1.2 多址技术

随着网络通信业务的迅速增长，网络结构加速复杂化，所能使用的通信资源也越来越紧缺，多址通信技术在现代通信的作用日益凸显。在卫星通信、计算机通信、移动通信等通信网络中，当多个用户通过一个公共信道与其他用户进行通信时，就必须采用某种多址技术进行调度和协调。

多址技术是允许2台或2台以上的发射机通过一个公共信道发送信号的技术。多址通信技术在现代通信中起着重要作用。在卫星通信、计算机通信、移动通信等通信网络中，当多个用户通过一个公共信道与其他用户进行通信时，就必须采用某种多址技术。图1-3是多址信道的一个简单模型，该网络由n个用户和一个中心台组成。

按照信道资源的共享方式，多址技术通常又可以分为三类：固定分配多址（FAMA）、按需分配多址（DAMA）和随机多址，三者的关系如图1-4所示。

1.固定分配多址

3种基本的固定分配多址技术是频分多址（FDMA,Frequency Division Multiple Access ）、时分多址（TDMA,Time Division Multiple Access）、码分多址（CDMA,Code Division Multiple Access），它们的原则是把共享的一条信道分割成若干个相互独立的子信道，每个子信道又分配给一个或多个用户专用，适用于比较连续的流业务。因而所有面向语音的无线网络都采用固定分配信道接入或信道分割技术。固定分配方式的缺点是传输速率受到限制，并且基站的复杂性比较高。

2.按需分配多址

轮询接入的原则是网络按某种循环顺序询问每个终端是否有数据发送，如果有则立即发送，否则网络立即转向下一个终端，这样各站点可以公平地获取信道访问控制权。轮询接入适用于通信业务量随时间变化，且这种变化又难以预测的情况。

按需分配方式为用户保留了带宽，网络根据用户业务的数据长度分配带宽，当用户处于空闲期时，分配给该用户的带宽将被分配给其他用户。通过按需分配带宽，网络带宽资源的浪费减少到最少，也没有因为资源竞争而浪费的带宽以及由此产生时延，从而可以达到很高的信息吞吐率，如轮询多址服务排队系统。

3.随机多址

随机竞争接入方式一般使用公共信道，如果终端需要发送信息，它以某种方式竞争信道的使用权，得到后立即发送。所有终端都能接收到发自任何终端的信息，如果检测到是发给自己的就接收，否则抛弃。

随机接入方式是一种竞争方式的多址接入技术，适合于强突发性业务。

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（Random Access Protocol）中的一种，分为纯 ALOHA 协议和分段 ALOHA 协议。ALOHA 协议的思想很简单，只要用户有数据要发送，就尽管让他们发送。当然，这样会产生冲突从而造成帧的破坏。但是，由于广播信道具有反馈性，因此发送方可以在发送数据的过程中进行冲突检测，将接收到的数据与缓冲区的数据进行比较，就可以知道数据帧是否遭到破坏。同理，其他用户也是按照此过程工作。如果发送方知道数据帧遭到破坏（即检测到冲突），那么它可以等待一段随机长的时间后重发该帧。

由于以上从不考虑其他站点当时干什么，因而冲突的可能性非常高，这样信道利用率非常低，而且全网需要定时和同步，设备比较复杂。这种情况导致了载波监听多路访问（CSMA）技术的产生。

对于CSMA技术，当站点要传输数据时候，先监听信道，如果信道忙，则不传输数据，继续监听信道；如果信道空闲，则传输数据。虽然有监听信道的功能，但是2个站点同时发送数据，同样也会产生冲突。考虑到这种情况，发送站点在发送完后要等待一段时间以等待确认帧，要把来回传输的最大时间和发送确认的站点竞争信道的时间考虑在内，如果没有收到确认，发送站点认为发生了冲突，就重发该帧。CSMA技术的最大信道利用率要远远高于ALOHA或分槽 ALOHA，其最大利用率由帧的平均长度和传播时间决定；帧越长或传播时间越短，利用率越高。

根据具体的监听发送策略，可将CSMA分为以下5种协议（如图1-5所示）。

非坚持CSMA（Non-Persistent CSMA）：当要发送帧的设备侦听到线路忙或发生冲突时，会随机等待一段时间再进行侦听；若发现不忙则立即发送。此策略可以减少冲突，但会导致信道利用率降低，以及较长的延迟。

1-坚持 CSMA（1-Persistent CSMA）：当要发送帧的设备侦听到线路忙或发生冲突时，会持续侦听；若发现不忙则立即发送。当传播延迟较长或多个设备同时发送帧的可能性较大时，此策略会导致较多的冲突，导致性能降低。

P-坚持CSMA（P-Persistent CSMA）：当要发送帧的设备侦听到线路忙或发生冲突时，会持续侦听；若发现不忙，则根据一个事先指定的概率p来决定是发送帧还是继续侦听（以p的概率发送，1–p的概率继续侦听）。此种策略可以达到一定的平衡，但对参数p的配置会涉及比较复杂的参量。

P-检测 CSMA：该算法是由赵东风教授提出，该算法主要是针对信道的忙碌状态。用户站点侦听信道的闲忙状态，假如侦听到信道在空闲状态，以概率1立即发送数据；若侦听到信道忙，用户站点以p概率侦听信道的状态，等到信道空闲再发送。

二维概率CSMA协议：用户在发送信息分组前对信道状态进行侦听，如果信道处于空闲状态，那么用户以概率P1决定发送信息分组；如果信道处于忙状态，那么用户以概率P2持续侦听信道状态直到信道空闲。这样的控制策略，通过 P1和 P2的双重选择，能够使系统在不同负载的情况下利用率和吞吐量都有保证。

在此5种协议的基础上还可以进行改进，增加一些其他功能，而使改进的协议具有某种特殊的功能，如监控等。这些内容会在后面的部分讲到。