1、7 信道共享技术,时分多路复用统计时分多路复用频分多路复用波分多路复用码分多路复用总线结构多机系统的信道共享技术,允许多个信号在一条数据链路上同时传输的技术。,在数据通信中，计算机的连接方式主要有两种：,方式一：分支连接方式，又称点对多点连接方式,在数据通信中，计算机的连接方式主要有两种：,方式二：集中器方式,7.1 信道共享技术的原理,信道多路复用的理论基础是信号分割原理。信号分割的依据 是信号之间的差别。对多路复合信号实现有效分割的充分必要 条件是各路信号应相互线性无关，既要求各路信号相互正交。,7.2 信道共享技术的分类,在电信与计算机中的信道共享技术；2. 按信号分割技术分类；3. 按
2、接入共享信道的控制方式分类。,1. 在电信与计算机中的信道共享技术,从电信的角度看：多路复用技术就是把许多路信号在同一信道上传输技术。简单的说，多路复用的作用是把单个传输信道划分成多个信道。从计算机的角度看：多路复用意味着使用一个装置可以同时处理若干个单独而又相似的操作，也可以用一个计算机与多个终端、操作员之间进行实时通信处理。,2. 按信号分割技术分类,信号分割技术就是给各路信号打上标记（差别），复合在被共享的信道上传输，接收端根据各路信号的记号解复合，最终实现了信道多路复用。信号之间的差别一般是频率、波长、时间或码型结构的不同。,3. 按接入共享信道的控制方式分类,这种接入控制方式分为两种
3、：（1）通过集中器或复用器与主机相连的方式；（2）多点接入技术。1）受控接入技术(集中控制、分散控制)；2）随即接入技术。,（1）. 通过集中器或复用器与主机相连,每一个用户都有一条单独到集中器或复用器的接入线路。集中器或复用器按顺序不断扫描各端口，或采用中断技术来接收用户发来的信息以及把信息转发给用户。复用器是成对使用的，而集中器可以单个使用。,（2）. 多点接入技术,通过一条公用的信道把所有的用户连接起来，这种技术常称为多点接入或多路访问技术。公共信道就是被多路用户所共享的，但其共同点就是要设法避免多个用户同时使用公共信道，避免冲突而产生的相互干扰的问题。,7.3 时分多路复用 (TDM-
4、Time Division Multiplexing),在一条数据链路上多路信号分别在不同的时隙上同时传输的技术,同步TDM(Synchronous TDM),TDM, Multiplexing,TDM, Demultiplexing,异步TDM(Asynchronous TDM),7.5频分多路复用(FDM-Frequency Division Multiplexing),在一条数据链路上多路信号分别调制在不同的载波上同时传输的技术,FDM,频分多路复用系统的优缺点,优点：原理简单、技术成熟、系统效率较高、可充分利用信道的频带；缺点：要求信道的非线性失真小，因为非线性失真会引起严重的交叉解调
5、干扰。,波分多路复用(WDM-Wave Division Multiplexing),光的频分复用,7.6密集波分复用DWDM(Dense Wavelength Division Multiplexing),一根光纤上复用80路或更多路数的光载波信号。8路传输速率为2.5Gb/s的光载波的总速率=82.5Gb/s=20Gb/s。 掺铒光纤放大器EDFA(Erbium Doped Fiber Amplifier)。在1550nm波长附近有35nm(即4.2THz)频带范围提供均匀的、最高可达4050dB的增益。两个光纤放大器之间的线路长度可达120km,而光复用器和分用器之间的无光电转换的距离可
6、达600km(只需放入4个光纤放大器)。,7.7码分复用CDMA(Code Division Multiplexing Access),每一个用户可以在同样的时间使用同样的频带进行通信。也称码分多址。 优点： 各用户使用经过特殊挑选的不同码型，因此彼此不会造成干扰。 这种系统发送的信号有很强的抗干扰能力，其频谱类似于白噪声，不易被敌人发现。 可提高通信的话音质量和数据传输的可靠性，减少干扰对通信的影响，增大通信系统的容量(是使用GSM的45倍)，降低手机的平均发射功率等等。,码片序列(chip sequence),每一个比特时间划分为 m 个短的间隔，称为码片(chip)。 每个站被指派一个惟
