多址协议的引入主要由于：① 当许多独
立用户要分享一个共同的资蔼【时，需要一个
规范协调其共事I@ 当多个独立实体需要与
连时，应有一个共同遵守的规范以确保有效
的与连接．我们称之为共事需求和与连需求．
多址协议有很多种，适用于不同的场合
和业务类型，网络翊分多址协议的种类，主要
基于以下三点考虑：
(1)不同的协议其带宽分配算法是静态
的还是动态的}
(2)执行分配算法的主体是单一的还是
共同参与的；
(3)算法对于业务的变化其适应能力如
何．
多址协议主要归纳为以下几大类：
L．固定分配多址接人协议
固定分配多址接入协议即信道带宽资源
事先静态地分配给各个用户．这种分配基于
事先对业务的统计，但分配本身与业务的进
行无关。或是说分配算莹不考虑业务变化情
况，无动态性．这种信道分配是通过各个甩户
霉詈戈譬：：}器轻薛蔫
一 3I 一
多址技术，多用于早期卫星通信系统中业务
量大且固定的干线中继线上。
2 随机接人多址协议
礴讥接入技术是将整个信遭资源作为一
个整体lIE所有用户随机争用。这种情况下．碰
撞在所难免，并会导致系统性能下降．实际工
作中。一般采甩划分时隙和载波监听的措施
来减少碰撞，这种协议主要包括 P—AL()-
HA，时隙 ALOHA和 CSMA。CSMA—CD
是为了适应计算机通信突发性字符终靖设计
的，对于那些用户致众多，但业务量却很小的
稀路由系统尤为适用。可在实现简单的基础
上，获取很小的信息时延。
3．集中控制的按■分配多址协议
集中控制按需分配是指信遭资源分配时
需要明确交互申请和分配信息，一般由某个
站充当中心站，接收申请信息并执行相应算
法，将资源分配蛤申请者．典型的倒子有
SPADA系统、轮询系统、 A系统．广泛
甩予卫星通信系统的非突发性业务．主要缺
点是信息延迟较大．
竞生
一，t攫
‘ 波与卫量重口’l’97年簟l一
维普资讯
0<)441
/万平| 多址协议中的预约方式
3('-br卢1 主主笠① 王一-矗@
本文简述丁卫至信i革中几件常用均预控制F址接入协议.并
对它们的性能进行丁比就.对适用业#类型边抒丁探讨.
关键饲=主主坐立旦旦主兰主主孟 .1'1 i/""'\ ~卢
/11/和俨jI
~"I- 1 }哺 的硬件电路完成的1.不需要专门的分配单元，
一、概 述 .)~吨~'1凡这种协议有两大代表 s时分多址技术和频分
多址技术，多用于早期卫星通情系统中业务
多址协议的引入主要由于 s①当许多独
立用户要分事一个共同的资源时，需要一个
规范协调其共事，②当多个独立实体需要与
连时，应有一个共同遵守的规范以确保有效
的与连接.我们称之为共事需求和与连需求.
多址拚议有很多种.适用于不同的场合
和业务类型，网络划分多址协议的种类，主要
基于以下三点考虑 g
(1)不同的协议真带宽分配算法是静态
的还是动态的，
(2)执行分配算法的主体是单一的还是
共同参与的 s
(3) 算法对于业务的变化其适应能力如
何.
多址协议主要归纳为以下几大樊 E
1. 固定分配多址接人佛议
固定分配多址接入协议即倍遭带宽资源
事先静态地分配给各个用户.这种分配基于
事先对业务的统计.但分配本身与业务的进
行无关，或是说分配算法不考虑业务变化情
况.无动态性.这种借遭分配是通过各个用户
s 2ZE EEZEEEZE EE革
量大且固定的干线中继线上.
2. 随机接人多址协议
随机接入技术是将董个倩遭贸11作为一
个整体供所有用户随机争用.这种情况下.碰
撞在所难免，并会导致系统佳能下降.实际工
作中，一般采用划分时隙和戴被监听的措施
来减少碰撞，这种协议主要包括 P-ALO
HA.时惊 ALOHA 和 - CD
是为了适应计算机遵信突发佳字符终端设计
的，对于那些用户数众多，但业务量却很小的
稀路由系统尤为适用.可在实现简单的基础
上，我取很小的情息时廷.
