基于概率检测的时隙式多通道随机多址无线通信网络协议分析

第２７卷第ｌ２期　２００６年１２月　通信学报　Ｖｂ１．２７　Ｎｏ．１２　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｎ　Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ　Ｄｅｃｅｍｂｅｒ　２ｏｏ６　基于概率检测的时隙式多通道随机多址无线通信网络协议分析　刘彬彬，赵东风，丁洪伟　（云南大学通信工程系，　云南昆明６５００９１）　摘要：提出了一种基于概率检测的时隙式多通道随机多址接入（ＳＰＭＲＭ）控制协议，通过对时间离散化的多　通道负载均衡、优先级控制、概率Ｐ检测控制，实现了系统的多业务通信，使所研究的无线通信网络具有较高的　通道利用率。通过数学建模分析，得到了ＳＰＭＲＭ控制协议的吞吐量解析结果，理论分析与仿真实验相一致。另　外，在仿真实验中还给出了连续时间型系统的比较结果，进一步说明ＳＰＭＲＭ控制协议具有较优的系统性能。　关键词：随机多址接入控制；多通道；概率Ｐ检测；负载均衡；无线通信网络　中图分类号：ＴＮ９１４．５　文献标识码：Ａ　文章编号：１０００．４３６Ｘ（２００６）１２－００７０－０６　Ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｆ　ｓｌｏｔｔｅｄ　ｐ－ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ　ｍｕｌｔｉ－ｃｈａｎｎｅｌ　ａｎｄ　ｒａｎｄｏｍ　ｍｕｌｔｉ－ａｃｃｅｓｓ　ｏｒｏｔｏｃｏｌ　ｆｏｒ　　ｒ　ｗｉｒｅｌｅｓｓ　ｃｏｍｍｕｍｃａｔｌｏｎ　ｍｉｃａｔｉｏｎ　ｎｅｔｗｏｒｋｎｅｔｗｏｒｋ　ＬＩＵ　Ｂｉｎ—ｂｉｎ，ＺＨＡＯ　Ｄｏｎｇ—ｆｅｎｇ，ＤＩＮＧ　Ｈｏｎｇ—ｗｅｉ　（Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ　ｏｆ　Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｙｕｎｎａｎ　ＵｌｌｉＶｅｒｓｉ　Ｋｕｎｍｉｎｇ　６５００９１，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　ｓｌｏｔｔｄ　Ｐ－ｅｄｅｔｅｃｔｉｏｎ　ｍｕｌｉｔ－ｃｈａｎｎｅｌ　ａｎｄ　ｒｎｄｏｍ　ｍｕｌａｉｔ－ａｃｃｅｓｓ（ＳＰＭＲＭ）ｐｒｏｔｏｃｏｌ　ｗａｓ　ｐｒｅｓｅｔｅｄ．Ｔｈｉｓ　ＳＰＭＲＭ　ｐｒｏｔｃｏｌｏ　Ｃａｎ　ｐｒｏｖｉｄｅｄ　ｍｕｌｉｍｅｄｉａ　ｔｔｒａｆｆｉｃ　ｔｈｒｏｕｇｈ　ｌｏａｄ　ｅｑｕｉｌｉｂｒｉｕｍ　ａｎｄ　ｍｕｌｉｔ・－ｐｒｉｏｒｉｔｙ　ａｎｄ　Ｐ‘・ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ　ｍｕｌｔｉ—ｃｈａｎｎｅｌ，ａｎｄ　ｅｎｓｕｒｅｄ　ｔｈｅ　ｗｉｒｅｌｅｓｓ　ｃｈａｎｎｅｌ－ｕｔｉｌｉｚｉｎｇ　ｒａｔｅ．