多址协议的研究及其在无线短数据网中的应用
吴锦龙 胡建平
(北京航空航天大学计算机系，北京 100083)
E-mail： l@hhhs．buaa edu cn
摘 要 文章首先奇折 了无线通信 系统 申的 多址协议技 术，然后针 时无线短数据同，提 出了一种动态的预 妁 多址 协议 模
型(DRMAPM)，解班 了无线短数据 网申多用户共卓信 遭的问题
关键 词 多址协议 无线通 信 网络
文章编号 1002—8331-(2O02)04—0163~2 文献标识码 A 中圈分类号 TP393
M ultiple Access Protocol Research and Applying in
the W irdess Short-Data Network
Wu Jinlong Hu Jianping
(Department of Computer Science and Technology，Bering University of Aeronautics
and Astrolmuties。Bering 100083)
Abstract： ['his paper firmly summarizes the Multiple Access Protocol technology
．
in wireless cammunications．then a
D憾amic R￡seneel Multiple Ac~PSS pratocal Model(DRMAPM)is given aiming at the Wireless Short-Data Network，which
salves the problem of channel sharing in the Wirdess Short—Data Network．
Keywords：Multiple Access Prolocol，Wireless~mmunieation，Netv,ork
1 引言
最近几年．计算技术和数字移动通信技术有了长足的发
展=其中包括小蜂窝技术和数据、话音终端技术 未来通信的前
景是在单个网络体系中，能够在诸如室内、室外、公共场所 、居
民区 办公室 jl厂等环境中，提供有效的整体服务。诱人的目
标将是使任何人在世界的任何地方都能与其他人通过便携式
设备进行话音 、数据和影像的通信交流。而达到此目标的第一
步就是提供适当的多址访问协议，使多个用，1充分共享有限的
通信贷源。除丁物理层传输外 蜂窝移动通信的关键在于如何
有效的协调传输以使系统吞吐量最大，充分利用分配带宽和蜂
窝设备的最小花费获得最佳的运行效果。多址 议可视为一个
人旧地域分布的用户其争一千通讯设备的能力，实际上它正是
一 种将用户选址到町用詹道和有效地分配信遭容量绪用户的
控制与共享算法 千系统的性能与多址协泌，即局域网彳r质
访问和控制协议fMAC)，有着固有 的联 系 逭一协议影响到系
统内的通信流 一个教率高的多址方法能够 自适应于多级输
人流量，提高数据 吐量，同时叉能保持高的传输质量和低延
迟
2 无线短数据网
无线短数据网是一种无线个人通信系统。
个人通信是指任何人在任何时间、任何地点实现 与任何人
进行任何种类的信息交换。个人通信的实现将彻底摆脱通信对
^们的束缚。体可以自由地生成你昕需要的业务 ，并且 休自
己的方式来享川这些业务。同时很重要的一点可能是使 自己免
受不必要的通信刳扰
目前对个人通信网的定义是 ：个人通信网=无线或有线接
^+固定的宽带传输网络+智能网 无线个人通信系统是一十
立体的通信网络，天上有卫星通信系统的覆盖，地上有各种大
小的蜂窝系统覆盖。无线个人通信系统包括：低功率的系统、蜂
窝系统 、移动卫星系统、寻呼系统 、无线 IAN／WAN、无线用户
环路、专用移动通信系统等IS。
在无线短数据网中，整个服务覆盖区被分成若干小区，每
个小区包含一个基站用于接收和发送短数据信息，在同～小区
内采用同播方式，小区与小区之间则可进行频率复用。在每个
小区中，多个移动或固定用户和一个基站通信，从用户站到基
站的上行链路是多用户共享一个信道资源，所以需要一种多址
协议来协调用户之间的通信。无线短数据网络结构如图 l所
示
圈 1 无线垣敛据网络结构幂意 圈
3 多址协议概述
多址协议的引人主要由于：当许多独立用户要分享一个共
同的资源时，需要一个规范 调其共享；当多个独立实体需要
々连时 应有一个共同遵守的规范 确保有效的与连接。这里
称之为共享需求和 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 网络划分多址协议的种类，主要基于以下
三点考虑：
(I)不同的协议其带宽分配算法是静态的还是动态的；
计算机工程与应用 200互4 163
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(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夫类：
(1)固定分配多址接人协议
