和蜂窝移动通信系统中，多个用户采用竞争或预约分配等方法向一个中心站发送信息中心站通过下行链路发送应答信息。在局域网中，一个用户发送所有用户都能收到，它是一个全通的网络。在无线电网络中，用户分布在一个很广的范围中，每个用户仅能接受到其通信范围以内的信息，任意两个用户之间可能经过多次中转才能相互连通，它是一个部分连通（或称多跳）的网络。如果多个用户同时发送时，就会发生多个用户的帧在物理信道上的相互重叠，使得用户无法正常通信。为了有效的进行通信，就需要有某种机制来决定资源的使用权，这就是网络的多址接入控制问题。22.22网络多址接入协议的分类网络多址接入协议的分类多址协议主要分为固定分配多址接入协议、和随机分配多址接入协议和基于预约方式的多址接入协议。所谓固定分配多址接入协议是指在用户接入信道时，专门为其分配一定的信道资源（如频率，时隙，码字或空间），用户独享该资源，直到通信结束。所谓随机多址接入协议是指用户可以随时接入信道，并且可能不会顾及其他用在占用这个信道。而基于预约的多址协议是指在数据分组之前，先进行资源预约。一旦预约成功，则在资源内可进行无冲突的传输。22.22.1.1固定多址接入协议固定多址接入协议固定多址接入协议又称为无争议的多址接入协议或静态分配的多址接入协议。固定接入的多址接入协议为每个用户固定分配一定的系统资源，这样当用户有数据传输时，就能不受干扰的独享分配的信道资源典型的多址接入协议有：频分多址（FDMA），时分多址（TDMA）码分多址（CDMA）及空分多址（SDMA）。频分多址接入FrequencyDivisionMultipleAccess(FDMA)是把信道的总频段划分为若干个等间隔的频道。并将频道分配给不同的用户，这些频道之间互不重叠。时分多址接入timedivisionmultipleaccess（TDMA）把时间分割成互不重叠的时段（帧），再将帧分割成互不重叠的时隙（信道）与用户具有一一对应关系，依据时隙区分来自不同地址的用户信号，从而完成的多址连接。码分多址接入CodeDivisionMultipleAccess（CDMA），CDMA技术的原理是基于扩频技术，即将需传送的具有一定信号带宽信息数据，用一个带宽远大于信号带宽的高速伪随机码进行调制，使原数据信号的带宽被扩展，再经载波调制并发送出去。接收端使用完全相同的伪随机码，与接收的带宽信号作相关处理，把宽带信号换成原信息数据的窄带信号即解扩，以实现信息通信。空分多址接入space-divisionmultipleaccess（SDMA），空分多址(SDMA)，也称为多光束频率复用。它通过标记不同方位的相同频率的天线光束来进行频率的复用。22.22.2.2随机多址接入协议随机多址接入协议随机多址接入协议又叫又竞争的多址协议。网络节点中的节点在网络中的地位是等同的，各节点通过竞争获得信道的使用权。竞争多址协议又可细分为完全随机的多址接入协议（ALOHA协议）和载波侦听型多址协议。ALOHA协议ALOHA协议是由美国夏威夷大学开发的一种网络协议。处于OSI模型中的数据链路层。它属于随机存取协议（RandomAccessProtocol）中的一种。它分为纯ALOHA协议和分段ALOHA协议。纯ALOHA协议(PureALOHA)：当传输点有数据需要传送的时候，它会向立即向通讯频道传送。接收点在收到数据后，会ACK传输点。如果接收的数据有错误，接收点会向传输点发送NACK。当网络上的两个传输点同时向频道传输数据的时候，会发生冲突，这种情况下，两个点都停止一段时间后，再次尝试传送。分段ALOHA(Slotted陕西理工学院毕业设计第4页共29页ALOHA):纯ALOHA协议有太多的传输冲突，分段ALOHA是纯ALOHA协议的一个改进。改进之处在于，它把频道在时间上分段，每个传输点只能在一个分段的开始处进行传送。每次传送的数据必须少于或者等于一个频道的一个时间分段。这样很大的减少了传输频道的冲突。载波侦听型多址接入协议（CarrierSenseMultipleAccess简称CSMA）CSMA是为了解决ALOHA协议的缺点，在ALOHA协议的基础上诞生的。CSMA是载波检测(侦听)多路访问.它检测其他站的活动情况据此调整自己的行为，分为以下几类:1-持续CSMA(1-persistentCSMA)，非持续CSMA，p-持续CSMA，带冲突检测的CSMA(CSMACD:CSMAwithCollisionDetection)。22.33网络多址接入协议的特点网络多址接入协议的特点22.33.1.1固定多址协议特点固定多址协议特点固定多址接入协议，是指通信资源的分配是预先完成的，且分配资源的大小在通信过程中不发生变化。固定分配接入实现的基本方式有时分多址（TDMA）、频分多址（FDMA）、码分多址（CDMA）和波分多址（WDMA），也可以使用他们的组合。这些方案是在时域、频域或者码域先将信道划分成子信道，再将这些子信道固定地分配给用户，分配依据是预先获知的通信业务带宽和时延等要求。