Ｆｕｒｔｈｅｒｍｏｒｅ，ａ　ｍａｔｈｅｍａｔｉｃａｌ　ｍｏｄｅｌ　Ｗａｓ　ｕｓｅｄ　ｔｏ　ａｎａｌｙｚｅ　ｈｅ　ｔｔｈｒｏｕｇｈｐｕｔ　ｏｆ　ＳＰＭＲＭ　ｐｒｏｔｃｏ１．Ｔｏｈｅ　ｅｆｉｃｉｅｎｃｙ　ｏｆｔｆｈｅ　ｎｅｗ　ｐｒｏｔｃｏｌｏ　ｗａｓ　ｖａｌｉｄａｔｅｄ　ｂｙ　ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ａｎｄ　ｃｏｍ。　ｐｕｔｅｒ　ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ．Ｉｎ　ｏｔｈｅｒ　ｗｏｒｄｓ，ｔｈｅ　ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｏｆ　ＳＰＭＲＭ　ｐｒｏｔｏｃｏｌ　ｉｓ　ｂｅｔｔｅｒ　ｔｈａｎ　ａ　ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ－ｔｉｍｅ　ｐ－ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ　ｍｕｌｉｔ—ｃｈａｎｎｅｌ　ａｎｄ　ｒａｎｄｏｍ　ｍｕｌｔｉ－ａｃｃｅｓｓ　ｐｒｏｔｏｃｏ１．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｒａｎｄｏｍ　ｍｕｌｔｉ．．ａｃｃｅｓｓ；ｍｕｌｉ・ｔ・ｃｈａｎｎｅｌ；ｐｒｏｂａｂｉｌｉｔｙ　ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ；ｌｏａｄ　ｅｑｕｉｌｉｂｒｉｕｍ；ｗｉｒｅｌｅｓｓ　ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ　ｎｅｔ－　ｗｏｒｋ　１引言　随着无线通信网络多业务的快速增长，越来越　多的用户得到了丰富多彩的、更加优质的信息服　务，这也同时对无线通信网络的服务质量（ＱｏＳ）　提出了更高的要求，原有较单一的服务业务的ＱｏＳ　控制策略已不能满足无线通信网络的发展需求。　ＯＦＤＭ、ＭＩＭＯ等新技术的应用，也为多通道的　ＭＡＣ控制协议的研究提供了技术实现的条件。目　前，应用于无线通信网络的ＭＡＣ控制协议主要分　为两大类，一类为轮询多址接入控制协议，另一类　为随机多址接入控制协议。轮询多址接入控制协议　主要采用有中心的授权式服务控制策略，而随机多　址接入控制协议则采用用户随机竞争通道资源，控　制灵活，且能保证小用户数有较高的传输效率。随　着无线通信网络中用户数的日益增长，单一通道的　收稿日期：２００６．０４．１８；修回日期：２００６－１１—２５　基金项目：国家自然科学基金资助项（６０３６２００１，Ｆ０４２４１０４）；云南省自然科学基金资助项ａｔｄｉｏｎ　ｏｆＹｕｎｎａｎ　Ｐｒｏｖｉｎｃｅ（２００３Ｆ００１４Ｍ，２００４Ｆ００１１Ｒ）　（２００３Ｆ００１４Ｍ，２００４Ｆ００１１Ｒ）　ＦｏｕｎｄａｔｉｏｎＩｔｅｍｓ：ＴｈｅＮａｔｉｏｎａｌＮａｔｕｒｌ　ａＳｃｉｅｎｃｅＦｏｕｎｄａｔｉｏｎｏｆＣｈｉｎａ（６０３６２００１，Ｆ０４２４１０４）；ＴｈｅＮａｔｉｏｎａｌＮａｔｕｒａｌ　ＳｃｉｅｎｃｅＦｏｕｎ。　维普资讯 http://www.cqvip.com