3.集中控制的镰幡分配多址协议
集中控制按儒分配是指倍遭资源分配时
需要明确交互申请和分配倍息，一般由某个
站充当中心站.接收申请信息并执行相应算
法，将资源分配给申请者，典型的例子有
SPADA 系统、轮询系统、SRMA 系统.广泛
用于卫星通信系统的非突发性业务.主要缺
点是情息延返校大.
-捕(幡温与卫矗温情)19叨单.1.
一一一一一-一一一一
分散控制的按需分配多址协议
分散控制按需分配方式与前一种类似，
在分配资源时都需要控制信息的交互，不同
之处在于这种方式适用予无主站结构，即只
有申请信息的交互．而不存在分配信息．系统
中各站都监听申请信息，根据同一算法排出
资源占用的顺序。这种方式由于其吞吐量和
信息时延的综合指标好于其它几种方式，被
广泛地用于综合业务的卫星网络和其它地面
无线网中。下面的讨论也以该方式为主．
二、预约式多址接入协议
预约式多址接入协议属于按需分配和
随机接入分配相结合的范畴，即信道分配需
要控制信息的交互，但并非所有信道资源都
需要申请，有些信道以随机接入方式工作，或
申请信息以随机接入方式占用信道。在分配
算法执行环节中，多采用分散控制方式．预约
多址协议结合了随机按入方式和按需分配方
式的长处，使萁具有以下优点t
(1)吞吐量较大且动态范围宽。
(2)信息延迟较小．
下面是几种常见的预约多址协议技术，
由于这样的结合型模式分析十分复杂，有些
只能通过模拟和统计的方法获得其性能曲
线，这里只介绍它们的基本原理，不涉及具体
的数学分析．
1．明确预约 ALOHA方式
该方案由Robert提出。协议中时间轴划
分为时隙。时隙分为两种：预约时隙和竞争时
隙。竞争时隙以s—ALOHA方式工作，用于
定算法算出发射时间进行发射，该方案适用
于大量短报文站和少量长报文站的系统．可
有效解决长短报文传输的兼容问题 。本方案
在美国的ARPA系统中使用，井在大西洋Is
— IV星上实验过。平均时延稳定，与s—
AI OHA系统的比较见图 1．
赶
鲁
0
鲁
瑚
彘
轲
0 1 0．2 0 3 0 4 0 5 0 6 O．7 0 8 0 9 1．0
信道利用率(分组／时鼠)
圉1 平均传输时延与信道利用率的关系
2．非明确预约方式
由Crowth提出的这种预约方式将时间
轴划分成时隙，若干时隙组成一帧．帧内的长
度必须大干卫星的传播时延。帧内所有空闲
或碰撞时隙都可被所有站随机争用(以s_-
ALOHA方式)．一旦用户对某时隙争用成
功，它就可以连续占用这一时隙，直到分组发
完为止。然后下一帧该时隙示闲，表示可被其
它站继续争用。可见．具有长报文的站会长期
垄断一些时隙。此方案适用于站数是未知致，
而且还在不断变化的情况，在少量用户有长
报文而其它用户为突发通信的情况下，帧效
率会显著高于S--ALOHA，当然同时会造成
大量突发用户的时延加利．只是个别长报文
用户收益．
3．先人先出预约方式
传短的数据分组以及预约信息，预约成功(未 由Robert提出的这种方案要求每个站
发生碰撞)的站在预约时隙无冲突地发送长 在发送数据前必须明确预约，而预约信息通
数据信息，为保证协议正常进行，要求每十站 过专门开辟的信道完成。同样，时间轴必须划
都监视信道中的成功预约分值，随时更新本 分为帧和时隙，帧长大于传输时延．不同之处
站的排队情况，而预约成功的站则要依据固 在于，每一帧的最后一时隙由V个子时隙构
t微波与卫量遁信}1997年第 1期 一 鲫 一
㈨ 喜三 蛐 ∞
维普资讯
4. 分触控剧的按需分配多址协议
分散控制按需分配方式与前一种类似.