固定分配多址接人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．或是说分配算法不考虑业务变化情况．无动
态性。这种伽议有两太代表：时分多址技术(TDMA)和频分多
址技术 (FDMA)
(2)随机接人 多址协议
随机接^技求是将整个信道资源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．并会导致系统性能下
降。实际工作中，一般采用划分时隙和载渡监听的措施束减少
碰撞，这种协议主要包括纯 L^0H^ ，时隙 AI OHA和 CSMA。
(31集中控制的按需分配多址协议
集中控制按需分配是指信道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．接收申请信息井执
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
(4)分散控制的按需分配多址饰议
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， 同之处在于这种方式适用于无主站结
构 ，即只有申请信息的交互，而不存在分配信息 系统中备站都
监昕申请信息，根据同一算法排出资源占用的顺序
4 预约式多址接入协议
预约式多址接人协议属于按需分配和随机接^分配相结
台的范畴，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 ，有些惰道以随机接人方式工作 ，或申请信息
以随机接人方式 占用信道 预约多址协议结合了随机接^方式
和接需分配方式的长处．使其具雨以下优点：
(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，由于这样的结台型
模式分析十分复杂 ，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 Al HA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。竞争时腺以s—AL0HA方式工
作，用于传短的数据分组以及预约信息，预约成功(束发生碰
撞)的站在预约时隙无冲突地发送长数据信息。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 容闷题 。
(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 晾 ，若
干时踪组成一帧 ，帧内的长度必须太于卫星的传播时延。帧由
所有空闲或碰撞时隙都可被所有站随机争用(以 S一 HA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
踪，直到分组发完为止。然后下一帧浚时隙空闻，表示可被其它
站继续争用。
(3)先人先出预约方式
由Robert提出的这种方案要球每个站在发送数据前必须
164 2002．4计算机工程与应用
明确预约，而预约信息通过专fq开辟的信道完成。同样，时间轴
必须捌分为帧和时隙，帧长大于传输时延。不同之处在于，每一
帧的最后一时隙由 个子时隙构成，这 个子时辣就是系统
的预约信道。预约信道的太小(即V的太小)可动态调整，对预
约时隙占用一般采用 S-ALOHA方式，也可采用TDMA方式。
(4)碰撞预约方式
在碰撞预约方案(RUC)中，信道被划分为时隙，时隙又可
划分为两类数据子时隙和控制子时踪 数据子时隙用于发送数
据信息，有两种状态：竞争状态和预约状态 数据于时晾一般处
于竞争状态，可供所有用户以 S—ALOHA方式接人，一旦发生
碰撞 ，剐自动转^预约状态，直到预约的分组 队列全部发送完
后，再转人竞争方式。
5 动态预约多址协议模型IDRMAPM)
TDMA方式在太业务最下可以得到很高的信道吞吐率，但
当用 数增加时信息延时会很大，同时在小业务量情况下信道
利用率会很低；而 Slotted—ALOHA方式具有较好的适应突发性
业务的能力，但无法承受太业务鼍传输，其最大的信道吞吐率
仅为 I／e=0 36。所以作者提出了一种动态的预约多址协议模型
(DRM P^M)，它综台 TDMA和 S-ALOHA的优点，能够适应
无线短数据网的业务量多变性，在信道吞吐率和信息延时方面
都得以提高，满足了系统的要求
围 2 动恋预约多址协议模型 《DRMAPM
如图 2所示、DRMAPM中上行信道划分成两部分时隙，前
面部分为TDMA时隙 后面部分为S—AL0HA时隙。时隙的开
始由上行链路传送的帧中的同步信息来提供，同时下行帧还给
出了TDMA时隙个数和S-ALO HA时隙个数信息。TDMA时隙
和 s—AL0HA时隙的太小不等 TDMA时隙用来传输短数据信
息；s—AL0HA时踪用来传送预约信息和位置应答信息(该信息
用来定位移动终端所在的小区)，南于信息量 比较少，故 s—
ALOHA时隙比TDMA时隙要小一些。
当某个 uT希望发数据时，占首先产生一个随即数K(1<=