第ｌ２期　刘彬彬等：基于概率检测的时隙式多通道随机多址无线通信网络协议分析　・７１．　随机多址接入控制方式的系统性能急剧恶化，随机　争用的用户碰撞机率增大，通道传输效率变差，这　就必然引发对多通道随机多址接入控制协议的深　入研究【ｌ　，使无线通信网络继续保持较高的通道　吞吐量，确保无线通信网络的ＱｏＳ。　目前对无线通信网络的ＭＡＣ控制协议的研究　工作，主要还是集中在路由协议和ＩＥＥＥ８０２．１１协议　改进【５，６ｊ等方面，直接针对多通道的ＭＡＣ控制协议　的研究并未取得突破性进展，因此，本文尝试对多　通道的ＭＡＣ控制协议进行研究，实现多业务的优　先级服务，对多业务的ＱｏＳ提供新的控制方法。尤　其是在被认为新一代中最有希望被采用的ａｄ　ｈｏｃ无　线通信网络中，传统的随机多址接入控制协议仅从　单通道的角度讨论了网络性能，不能满足日益增长　的业务量，而ＣＨＭＡＬ　、ＨＲＭＡ例及ＣＡＲＭＡ　ＭＣ　ｊ　这些协议虽然将多通道引入了ａｄ　ｈｏｃ网络，但并未　考虑对多种业务ＱｏＳ的支持以及负载均衡。由此，　本文提出了一种基于概率检测（ｐ检测）的时隙式　多通道多址接入（ＳＰＭＲＭ，ｓｌｏｔｔｅｄ　Ｐ—ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ　ｍｕｌｔｉ—ｃｈａｎｎｅｌ　ｎａｄ　ｒｎａｄｏｍ　ｍｕｌｔｉ—ａｃｃｅｓｓ）控制协议。　系统时间轴按单位时间划分（最大传输延时ａ为一　个时隙的宽度），通过采用联合竞争多通道、概率Ｐ　选择、负载均衡技术来保证无线通信网络的高的通　道利用率。本文使用平均周期【ｌ　Ｕ’¨ｊ的数学分析方　法，对ＳＰＭＲＭ控制协议进行了建模分析，得出了　ＳＰＭＲＭ控制协议的系统吞吐量。另外，本文还介　绍了仿真试验的结果，对基于概率检测的连续时间　型多通道多址接入控制协议也进行了仿真试验，并　与ＳＰＭＲＭ控制协议的理论分析结果进行了比较。　２基于概率检测的时隙式多通道多址接入　（ＳＰＭ　）控制协议　本文分析中的无线通信系统中有Ⅳ个通道，Ⅳ　个优先级。系统时间轴按单位时间划分。通道．『（－『　＝１，２．…．Ⅳ）的接入方式为时隙式Ｐ检测载波侦听　多址接入，且通道７上的到达过程为独立的参数为　Ｇ　的Ｐｏｉｓｓｏｎ过程；每个优先级的用户数不限，优　先级的顺序从低到高依次为优先级１、优先级　２、……，优先级Ⅳ。优先级　在通道．７上的到达过　程为独立参数为　的Ｐｏｉｓｓｏｎ过程。如图１所示，　在ＳＰＭＲＭ控制协议模型中，优先级为　的业务每　次到达ｉ个分组，这ｉ个分组在Ⅳ个通道中顺序循　环占用ｉ条通道，即优先级１占用通道１，优先级２　占用通道２与通道３，优先级３占用通道４、５和６…　依此类推，当占用到通道Ⅳ时，回到通道１重新开　始循环占用，此时，在通道数Ⅳ为奇数时，系统负　载均衡，即每条通道的到达率均为Ｇ。　