固定多址协议接入为每个用户固定分配一定的系统资源，这样当用户发送数据时就能保证不受干扰的独享分配的信道资源。固定多址接入协议的优点在于可以保证每个用户之间的“公平性”，每个用户都分配了固定的资源和相同的延时。如果通信资源的分配可以随着用户信号传输要求的变化而变化，那么这种多址协议称为随机多址接入协议。基本的随机多址接入方式包括纯ALOHA、时隙ALOHA和CSMA等。CSMA是从ALOHA协议演变出的一种改进型协议，它采用了附加的硬件装置，每个节点都能够检测（侦听）到信道上有无分组在传输。如果一个人节点有分组要传输，它首先检测信道是否空闲，如果信道有其他分组在传输，则该节点可以等到信道空闲后再传输，这样可以减少要发送的分组与正在传输的分组之间的碰撞，提高系统的利用率。频分多址（FDMA）优点:频分多址优点在于经济实用。接收终端的接收者隔离复用信号取决于接收频带传送还是拒绝过滤操作，并进行适合于特定波段或波段组调制方式的解调检波过程。缺点：FDMA模拟传输是效率最低的网络，这主要体现在模拟信道每次只能供一个用户使用，使得带宽得不到充分利用。此外FDMA信道大于通常需要的特定数字压缩信道，且对于通信沉默过程FDMA信道也是浪费的。模拟信号对噪声较为敏感，并且额外噪声不能被过滤出去。应用：FDM应用于模拟传输，诸如双绞线话路传输、电缆接入、峰窝、无线电以及TV通信等。一直以来TDMA和CDMA都是结合FDMA共同作用，也就是说，特定频带可以独立用于其它频带的TDMA或CDMA信号。正交频分多址接入(OFDMA)是OFDM(正交频分复用)调制的一种形式，它针对多用户通信进行了优化，尤其是蜂窝电话和其它移动设备。时分多址（TDMA）优点:满足定时和同步的条件下，基站可以分别在各时隙中接收到各移动终端的信号而不混扰。同时，基站发向多个移动终端的信号都按顺序安排在预定的时隙中传输，各移动终端只要在指定的时隙内接收，就能在合路的信号中把发给它的信号区分并接收下来。缺点：时分多址只能用于数字通信系统。模拟话音必须先进行模数变换（数字语音编码）及成帧处理，然后以突发信号的形式发射出去。应用：应用在卫星通信系统、蜂窝移动通信系统以及为点到多点的光通信系统中码分多址（CDMA）优点:抗干扰能力强。这是扩频通信的基本特点，是所有通信方式无法比拟的。宽带传输，抗衰落能力强。由于采用宽带传输，在信道中传输的有用信号的功率比干扰信号的功率低得多，因此信号好像隐蔽在噪声中；即功率密度比较低，有利于信号隐蔽。利用扩频码的相关性来获取用户的信息，抗截获的能力强。缺点：在小区的规划问题上，虽然CDMA无需频率规划，但它的小区规划却并非十分容易。由于所有的基站都使用同一个频率，相互之间是存在干扰的，如果小区规划做得不好，将直接影响话音质量和使系统容量打折扣，因而在进行站距、天线高度等方面的设计时应当小心谨慎。其次，在标准的问题上，CDMA的标准并不十分完善。许多标准都仍在研究制定之中。如A接口，目前各厂家有的提供陕西理工学院毕业设计第5页共29页IS-634版本0，有的支持Is634版本。还有的使用Is-634TSB-80。因此对于系统运营商来说，选择统一的A接口是比较困难的。最后由于功率控制的误差所导致的系统容量的减少。应用：码分多址技术是二代和三代无线通信中的一种协议。二代通信中有电信的CDMA网络。三代通信中分别是TD-SCDMA、WCDMA和CDMA2000。其中TD-SCDMA属于时分双工（TDD）模式，是由中国提出的3G技术标准；而WCDMA和CDMA2000属于频分双工（FDD）模式，WCDMA技术标准由欧洲和日本提出，CDMA2000技术标准由美国提出。22.33.2.2随机多址接入协议特点随机多址接入协议特点随机多址接入协议可细分为完全随机多址协议和载波侦听型多址接入协议。无论哪种随机多址接入协议，主要关心两个方面的问题：一个是稳态情况下系统的通过率和时延性能，另一个是系统的稳定性。载波侦听型多址接入协议（CSMA）:CSMA协议是在ALOHA协议的基础上演变过来的，它附加的硬件装置，每个节点都能检测到信道上有无分组在传输。CSMA协议可分为非坚持型CSMA，1-坚持型CSMA和p-坚持型CSMA。它的缺点是网络负载增大时，发送时间增长，发送效率急剧下降。它的优点是：原理比较简单，技术上易实现，网络中各工作站处于平等地位，不需集中控制，不提供优先级控制。它的应用：广泛用于LAN中MAC子层是当前以太网LAN的基础。完全随机多址接入协议（ALOHA协议）:ALOHA协议分为纯ALOHA协议和时隙ALOHA协议两种。纯ALOHA协议的优点是：简单易行，缺点是：极容易冲突。时隙ALOHA协议的缺点：吞吐量低最大吞吐量只能达到约0.368，优点是：在信道高负载情况下，能更好地利用单个共享信道，应用：时隙ALOHA协议主要应用在手机网络通信中，而纯ALOHA协议因为其较高的频道冲突很少被使用，但是ALOHA的仍然是很多新的无线通信标准，比如Wi-Fi的理论基础。