文章目錄

• 一、 傳輸數據的兩種鏈路
• 二、 介質訪問控制
• 三、 信道劃分 介質訪問控制
• 四、 頻分多路復用 FDM
• 五、 時分多路復用 TDM
• 六、 統計時分復用 STDM
• 七、 波分復用 WDM
• 八、 碼分多路復用 CDM

一、 傳輸數據的兩種鏈路

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傳輸數據的兩種鏈路 :

① 點對點鏈路 : 兩個 相鄰 節點 , 通過 單一 鏈路 連接 , 第三方 無法收到任何信息 ;

• 應用場景 : PPP 協議 , 廣域網 ;

② 廣播式鏈路 : 鏈路上所有主機 共享 通信介質 ;

• 應用場景 : 局域網 ;
• 拓撲結構 : 總線型 , 星型 ;

鏈路層 解決 在 廣播式鏈路中 , 兩臺主機之間的通信不會相互干擾 , 解決上述問題的機制就是 介質訪問控制 ;

二、 介質訪問控制

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介質訪問控制 : 使 廣播網絡 中 , 兩個節點之間的通信不會發生干擾的措施 ; 可以劃分為以下兩種類型 :

• 靜態劃分信道
• 動態劃分信道

靜態劃分信道 : 信道劃分 介質訪問控制 ;

① 頻分多路復用 FDM ( Frequency )

② 時分多路復用 TDM ( Time )

③ 波分多路復用 WDM ( Wave )

④ 碼分多路復用 CDM ( Code )

動態分配信道 :

① 輪詢訪問 介質訪問控制 : 令牌環傳遞協議 ;

② 隨機訪問 介質訪問控制 :

• ALOHA 協議
• CSMA 協議
• CSMA / CD 協議
• CSMA / CA 協議

三、 信道劃分 介質訪問控制

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信道劃分 介質訪問控制 : 將 使用通信介質 的 每個設備 與 其它設備的通信隔離開 , 將 時域資源 和 頻域資源 合理地 分配給網絡上的設備 ;

多路復用技術 : 將 多個 信號 組合在一個 信道上進行傳輸 , 多個計算機共享信道資源 , 提高信道利用率 ;

將 廣播信道 , 從哪個邏輯上劃分成 若干條 兩個節點之間通信的 互不干擾的 信道 ;

本質是 將 廣播信道 轉換為 點對點信道 ;

四、 頻分多路復用 FDM

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頻分多路復用 FDM :

① 一直持有頻帶 : 用戶 分配到 頻帶 后 , 通信過程中 一直占用該 頻帶 ;

② 頻率帶寬資源 ( Hz ) : 頻分復用 所有用戶 , 同樣式樣 占用 不同的 頻率帶寬 資源 , 頻率帶寬是 赫茲 單位 ;

頻分多路復用 FDM 優點 :

① 效率高 : 充分利用 介質 帶寬 , 傳輸 效率 較高 ;

② 實現簡單 : 該技術比較成熟 , 實現簡單 ;

五、 時分多路復用 TDM

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時分多路復用 TDM :

① 劃分等長幀 : 將 時間 劃分為 若干 等長 的 時分復用幀 ( TDM 幀 ) ;

② TDM 幀 : 是在 物理層 傳送的 比特流 所劃分的幀 , 標志一個周期 ;

③ 固定時隙 : 每個 時分復用 用戶 , 在每個 TDM 幀 中 , 占用 固定序號的時隙 ;

④ 輪流使用 : 所有用戶 輪流 占用信道 ;

整個信道的速率是 8000 比特 / 秒 , 如果將信道劃分為 $4$ 個 TDM 幀 , 那么每個用戶的速率最高是 2000 比特 / 秒 ;

六、 統計時分復用 STDM

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統計時分復用 STDM :

① 劃分不等長幀 : 將 時間 劃分為 若干 不等長 的 統計時分復用幀 ( STDM 幀 ) ;

② STDM 幀 個數 : 每個 STDM 幀 時隙個數 小于 集中器上的用戶數 ;

③ 輸入緩存 : 用戶需要 發送數據 時 , 將數據發送到 集中器的輸入緩存 中 ;

④ 輸入緩存 -> STDM 幀 : 集中器 按照 順序 掃描 輸入緩存 , 將 輸入緩存 中的數據 , 輸入到 STDM 幀中 ;

⑤ 發送時機 : STDM 幀 放滿數據 , 就發送 ;

⑥ STDM 幀 分配時隙 機制 : STDM 幀 分配時隙 不是固定的 , 而是動態按序分配時隙 ;

七、 波分復用 WDM

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波分復用 WDM :

① 本質 : 光的 頻分多路復用 ;

② 不同波長光 : 在光纖中 , 傳輸 多種 不同 波長的 光信號 , 波長不同 , 各路光信號互不干擾 ;

③ 分離信號 : 使用 波長分解復用器 將 各路播放分解出來 ;

八、 碼分多路復用 CDM

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碼分多址 ( CDMA ) 是 碼分多路復用 CDM 的一種重要形式 ;

$1$ 個 比特 分為 多個 碼片 ( 芯片 ) , 每個站點被指定一個唯一的 $m$ 位 芯片序列 ;