通道１　一回　通道２　一通道３　回　通道４　＿＿　一固　通道Ⅳ　图１　ＳＰＭＲＭ协议的系统模型　在Ⅳ个通道中所采用的时隙式Ｐ检测ＣＳＭＡ　是本文提出的一种接入方式，它与文献［１２】中的时　隙式Ｐ坚持ＣＳＭＡ的区别在于：时隙式Ｐ坚持　ＣＳＭＡ是基于概率Ｐ发送信息分组的；而在时隙式　Ｐ检测ＣＳＭＡ中，若侦听到通道空闲，则以概率１　发送分组，若侦听到通道忙，则以概率Ｐ持续检测　通道，直到空闲时再发送分组。　本协议中的时隙式Ｐ检测ＣＳＭＡ与时隙式Ｐ坚　持ＣＳＭＡ相比，具有能够紧密地将时隙式非坚持　ＣＳＭＡ与时隙式１坚持ＣＳＭＡ联系起来的特点，即　当Ｐ取１时，时隙式Ｐ检测ＣＳＭＡ为时隙式１坚持　ＣＳＭＡ；而当Ｐ取０时，时隙式Ｐ检测ＣＳＭＡ为时　隙式非坚持ＣＳＭＡ。此外，由于时隙式Ｐ检测ＣＳＭＡ　在信道空闲时是以概率１发送分组，当到达率较小时，　可减少因放弃发送而浪费的信道资源，则其吞吐量性　能明显优于时隙式Ｐ坚持ＣＳＭＡ；而当到达率过大时，　又会增大分组在信道空闲时发送碰撞的可能性，此　时，其吞吐量性能略差于时隙式Ｐ坚持ＣＳＭＡ。同时，　在时隙式Ｐ检测ＣＳＭＡ基础上的系统建模，通过多　通道的引入，使网络还具备了可进行扩频、可保证更　高的可靠性以及控制更为灵活的特点。　３　线通信系统分析　在ＳＰＭＲＭ控制协议下的无线通信系统中，将　系统的时间轴按单位时间进行划分，设时隙长度为　系统最大传输时延ａ，分组长度为单位长度且为ａ　的整数倍。在某一时隙中到达的分组将在下一时隙　的起始时刻发送。碰撞的分组将在后面的某一时刻　维普资讯 http://www.cqvip.com

通信学报　第２７卷　重传，重传的分组对信道的到达过程没有影响，并　假定信道为理想状态信道，信道中无噪声和干扰，　且在传输周期ＴＰ的首个时隙（即时延ａ）内到达的　分组总能够检测到信道状态。　在系统的Ⅳ个通道中，将出现的３种随机过程：　分组成功发送（　）、分组发生碰撞（　）以及通道　空闲（，）。将这３种随机事件划分为空闲事件，（即　通道处于空闲期）以及分组发送成功和发生碰撞的　复合事件ＢＵ（即通道处于忙周期）。这样在时间轴　上出现的就是以上２种事件交错的随机过程。这２　种事件在时间轴上不断的循环发生，其循环发生的　时间变量用　表示。而对于第．７条通道（＿『＝１，２，…’＾，）　发送分组的情况可如图２所示。在图中，在空闲期　，的最后一个时隙内到达的分组侦听到信道处于空　闲，将在下一个时隙的起始时刻发送。而任一在　传输周期ＴＰ内到达的分组将侦听到信道处于忙　状态，以概率Ｐ持续侦听信道，这样在一个传输　周期ＴＰ的末端累积的分组数量是１＋ａ内持续侦　听的分组数量，如果这个数大于或者等于１，那　么下一个ＴＰ依然处于忙周期内；如果这个数等　于０，那么这个忙周期结束。此外，在忙周期内，　由于各ＴＰ的长度均为１＋ａ，且Ｐｏｉｓｓｏｎ过程是独　立平稳增量过程，因此，不同的ＴＰ内到达的分　组个数是相互独立的。　．　ｒ＿—　Ｉ　ｌ　Ｉ‘　————］　Ｉａ　一　．．——－Ｔ　———＋—一Ｔ　——．４－一ｒ　ｒ＿－　ＴＰ——＿．　ａｌａＩａ　．