陕西理工学院毕业设计第6页共29页3.CSMACD协议3.13.1CSMACDCSMACD协议的三种算法协议的三种算法CSMACD是一种争用型的介质访问控制协议。是对ALOHA协议的改进，使之具有比ALOHA协议更高的介质利用率。它的另一个改进是，对于每一个站而言，一旦它检测到有冲突，它就放弃它当前的传送任务。换句话说，如果两个站都检测到信道是空闲的，并且同时开始传送数据，则它们几乎立刻就会检测到有冲突发生。它们不应该再继续传送它们的帧，因为这样只会产生垃圾而已；相反一旦检测到冲突之后，它们应该立即停止传送数据。快速地终止被损坏的帧可以节省时间和带宽。CSMACD控制方式有三种算法：（1）非坚持的CSMA：线路忙，等待一段时间，再侦听；不忙时，立即发送；减少冲突，信道利用率降低；（2）1坚持的CSMA：线路忙，继续侦听；不忙时，立即发送；提高信道利用率，增大冲突；（3）p坚持的CSMA：线路忙，继续侦听；不忙时，根据p概率进行发送，另外的1-p概率为继续侦听（p是一个指定概率值）；有效平衡，但复杂。3.3.22CSMACDCSMACD的工作原理和研究方法的工作原理和研究方法CSMACD的传输过程:控制过程包含四个处理内容：侦听、发送、检测、冲突处理（1）侦听：通过专门的检测机构，在站点准备发送前先侦听一下总线上是否有数据正在传送（线路是否忙）若“忙”则进入后述的“退避”处理程序，进而进一步反复进行侦听工作，若“闲”，则按照1坚持型算法决定发送。（2）发送：当确定要发送后，通过发送机构，向总线发送数据。（3）检测：数据发送后，也可能发生数据碰撞。因此，要对数据边发送，边检测，以判断是否冲突了。（4）冲突处理：当确认发生冲突后，进入冲突处理程序。3.3.2.2.1CSMA1CSMACDCD协议数据发送过程协议数据发送过程从图3.1可以看出：发送信息帧之前首先检查信道是否空闲，如果空闲，则发送信息，否则继续监听信道，一直等到信道空闲才能发送信息帧；在开始信息帧发送完成之后，还要继续监听信道，一旦监听到冲突，便立即停止发送，并向信道上发送一串阻塞信号，以便通知信道上的各个站点已发生冲突。主机等待发送数据监听信道信道空闲吗？发送信息帧等待延迟时间发生冲突了吗？发送完成了吗？结束发生拥塞信号尝试次数累加尝试次数太多了吗？采用后退算法延迟冲突过多中断传输否是否否是是否是图3.1CSMACD帧发送过程陕西理工学院毕业设计第7页共29页3.3.2.22.2CSMACSMACDCD协议数据的接收过程协议数据的接收过程总线上非发送站点总是处于监听总线状态。当总线上有信号活跃时，则所有的非发送站点启动帧接收进程。非发送站点接收帧的步骤如下：(1)判断帧是否接收完毕，如果接收没有完成，继续接收，直至接收完成。(2)检查帧的有效性及目的MAC地址，包括碎片帧(1.TherelationshipisalsocanbeobservedinEquation(13).SimilartotheFigure2linearrelationshipalsoexistontheconditionoft1G0.5.Thelargervalueoft1meansthattheabilityofsystemresponseislack.Italsorepresentsthatthetendencyofthemobilestationtodetectthechannelstatusislengthysuchthatthecollisionprobabilityamongtransmittedpacketsincreasesandthedurationoftimet2isnotmeliorated.InadditionthecollisionprobabilityamongthesetransmittedpacketsincreasesrelatedwiththeincrementofG.BecausethelargerthueofGisthemorethegeneratedpacketsofanymobilestationare.Thisphenomenonalsolengthensthemeandelaytimeofapacket.ThethirdworkrevealstherelationshipbetweenGandt1toobtainthemaximumthroughput陕西理工学院毕业设计第21页共29页perance.ThisresultcanbederivedfromEquation(16)andisdepictedinFigure6whent2=kt1ismade.Figure6alsoobviouslyrevealsthatthecurvewithalargerkvaluerequiresthesmallert1isrequiredtoobtainthecorrespondinglymaximumthroughputperanceatthesametrafficloadG.Basedontheassumptionoft2=kt1thefinalworkistoenucleatetherelationshipbetweenthesystemperanceandthueofGundermaximumthroughputperanceisobtained.FromFigure7wecaninferobviouslysignificantchangeinthecurveofthroughputperancerelatedtotrafficloadforthedifferentk.Figure8revealsthemeandelaytimeofapacketincreaseswiththeincrementofkatthesametrafficloadG.MoreoverthemeandelaytimeofpacketapproachestobeaconstantwhenGbecomeslarger.Thisphenomenoncanbeeasilyexplainedbecausethebuffersizetostorearrivedpacketsofanymobilestationhasbeenassumedtobeone.Thereforeallarrivedpacketsarediscardedwhenthebufferisfilled.Andthueoft1becomesshortentoobtainmaximumthroughputperanceforthemoreheavytrafficload.Thismeansthattheabilityofthebasestationtoprocessthereceivedpacketsandtobroadcastthechannelstatusisamostsignificantcriterioninthesystem.5ConclusionsInthispaperweproposedatoresolvethehiddenterminalproblemwhichistillexistedintheCSMAfamiliesforlongages.Theproposedisalsocanbeeasilyimplementedandappliedinwirelesscommunicationsystemwithouttoocomplexdesignofhardwarecircuitandprocessingprocedures.Capturephenomenonisnotconsideredhere.Thethroughputperancedecreaseswiththeincrementoft1orGfromtheaboveanalyseswhent1=t2isassumed.Inadditionthemeandelaytimeofapacketincreaseswiththeincrementoft1.Howevertherelationshipbetweenthethroughputperanceandt1orGapproachesalinearrelationshipwhent1G1时，曲线随t1的增加而指数倍增加。在方程式（13）中同样可以观察到此种关系。和图二类似，在t1G0.5条件下快速降低。较大的t1值表明缺乏系统响应能力。同样还表示移动站检测信道状态的趋势十分冗长，传输数据包之间碰撞的概率增加，t2的持续时间没有改善。此外，传输数据包之间碰撞的概率随着G的增加而相应增加。因为G的值越大，每个移动站产生的数据包就越多。这一现象也延长了数据包的平均延迟时间。第三部分揭示了为获得最佳吞吐性能，G和t1之间存在的关系。这一结果可由方程式（16）推导出来，当t2=kt1时，如图6所示。图6同样清楚地揭示了k值较大时，曲线需要较小的t1，以在相同交通负载情况下，获取相应最优吞吐性能。假定t2=kt1。根据这一假定，最终要阐明在获得最优吞吐性能的条件下，系统性能和G值的关系。由图7可推出，在不同的k值下，与交通负载有关的吞吐性能曲线发生了显著变化。图8揭示了在相同交通负载G下，数据包的平均延迟时间随着k值的增加而增加。而且，当G变得更大时，数据包的平均延迟时间接近常数。这一现象很容易解释，因为用来存储任一移动台发出的数据包的缓冲区大小假定为一。因此，当缓冲区饱和时，所有数据包都将被舍弃。为扩大交通负载，获得最优吞吐性能，t1的值变小。这意味着基站处理接受到的数据包、发布信道状态的能力是系统中最重要的评判标准。5总结本文提出了隐藏终端问题的解决方法，目前这一问题仍长期存在于CSMA系列中。这一方法，很容易在无线通信系统中实施和应用，无需设计太过复杂的硬件电路和处理过程。此处不考虑捕