在分配资源时都需要控制信息的交互.不同
之处在于这种方式适用于无主站结构 .np 只
有申请信息的交互，而不存在分配信息.系统
中各站都监昕申请信息.根据同一算法排出
资源占用的顺序.这种方式由于其吞吐量和
信息时延的综合指标好于其它几种方式，被
广泛地用于综合业务的卫星网络糊其它地面
无线网中.下面的讨论也以该方式为主.
二、预约式多址接入协议
预约式多址接入协议属于按需分配和
随机接入分配相结合的范畴.即信道分配需
要控制信息的交互，但并非所有信道院源都
需要申请.有些信道以随机接入方式工作.或
申请信息以随机接入方式占用信道.在分配
算法执行环节中.多采用分散控制方式.预约
多址协议结合了随机接入方式和按需分配方
式的-1<:处.使其具有以下优点，
(I)吞吐量校大且动态范围宽.
(2) 信息延返校小.
下面是几种常见的预约多址协议技术，
由于这样的结合型模式分析十分复杂，有些
只能通过模拟和统计的方法获得其性能曲
线，这里只介绍它们的基本原理.不涉及具体
的数学分析.
1.明确预约 ALOHA 方式
该方案由 Robert 提出.协议中时间铀划
分为时隙.时隙分为两种z预约时隙和竞争时
隙.竞争时隙以 S-ALOHA 方式工作，用于
传短的数据分组以及预约信息，预约成功(未
发生碰撞)的站在预约时隙无冲突地发送民
数据信息，为保证协议正常进行，要求每个站
都监视信道中的成功预约分值，随时更新本
站的排队情况.而预约成功的站则要依据固
定算法算出发射时间进行发射.该方案适用
于大量短报文站和少量民报文站的系统，可
有效解决长短报文传输的兼容问题.本方案
在美国的 ARPA 系统中使用，并在大西洋 IS
-IV 星上实验过.平均时延稳定，与 S
AJOHA 系统的比较见困 1.
1000 •
" 500 • 量;E 2DOL
El四
周 50
4民z 20
10
单倩量
R 且.DHA.
\
、
\双由量
R- Al正lHA
1. 0
信量利用率{分组/时隙}
图 1 平均传输时延与倩遭利用辜的关系
2. 非明确预约方式
由 Crowth 提出的这种预约方式将时间
铀划分成时隙.若干时隙组成一帧，帧内的长
度必须大于E星的传播时延.帧内所有空闲
或碰撞时隙都可被所有站随机争用(以 S-
ALOHA 方式).一旦用户对某时隙争用成
功.它就可以连续占用这一时隙，直到分组发
完为止.然后下一帧该时隙示闲.表示可被其
它站继续争用.可见.具有长报文的站会长期
垄断一些时隙.此方案适用于站数是未知敬，
而且还在不断变化的情况.在少量用户有快
报文而其官用户为突发通信的情况下，帧放
事会显著高于 S-AU】HA. 当然同时会造成
大量突发用户的时延加剧，只是个别民报文
用户收益.