・一＿＿１ＴＰ———　ａ—＋　　图２基于概率检测的时隙式多通道随机多址　系统的第Ｊ条通道分组发送图　定理１在ＳＰＭＲＭ控制协议下，系统吞吐量为　＝姜　其中，当Ⅳ为奇数时：通道到达率Ｇ　＝ＴＩ＋Ｎ　（　为优先级到达率），此时通道负载均衡：　当Ｎ为偶数时：　．　Ｇ，：』Ｉ　（　＋１）　，　１≤　≤　，　一。，２，…，Ⅳ　【Ｎ，２　２　＋１≤＿。　『≤Ⅳ　证明在分析证明之前，需要进行如下定义：　在一个忙周期内，Ｍ为１＋口里到达的所有分组中，　只有一个分组持续侦听信道，而其余分组放弃侦听　的传输期１１Ｐ的个数，Ⅳ为传输期１１Ｐ的个数：在一　个传输期１１Ｐ的１＋口中，　为有ｋ个分组到达的事　件，　为没有分组到达以及到达的分组均放弃侦听　信道的概率，留－为到达的分组中只有一个分组持续　侦听信道的概率。　首先，求解第＿『条通道中分组成功发送事件　的平均长度Ｅ【　ｆ】：　　＋对于ＳＰＭＲＭ控制协议下系统的第＿，条通道而　言，分组成功发送分为以下２种情况：　１）如果在空闲期最后一个时隙内只有一个分　组到达，则这个分组在下一个时隙将被成功发送，　记为事件　其平均长度为　口Ｇ　ｅ一嘶　Ｅ［Ｕｊｌ】＝＿　（１）　２）如果分组在忙周期到达，若这个分组是当前　ＴＰ内惟一坚持侦听的分组，则这个分组将在下一个　１１Ｐ内成功发送，记为事件　其平均长度为　Ｅ［Ｕ　２】＝Ｅ［Ｍ】　（２）　事件　发生的概率Ｐ（Ａ　满足　）：　ｅ＿ＧＪ　（３）　・．．ｑｏ＝∑Ｐ（　）×（１一ｐ）　－－ｅ—ＰＧ　’　（４）　＝∑Ｐ（　）　ｐ（１一ｐ）　＝ｐＧｊｆｌ＋ａ）ｅ一暇‘　’　由于Ⅳ服从均值为ｌｌｑｏ的几何分布，并设Ⅳ一　ｎ，根据Ｅ［Ｍ】＝Ｅ［Ｅ（Ｍ／Ｎ）】，有　Ｅ［Ｍ】＝Ｅ［ＮｑＩ】＝　（５）　‘．Ｅ【　：Ｅ［Ｕｊ１］ｄｒ＂Ｅ［Ｕｊ２】：　－ａＧｊ．．．Ｉ－蚂（１＋口）（６）　其次，求解第＿『条通道的忙周期　的平均长度　Ｅ　：　一个平均周期内，信道处于忙状态　的长度　为：　Ｊ＝∑（１＋口）。设Ⅳ＝，ｌ，则有　Ｅ［ＢＵ　／Ⅳ＝，ｌ】＝Ｅ【∑（１＋口）】＝，ｌ（１＋口），且　维普资讯 http://www.cqvip.com

第ｌ２期　刘彬彬等：基于概率检测的时隙式多通道随机多址无线通信网络协议分析　・７３・　Ｅ［ＢＵｊ］　Ｅ｛Ｅ［ＢＵｊ／Ｎ］｝　（１＋ａ）Ｅ［Ｎ】　＝　（１　＝　（７）　ｑｏ　ｅ　。　…。　最后，求解第　条通道的闲周期　的平均长度　Ｅ【明：　由于空闲期　内的时隙个数Ｋ服从均值为　Ｅ【　】＝去的几何分布，则有　Ｅ［Ｉ　１＝日Ｅ【　】＝去　（８）　此外，在系统的Ｎ条通道中，由于优先级ｉ顺　序循环占用ｉ条通道，即优先级１占用通道１，优　先级２占用通道２与通道３，优先级３占用通道４，　５和６，…，则Ⅳ个优先级共占用的通道次数为　，且循环次数为　足ｋ＝ｌ／Ⅳ＝ＴＩ＋Ｎ。　由此可知，当Ｎ为奇数时，共占用的通道次　数∑Ｎ足可被通道数Ⅳ整除，此时ＧＪ：　，Ⅳ　条通道负载均衡；当Ｎ为偶数时，共占用的通道　次数∑足不能被　Ｎ整除，　此时　Ｇ　：』Ｉ　（　＋　）　，Ｎ　≤　≤　，Ⅳ条通道负载半均　，一＋１≤『＜Ｎ　衡。　根据以上分析以及式（６）～式（８）和　：　智Ｅ【＝＝＿¨＋Ｅ［　Ｌ可得定理１。　