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随机接入协议与 CSMA

随机接入协议的基本原则是什么？​

  • 发送: 节点以信道的全部速率发送帧;
  • 冲突处理: 遭遇碰撞时等待一个随机时延后重发该帧;
  • 特点: 无需集中协调, 但碰撞会浪费信道时间;

ALOHA 与时隙 ALOHA 的效率如何？​

  • ALOHA: 帧一到达就立即发送; 发生碰撞后立刻以概率 p 重传, 否则等待; 之后每个时隙仍以概率 p 重传; 最大效率为 1 / 2e;
  • 时隙 ALOHA: 时间划分为长度为 L / R 的时隙 (传输一帧的时间), 所有节点时隙起点一致; 帧只在时隙起点发送; 碰撞的节点在后续每个时隙以概率 p 重传直至成功; 最大效率为 1 / e;
  • 结论: 统一时隙边界使时隙 ALOHA 的效率约为 ALOHA 的两倍;

CSMA 为什么仍会碰撞？​

  • 载波侦听: 节点发送前先监听信道, 若检测到其他节点的帧在传输就等待;
  • 仍会碰撞的原因: 信号在信道上有传播时延, 节点无法监听到整个链路上的全部传输;
  • 后果: 两个节点可能同时判定信道空闲而同时开始发送;

CSMA/CD 如何检测并处理碰撞？​

  • 检测: 传输过程中持续监听信道;
  • 处理: 一旦检测到其他节点的帧就立刻停止传输, 避免继续浪费信道;
  • 退避: 在重新"侦听—空闲时传播"之前等待一段随机时间;

二进制指数后退如何确定等待时间？​

  • 规则: 经历 n 次碰撞后, 从 [0, 1, 2, ..., 2^n - 1] 中随机选取一个整数 K;
  • 等待时长:

等待时间=K×512 bitR\text{等待时间} = K \times \frac{512 \text{ bit}}{R}

  • R: 信道传输速率;
  • 效果: 碰撞次数越多, 可选的退避区间越大, 降低再次碰撞的概率;