3. 先人先出预约方式
由 Rohert 提出的这种方案要求每个站
在发送数据前必须明确预约.而预约信息通
过专门开碎的信遭完成.同样，时间铀必须划
分为帧利时隙，帧-1<:大于传输时延.不同之处
在于，每一帧的最后一时隙由 V个子时隙构
4微擅与卫矗通信11997 革.1 翩 -)!I一
成，这V个子时隙就是系统的预约信遭。预
约信道的大小(即V的大小)可动态调整，对
预约时隙占甩一般采甩 s—AL．0HA方式，
也可采甩TDMA方式．该预约机髑要求每
个站实时篮听璜约信道的预约信息。并根据
先八先出算法算出自己的效据分组摊在什么
位量．为保证璜约信息同步和新入网站能迅
速开始工作．每个站在效据分组中耍发送自
己算好的信息队列，即使莱站失步也能及时
纠正．该方案可获得稳定的平均信息时延和
较高的吞吐量，但实现较复杂．须垒阿同步且
各站成本膏．圈 2是先入先出预约方式与
TDMA和 s_一AL0HA的吞吐量性能比较．
尊遗吞吐t
_
圈 2 先八先出疆埘方式与TDMA
和S--ALOP,A的番吐量性糍比较
4．曩环磺约方式
由Binder提出的这种方案实质上是基
于固定分配 TDMA的一种改进形式．由几
个时隙组成一帧，时晾致大于站致．每个站固
定分配一个时晾，但所有空阐时晾可以被所
有分配的站占用．为让其它站了■本站的时
隙占用状态。每个站在其敦据分组头捎带本
Algorhhm)分配帧中的未用时隙。若某节点
要恢复占用的时隙，只须发一分组，故意造成
一 次冲突，即表明对本时隙的重新占用，且该
节点可以边发送效据分组，边完成队列表的
捕获与同步。这种方案平均信息时延小，吞吐
量也较大，是一种自适应11)MA方式。适甩
于节点不多，业务量超伏不大的干线阿中．
5．碰擅磺约方式
在碰撞预约方案(RUC)中，信道教划分
为时隙．时隙又可划分为两类效据子时隙和
控髑子时隙．效据子时隙甩于发送效据信息，
有两种状态t竞争状态和璜约状态。致据子隙
一 般处于竞争状态。可供所有甩户 S—
A“)HA方式接入，一旦发生碰擅．则自动转
入爱约状态，直到预约的分组队列全部发送
完后，再转入竞争方式．为使协议正确运行，
甩于确定甩户身份及信息队列长度的信令信
息，必须保证无冲突正确传籍．因而必须设计
灵活的算法使得控制信遭可辜地分配给冲突
甩户．该协议中．每帧所需的控棚分组的归一
化值 是个重要参致． 值越大．系统性能
越差．田 3表明了碰擅璜约多址与时隙
AL0HA以及纯预约方式的性能比较。
i
芎
鐾
采
倌重期用事 一
站的信息队列情况．这样．所有站都存有网内 田3 硅擅弭均多址与时嚏AL0HA
节点的队列表，根据循环算法(Round Robin 以夏纯璜约方式性瞻比较
一 柚 一 l蕾童年卫■j信)1997年一1■
维普资讯
Algorithm)分配帧中的未用时隙.若某节点
要恢复占用的时隙，只须发一分组，故意造成
一次冲突，即表明对本时隙的重新占用，且该
节点可以边发送数据分组.边完成队罚j袤的
捕获与同步.这仲方案平均信息时延小，吞吐
量也段大.是一种自适应 TDMA 方式，适用
于节点不多.业务量超伏不大的于钱网中.
在碰撞预约方案(RUC)中，情道被划分
为时隙，时隙又可划分为两类数据子时隙和
控制子时隙.数据子时隙用于发送数据信息，
有两种状态 t竞争状li:和预约状态.数据子隙
一般处于竞争状态，可供所有用户以 S
AIρHA 方式接入.一且发生碰撞，则自动转
入预约状态.直到预约的分组队列全部发送
完后，再转入竞争方式.为使协议正确运行.
用于确定用户身份及信息队列侯度的情令信
息.必须保证无冲突正确传输，因而必须设计
灵活的算法使得控制情遭可靠地分配给冲突
用户.该协议中，每帧所髓的控制分组的归一
化值 e是个重要参数.ø值越大，系统佳能
越差，因 3 襄嚼了碰撞预约多址与时隙
ALOHA 以及纯预约方式的佳能比枝.
5. 碰撞预约方式
威，这V 个子时隙就是系统的预约倍遭.预
约倍遭的大小〈即 V 的大小〉可动态调整，对
预约时隙占用一般来用 S-ÁLOHA 方式，
也可采用 TDMA 方式.该预约机制要求每
个姑实时监听预约僧道的预约情息，并根据
先入先也算法算出自己的数据分组排在什么
位置.为保证预约信息网步和新入网站能迅
速开始工作.每个站在数据分组中要发送自
己算好的情息队JlJ.即使某站失步也能及时
纠正.该方案可获得稳定的平均情息时延和
技高的吞吐量，但实现校复杂，须全网同步且
各站成本高.因 2 是先入先出预约方式与
TDMA 和5-ALOHA 的吞吐量佳能比段.
1. ,
_50
1. .←W-5OKPI望
1.'