证毕　ＢＵｉｌ　一　定理２在ＳＰＭＲＭ控制协议下，系统中优先　级ｉ的吞吐量为　＝　『＝“　ａ　ｅ　‘　十‘ｌ　－Ｉ－ａ　八ｌ一　ｅ　Ｊ　其中，当Ⅳ为奇数时：ＧＪ：　；当Ⅳ为偶数　时一：　）…　。且　ｌ　，Ｎ＋１≤『＜Ｎ　…ｄ　足］／Ⅳ］，…ｄ　／Ⅳ］ｏ　证明设Ｅ（　）为优先级ｆ在通道　的平均周　期中成功发送信息分组的长度（ｆ习），则根据式（６）　可得：　每Ｅ（Ｕｊ）＝２Ｉ　）］　又因为优先级ｉ占用ｉ条通道，其中起始通道　为…一［通　一ｄ　足ｊ（１＋　／／＂］，’　￣－．￣ＮＮＮ　ＮＮ＿　Ｖ　／Ⅳ］，㈣　＝喜　可　得定理４。其中，若ｕ＞ｖ，则　的取值从ｕ到Ｎ，再　从１到ｖ。　证毕　４计篁机仿真实验与结果分析　在以上分析结果的基础上，对ＳＰＭＲＭ协议性　能进行了仿真。仿真实验采用ＭａⅡａｂ６．５，仿真环境　为：假定通道为理想状态通道，同时设通道到达率　为Ｇ，取延时ａ＝０．１，分组长度为１，通道数为Ⅳ　＝５，优先级从高到低依次是：语音业务流、ＭＰＥＧ　视频流、数据业务流、其他尽力类型业务流１和其　他尽力类型业务流２。　对时隙式Ｐ检测ＣＳＭＡ与时隙式Ｐ坚持ＣＳＭＡ　的吞吐量进行了比较，结果如图３所示。同时，对　ＳＰＭＲＭ控制协议在Ｐ值分别取０，０．０９０８和１时，　对５通道５优先级的系统进行了仿真实验，并对此时　系统的理论计算与仿真试验结果进行了比较，结果　如图４～图６所示。在图７与图８中，对时隙式　Ｇ　图３时隙式Ｐ检测ＣＳＭＡ与时隙式Ｐ坚持ＣＳＭＡ吞吐量比较　（Ｐ＝ｏ．０９０８，ａ＝０．１）　维普资讯 http://www.cqvip.com

通信学报　第２７卷　图４各优先级￥－Ｇ变化　＝Ｏ）　图５各优先级￥－Ｇ变化（ｐ＝ｏ．０９Ｏ８）　图６各优先级￥－Ｇ变化（ｐ＝１）　Ｇ　图７时隙式与连续型系统吞吐量Ｓ—Ｇ变化　图８时隙式与连续型最大吞吐量　变化　系统与时间连续型系统进行了比较，其中，图７给出　了系统吞吐量　随Ｇ值的变化曲线的对比，图８给出　了最大系统吞吐量　随Ｐ值的变化曲线的对比。　首先，从图３中可以看到，在轻负载时，时隙　式Ｐ检测ＣＳＭＡ的吞吐量明显优于时隙式Ｐ坚持　ＣＳＭＡ，而在重负载时，时隙式Ｐ坚持ＣＳＭＡ的吞　吐量则略优于时隙式Ｐ检测ＣＳＭＡ。从图４～图６　中可以看到，本文采用的理论分析方法能较为合理　地描述ＳＰＭＲＭ控制协议下的无线通信系统，理论　计算值和仿真实验值近似程度较好。　其次，对于ＳＰＭＲＭ控制协议下的无线通信系　统，从理论计算和仿真结果中可以看出：　１）由图４～图６可知，当轻负载时，Ｐ值越大，　所对应的各优先级吞吐量越大，而当Ｐ取１时，时隙　式Ｐ检测ＣＳＭＡ即为时隙式１坚持ＣＳＭＡ￣当负载　加重时，Ｐ值越小，所对应的各优先级吞吐量越大，　而当Ｐ取０时，时隙式Ｐ检测ＣＳＭＡ即为时隙式非　坚持ＣＳＭＡ。由图８可知，当ｐ＝０．０９０８时，时隙式　Ｐ检测ＣＳＭＡ的　取得最大值，随着Ｐ变小或变大，　均变小，而ｐ＝ｌ时的　为最小。由此可见，　在ＳＰＭＲＭ控制协议中，Ｐ值的选择是个关键，当轻　负载时，选择较大的Ｐ值，可减小竞争冲突的机会和　通道仲裁的开销，避免网络拥塞，提高无线通道吞吐　量；当重负载时，选择较小的Ｐ值，不仅可以改善无　线网络通道的利用率，也可提高站点间传输数据的速　度和需要网络数据支持的应用程序的处理速度。　