敞 =m，m为S-AL0H^时隙个数 )．然后根据下行帧的同步信
息 、TDMAS时腺个数、S—ALloHA时腺个数，计算 S-ALO HA时
隙的启始时间，在 S—AL0HA时隙中的第 十时隙，发送预约
请求信息 如果传输成功 ，基站 Bs在收到该信息后，上传到控
制中心 CC。CC则将该预约请求排队，给该 UT指定 TDMA时
隙，并在下一个下行帧中传达给该UT。该UT收到下行帧的申
请庙菩信息后，在指定的TDMA时隙中发送自己的短数据。如
果在传辅中由于碰撞而使预约请求包遭受破坏 ，cc检测到有
坏帧 以后 ，则根据一定的算i圭，增加 S—ALOHA时 隙，相应地减
少 TDMA时隙 而uT由于在下行帧中没有得到申请应答信
息 ，所以再砍随机地在一个 S—AL0HA时隙里重发预约请求信
息。理论上，任一 UT总是可以戚功预约到TDMA时踪的。
可以看出，DRMAPM结合了上面提到的明确预约 AL0HA
方式，先人先出顼约方式和碰撞预约方式的特点。但实现方式
(下转 238页 1
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由前面的求解已得到 屁 ：和 r，因此可以得到 下结论
只要两点在同一平面上如： 或 y 6或 五 等(8，b，c为
任意的常数)则可求 二者的距离，具体的求解过程在此不做
详细描述。
6 实验结果
以上所述算法已在多幅 1800"1200真实照片中得到验证．
距离计算准确率达 98％1,2上，对 F两幅图像进行处理并从两
像中任取在同一平面上的两点 ，实验结果如下表所示(单位
mm)：
一 _
7 结论与讨论
文章提出r一种在照相机内部参数全部束知的情况下，利
J}f目标上共面四线与它们在二维囤像中的投影相匹配，从而来
确定目标的=三维空间方位的方法并将其应用于测距系缆。与以
前的方法相比较，计算复杂性不高．但相对而言．准确性和鲁棒
性很高。该方{麦无匍f在使用前标定相机 ，更接近实际情况，因而
在实际应用中具有广琵而重要的推广价值。
但无论是该文算法还是以前的方法均是建立在特征目标
被从罔像中准确提取出来的前提下的，而如果提取定位不准
确，将对月标的空间三维定位产生很大影响。因此 ，若要准确定
位则须采用相应的一系列有效方法将特征目标从图像中准确
提取出来 否则．要提高准确件，只能是增加已知条件，用多点
或多线。(收稿日期：2001年 2月)
参考文献
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polutsLJJ Computer Vi~on and image understanding，1996{63(3】：
495— 1I
(上接 I29页)
JavaSc t程序的执行过程如下：
舔程序一运行(由测览器解释执行)
运行 JavaScript的谢览器必须包含JavaSc~pt解释器。
43_4 VBScrjDt
VBScripI在许多方面与JavaScript相似 它由 Microsoft设
计，它允许在 Web页面中加入 ActiveX控制。VBSerlpt是 Vi—
sual Basic的一个子集 ，你可以使用 它米创建主动灵活的 Web
页面。现在 ，艨 Microsoft的 Intemet Explorer外 ．Oracle．Spy—
glass、Net Mintage的侧览器也都支持 VBScfipt。但是，Netscape
的浏览器是不能支持 VBScript的。
VBSeript程序的执行过程如下：
繇程序一运行(由测览器解释执行)
运行 VBSeript的浏览器必须包含VBSeript解释器。
(收稿 日期：2001年 1月)
参考文献
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4．邱特嫱译 Netscape Fast Track服务器从^r】到精通【M]电子工业出
版社
(上接 l64页)
要比它们相对简单一些 ．而且比较灵活．可适应尤线短数据阿
业 务量的不同变化
在控制中心 CC处，TDMA时I喏c与 S-ALOHA时隙之间的
协调算法是提高系统效率的一十重要的部分。协调算珐的基本
思想是根据依据当前 UT的请求数、当前的碰撞时隙、成功时
隙数及空闲时隙数的观察．运用数理统讣方法，求出下一次的
预约请求数的数学期望值，并据此来协调 TDMA时隙和 s—
ALOI4A时隙的比侧
6 结束语
该动态预约多址协议模型(DRMAPM)能够根据系统用户
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的业务量 ．动恋地调整数据子时隙和控制子时隙比倒 ．充分有
效地利用了唐道资源．在信道吞吐率和信息延时都扰于 TDMA
和 S-ALOHA方式．很好地解决了无线数据网中共享信道的问
题。(收稿 开期：2000年 l2月)
参考文献
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