1. 0
..,
。. •
2v
圃量圈埋霄
MW
D. •
飞
..2
o
一100
队 a(). 2 (). 4 Ð.6
菌矗吞吐量 时If:ALI主恤
50
llA矗幢矗匾醋.时噩盹为12.个分植挺直
4. 幡环预约方式
由目nder 提出的这种方案实质上是基
于固定分配 TDMA 的一种改造形式.由几
个时隙组成一帧，时隙数大于站数，每个姑固
定分配一个时隙.但所有空闲时隙可以被所
有分配的姑占用，为让其它站了解本站的时
隙占用状态.每个站在其数据分组头捎带本
站的信息队列情况，这样，所有站都存有网内 固 s 噩值班约$址与时隙ALOHA
节点的队列襄.根据循环算法(Round Robìn t(Jl纯青的方式佳能比艘
-41- ca撞与卫矗通筒)lt91年.IM
.., ~>Ð..f， 0. 6
帽量调用事 f
2D
10
o
《量
EV
翩翩E国朵'响
MF
圄 2 先入先出冒的方式与τ'DMA
鞠 S-AL饵iA的香吐量佳能比较
6．优先权驱动按需分配算法(PODA)
在卫星信道中，PODA算法试图结台上
面几种方案的优点，使自己达到综合指标最
优。它既提供明确预约又提供非明确预约，这
样该算法既适用于流式业务又适用于分组业
务。它还同时提供集中控制与分散控制方式，
使系统具有很强的健壮性(Robustness)。在
该方式中，时间轴披划分成帧．帧又划分成两
种基本子帧；信息子帧和控制子帧。信息子帧
传送信息分组和分组流，同时也捎带控制信
息如预约和确认。控制子帧只传邵些在一个
信息子帧周期中传不了 控制信息．为实现
分散控制和集中控制的结合，信息子帧被分
为两部分 ，分别携带这两种控制信息。对控制
子帧的占用可根据实际情况采甩不同的方
式，在用户致不大的情况下．采用固定分配方
式(TDMA)．若站数多且各站控制 信息少．
可用S—ALOHA方式．控制子帧与信息子
帧的边界不是固定的．可根据需要改变。分散
控制是通过各站监视预约信息并随时记录和
更新所有站的排队状况，然后采取先入先出
算法或循环算法算出信道占用队列。集中分
配方式一般用于对时延性能要求不高的场
合。该方法集中体现了预约方式的灵活性，能
适用于多种业务类型，获得较好性能．但实现
起来过于复杂，导致设备成本上升。
三、结 论
通过前面的讨论我们可以看出预约方式
的多址接入协议与传统的固定分配多址、随
机接入多址相比有着不可比拟的性能表现，
它的两大优点 吞吐量动态范围大和相对小
而稳定的信息时延．对卫星通信系统尤为适
用。由于信息产业的飞速发展t各种新型的业
务不断出现．卫星通信正向着能容纳多种业
务的综合业务网发展，可以说只有预约协议
方式才能真正动态地将卫星信道资源最佳分
配给同中的不同业务。预约式多址接入协议
必将有着广阔的应用前景。
(上接第37页)
到CTS，则发进数据．待收到接收方应答．通
信完毕．反之重传。
Z．HIPERLAN标准
欧洲从另一个不同角度来开发无线局域
同。先建立一个标准，然后依照标准开发产
品。ETSI已经征求辅助技术委员会REs1O
建立一个高性能无线局域网(HIPERLAN)
标准。由于HIPERLAN注重提高速率，这就
要占用大量专用频段，该委 员会得到两个颁
段，它们为 5．1z～5．3OGHz和 17．1～l7．3
GHz。用于开发 mPERLAN．以最小有用比
特率20Mblt／s的速率在50 m范围内实现点
到点的致据通信。
六、结束语
无线 LAN有着相当可观的应用前景。
现在和今后的无线LAN产品将围绕用电池
作能源的膝、掌上机和笔记本式计算机。通过
一 块 PCMCIA卡与便携机相连．就能使该机
工作于无线LAN上．在未来通信中．数据传
送的比倒越来越大，无线LAN则成为
家族中的新成员．近年迅速蠕起的多媒体技