7、一的 m bit 码片序列。 如发送比特 1，则发送自己的 m bit 码片序列。 如发送比特 0，则发送该码片序列的二进制反码。 例如，S 站的 8 bit 码片序列是 00011011。 发送比特 1 时，就发送序列 00011011， 发送比特 0 时，就发送序列 11100100。 S 站的码片序列：(1 1 1 +1 +1 1 +1 +1),CDMA 的重要特点,每个站分配的码片序列不仅必须各不相同，并且还必须互相正交(orthogonal)。 令向量 S 表示站 S 的码片向量，令 T 表示其他任何站的码片向量。 两个不同站的码片序列正交，就是向量 S 和T 的规格化内积(inne
8、r product)都是 0：,7.8总线结构多机系统信道共享技术,多台计算机共享一条通路 竞争总线，引起总线的访问冲突。为了减少或避免总线访问冲突，必须采取某种控制策略来分配总线： 受控接入 选择型：按一定策略，例如按固定顺序或站的优先级，选择一个计算机发送信息，未被选中的站不得发送； 预约型：每个站分得一个时间片，每个站按所规定的时间片发送信息； 令牌控制型：获得令牌的站有权占用总线，发送数据。 随机接入 竞争型：连接在总线上的站通过竞争占用总线，获得发送信息的权利。,7.8.1选择型总线接入控制,这种接入方式出现的较早，总线上接有专门的设备，称为总线控制器，由于控制功能集中在总线控制器上
9、，所以又称为集中控制方式。选择型总线接入控制有3种： 中心询问总线接入； 轮转询问总线接入； 中断驱动总线接入。,1.中心询问总线接入控制,2.轮转询问,3.中断驱动总线,上述两种询问方式中存在两个问题：（1）无论从机有无数据需要发送，没有接到主机询问命令前，不得发送数据；（2）主机会对不需要发送数据的从机询问，从机也需要回复，这是一种浪费。在中断驱动总线方式中，主机不向次机发送询问命令。该方式的优点是效率高。存在的问题，如果大多数次机发送信息的频率比较稳定，该方式容易产生冲突。,预约型总线接入控制,预约型总线接入控制方式把一条被共享的数据通路按频率或时间进行分割，然后分配给各个站点使用。它有
10、5种接入控制。 频分多重访问技术 主要用于宽带局域网络，通过频分技术多台计算机共享一条物理信道。采用CATV(Community Antenna Television System，有线电视)作为传输系统，频率可达300MHz以上。优点是可以实现数字、声音、图像等综合信息传输。 同步时分多重访问技术 把单位时间分成固定长或可变长的时隙，总线上的每一个站点只能在预定的时隙内传输相应的一组数据 异步时分多重访问技术 采用动态分配信道的方式。有一台主机管理时隙的分配， 集中预约式访问技术 把传输过程分为两个阶段。首先集中预约，接着是数据传输，凡在第一阶段已经预约了的工作站点，可依次发送数据，不会发生
11、竞争现象。 轮转预约式访问技术 采用轮转预约方式，它的主要特点是，某站预约申请成功后，立即发送数据。,竞争型总线接入控制,（1）访问时机 不监听总线（发前不听） 随机发送（纯ALOHA系统） 按时隙发送（ALOHA系统） 不坚持监听总线（发前先听） 坚持监听总线（发前先听） P坚持监听 1坚持监听（CSMA) 响应帧优先于数据帧的总线访问,（2）冲突检测 发时监听。工作站在发出信息后，再监听一段时间（略大于2t）。 一般采取边发送边接收，把接收到的信息和原来发送的信息进行比较。若相同，说明先前是无冲突发送，否则认为有冲突。 此时将发送一个短暂信号来加强本次冲突，以保证总线上所有的工作站都能听到
12、本次冲突，然后每个发送站都停止发送。,（3）重发策略 随机策略 二进制指数退避算法(BEB-Binary Exponential Back off Algorithm) t =RA2N (R为随机数 , A为计时单位) 截断式二进制指数退避算法重传次数 k = Min重传次数, 10 线性增量退避算法(LIB-Linear Increment Back of Algorithm),Ethernet (1坚持CSMA/CD),令牌总线的接入控制,主要特点：（1）拓扑结构为总线，具有总线网的优点；（2）系统中设一个令牌，持有令牌的站点才有权发送数据，避免冲突；（3）逻辑环的形成与重组。,有限冲突接入控制,在网络轻负载时使用CSMA方式接入，重负载时，从CSMA方式转变为预约方式或定序方式。所以将以上两种方式的结合称为CSMA-CD/OB方式。,