發送 $1$ 時 , 站點發送 芯片序列 , 發送 $0$ 時 , 站點發送 芯片序列 反碼 ;

$A,B$ 兩個主機 , 發送數據到 $C$ 主機 ;

主機 $A$ 發送 $0$ 數據 , 主機 $B$ 發送 $1$ 數據 , 其發送的每個 比特 , 都對應一個 $m$ 位的 芯片序列 , 一般情況下 芯片序列的長度是 $64$ 或 $128$ 位 , 這里為了方便演示 , 設置芯片序列 長度為 $8$ 位 ;

數據不沖突 前提 ( 芯片序列正交 ) : 多個站點 , 同時發出數據時 , 各個站點 , 芯片序列 必須滿足 相互正交 的前提 ; 只要芯片正交 , 就不會出現沖突 ;

芯片序列正交 計算 : 芯片序列 對應位 相乘 , 然后相加 , 除以總位數 ;

數據合并 : 將信道中的 芯片序列 按位 線性相加 , 合并后的芯片序列位數相同 ;

數據分離 : 合并的數據 和 源站芯片序列 規格化內積 ;

規格化內積計算 : 合并后的數據 與 源站芯片序列 , 按位相乘 , 再相加 , 最后除以 芯片序列位數 , 如果得到 $+1$ 說明是數據 $1$ , 如果得到 $?1$ 說明是數據 $0$ ;

芯片序列 與 芯片序列 反碼 :

$A$ 主機中的 $1$ 數據 , 對應 芯片序列 $(+1,?1,?1,+1,+1,+1,+1,?1)$ ;
$A$ 主機中的 $0$ 數據 , 對應 芯片序列 $(?1,+1,+1,?1,?1,?1,?1,+1)$ , $0$ 數據的芯片序列是 $1$ 數據芯片序列的反碼 ;

$B$ 主機中的 $1$ 數據 , 對應 芯片序列 $(?1,+1,?1,+1,?1,+1,+1,+1)$ ;
$B$ 主機中的 $0$ 數據 , 對應 芯片序列 $(+1,?1,+1,?1,+1,?1,?1,?1)$ , $0$ 數據的芯片序列是 $1$ 數據芯片序列的反碼 ;

芯片序列正交 驗證 計算 : 如果 $A,B$ 兩臺主機之間的芯片序列可以正交 , 那么其發送數據就不會沖突 ;

主機 $A$ 的 $1$ 數據 芯片序列 $(+1,?1,?1,+1,+1,+1,+1,?1)$ , 與
主機 $B$ 中 $1$ 數據 芯片序列 $(?1,+1,?1,+1,?1,+1,+1,+1)$ 正交 ;

正交計算 : 每個對應位 按位相乘 , 然后相加 , 除以位數 ; 如果為 $0$ , 說明兩個芯片序列正交 ;

$\begin{array}{l}\\ \\ \frac{(+1\times ?1)+(?1\times +1)+(?1\times ?1)+(+1\times +1)+(+1\times ?1)+(+1\times +1)+(+1\times +1)+(?1\times +1)}{8}\\ \\ =\frac{?1+(?1)+1+1+(?1)+1+1+(?1)}{8}\\ \\ =0\end{array}$

數據合并 : 將 芯片數據 線性相加即可 ;

$A$ 主機發送 $0$ 數據 , $B$ 主機發送 $1$ 數據 , 那么對應的合并的數據是 :

$A$ 主機 $0$ 數據對應芯片序列 $(?1,+1,+1,?1,?1,?1,?1,+1)$
$B$ 主機 $1$ 數據對應芯片序列 $(?1,+1,?1,+1,?1,+1,+1,+1)$

$\begin{array}{l}\\ \\ (?1?1,+1+1,+1?1,?1+1,?1?1,?1+1,?1+1,+1+1)\\ \\ =(?2,+2,0,0,?2,0,0,+2)\end{array}$

數據分離 :

$C$ 設備收到 $(?2,+2,0,0,?2,0,0,+2)$ 芯片序列 , 將該序列與 $A$ 主機 芯片序列 進行 規格化內積 ;

規格化內積 : 對應位相乘 , 求總和 , 然后除以 芯片序列 總的位數 $8$ ;

規格化內積 計算過程 : 對應位相乘 , 然后將 $8$ 個相乘結果相加 , 最后除以 $8$ ;

主機 $A$ 芯片序列是 $(+1,?1,?1,+1,+1,+1,+1,?1)$ ;

$\begin{array}{l}\\ \\ 規格化內積=(?2,+2,0,0,?2,0,0,+2)?(+1,?1,?1,+1,+1,+1,+1,?1)\\ \\ =\frac{(?2\times +1)+(+2\times ?1)+(0\times ?1)+(0\times +1)+(?2\times +1)+(0\times +1)+(0\times +1)+(+2\times ?1)}{8}\\ \\ =\frac{?2?2+0+0?2+0+0+?2}{8}\\ \\ =?1\end{array}$

計算結果是 $?1$ , 說明 主機 $A$ 發送的數據是 $0$ ;

總結

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