术，集声音、图象、致据为一体．也将影响无线
I．AN朝此方向进展。随着标准的确立，各种
技术同题的解决，如漫游、功率控制、速率及
吞吐量等．一定对无线 LAN的进展产生积
极作用。在未来的市场竞争中，价格将是一个
决定因素，随着专用大规模芯片的开发和应
用，无线 LAN将显示出更大的市场吸引力。
‘微波与卫星通信)1997年奠 1期 一 ．1一
维普资讯
6. 优先权驱动按需份配算法(PODA)
在卫星倩遭中 .PODA 算法试图结合上
面几种方案的优点.使自己达到综合指标最
优.它既提供明确预约又提供非明确预约，这
样该算法既适用于流式业务又适用于分组业
务.它还同时提供集中控制与分散控制方式，
使系统具有很强的健壮性 (Robustness).在
该方式中，时间轴被划分成帧，帧叉划分成两
种基本子帧 E信息子帧和控制子帧.信息子帧
传送信息分坦和分组流.同时也捎带控制信
息如预约和确认.控制子帧只传那些在一个
信息子帧周期中传不了你控制信息.为实现
分散控制和集中控制的结合，信息子帧被分
为两部分，分别携带这两种控制信息.对控制
子帧的占用可根据实际情况采用不同的方
式，在用户数不大的情况下，采用固定分配方
式 (TDMA) ，者站数多旦各站控制信息少.
可用 S-ALOHA 方式.控制于帧与信息子
帧的边界不是固定的，可根据需要改变.分散
控制是通过各站监视预约倩息并随时记录相
更新所有铀的排队状况，然后采取先入先出
算法或循环算法算出信道占用队列.集中分
配方式一般用于对时延佳能要求不高的场
合.该方法集中体现了预约方式的灵活性，能
适用于多种业务类型，族得较好性能，但实现
起来过于复杂.导致设备成本上升.
三、结论
通过前面的讨论我们可以雹出预约方式
的多址接入协议与传统的固定分配多址、随
机接入多址相比有着不可比拟的性能表现，
它的两大优点 s吞吐量动$范围大和相对小
而稳定的信息时廷，对卫星通信系统尤为适
用.由于倩息产业的飞速发展，各种新型的业
务不断出现，卫星通信正向着能容纳多种业
务的综合业务网发展，可以说只有预约协议
方式才能真正动态地将卫星倍道资源最佳分
配给网中的不同业务.预约式多址接入协议
必将有着广阔的应用前景 •
..，..哑~唱恤þ阳串串串哩w!wiWf'e晴-巾巾哩-叫'喝醉申砸-喃喃阳帽-咽圃-回如唱~
(上接第 37 页)
到 CTS.~J发递数据，待收到接收方应窑. iili
倍完毕，反之重传.
2. HIPER LAN 标准
欧洲从另一个不同角度来开发无线局域
网.先建立一个标准，然后依照标准开发产
晶. ETSI 已经征求辅助技术委员会 RES10
建立一个高性能无线局域网(HIPERLAN)
标准.由于 HIPERLAN 注重提高速率，这就
要占用大量专用频段.该委员会得到两个顿
段，它们为 GH. 和I7-
GHz. 用于开发H!PERLAN，以最小有用比
特率 20Mbit/. 的速率在 50m 范围内实现点
到点的数据通信.
六、结束语
无线 LAN 有着相当可观的应用前景.
现在相今后的无线 LAN 产品将围绕用电池
作能源的膝、掌上机和笔记本式计算机.通过
一块 PCMCIA 卡与便携机相连，就能随该机
工作于无线 LAN 上.在未来通倩中，数据传
送的比例越来越大，无线 LAN 则成为陀S
家族中的新成员.近年迅速崛起的多罐体技
术.集声音、图象、数据为一体，也将影响无线
LAN 朝此方向进展.随着标准的确立，各种
技术问题的解决，如漫游、功率控制、速率及
吞吐量等.一定对无线 LAN 的进展产生积
极作用.在未来的市场竞争中，价格将是一个
决定因素，随着专用大规模芯片的开发和应
用，无线 LAN 将显示出更大的市场吸引力.
4徽革与卫星通信>1"7竿篝 1M - 41 一