２）由图４～图６可知，对于同一Ｐ值，在ＳＰＭＲＭ　控制协议中，各优先级业务吞吐量在到达最大值后　随着负载的加重而逐渐下降，并且高优先级业务总　能获得较高的吞吐量，而低优先级的吞吐量则较　少。同时，无论系统负载如何变化，各优先级均以　一定的比例占用可用的系统资源，即系统在保证一　定的高优先级业务的高ＱｏＳ需求的同时，也兼顾了　维普资讯 http://www.cqvip.com

第ｌ２期　一刘彬彬等：基于概率检测的时隙式多通道随机多址无线通信网络协议分析　・７５・　定的公平性。　３）由图７可知，对于同一Ｐ值，时隙式系统的　【７】ＴＺＡＭＡＬＯＵＫＡＳ　Ａ，ＬＵＮＡ　Ｇ，ＡＣＥＶＥＳ　Ｊ　Ｊ．Ｃｈａｎｎｅｌ－ｈｏｐｐｉｎｇ　ｍｕｌｉｔ—　ｐｌｅ　ａｃｃｅｓｓ［Ａ］．ＩＥＥＥ　Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ　Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ　ｏｎ　Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ　２０００［Ｃ１．Ｎｅｗ　Ｏｒｌｅａｎｓ，Ｌｏｕｉｓｉｎａ，２Ｏｏｏ．４１５—ａ４１９．　【８】ＴＡＮＧ　Ｚ，ＬＵＮＡ　Ｇ，ＡＣＥＶＥＳ　Ｊ　Ｊ．Ｈｏｐ－ｒｅｓｅｒｖａｔｉｏｎ　ｍｕｌｉｔｐｌｅ　ａＣ—　ｅｓｓ（ｃＨＲＭＡ）ｆｏｒ　ａｄ—ｈｏｃ　ｎｅｔｗｏｒｋ［Ａ］．ＩＥＥＥ　Ｆ（）ＣＯＭ’９９【Ｃ】．Ｎｅｗ　Ｙｏｒｋ．１９９９．１９４—２０１．　系统吞吐量明显优于时间连续型系统，而两种类型　下系统吞吐量的差值随着Ｐ值的增大而减小。由图　８可知，随着Ｐ值的变化，时隙式Ｐ检测ＣＳＭＡ的　一均优于时隙式Ｐ坚持ＣＳＭＡ。由此可见，在同　【９】　ＧＡＲＣＥＳ　Ｒ，ＬＵＮＡ　Ｇ，ＡＣＥＶＥＳ　Ｊ　Ｊ．ｃｏｎｉｓｉｏｎ　ａｖｏｉｄａｎｃｅ　ｎｄ　ａｒｅｓｏｌｕ—　ｔｉｏｎ　ｍｕｌｉｔｐｉｅ　ａＣＣｅｓＳ　ｆｏｒ　ｍｕｌｉｔｃｈａｎｎｅｌ　ｗｉｒｅｌｅｓｓ　ｎｅｔｗｏｒｋ【Ａ】．ＩＥＥＥ　ＩＮ—　一Ｐ值下，时隙式的系统性能明显优于时间连续型。　５结束语　通过以上分析，本文提出的基于概率检测的时隙　式多通道随机多址接入控制协议，对无线通信网络中　多种业务的ＱｏＳ，在时间轴离散化的基础上，通过对　多通道多优先级业务的控制策略，实现了通道的负载　均衡，同时采用概率Ｐ的检测控制，使其控制更为灵　活，有较好的选择性。本文对无线通信网络的　ＳＰＭＲＭ控制协议进行的建模分析表明，随着用户数　的增加、优先级多业务控制仍能满足系统较高的吞吐　量特性要求。仿真实验分析也进一步验证了理论分析　的正确性，同时，与连续时间型系统的仿真实验分析　也说明了时隙式系统是一种较优系统。　参考文献：　【１】ＮＡＳＩＰＵＲＴ　Ａ，ＺＨＵＡＮＧ　Ｊ，ＤＡＳ　Ｓ　Ｒ．Ａ　ｍｕｌｉｔ—ｃｈａｎｎｅｌ　ＣＳＭＡ　ＭＡＣ　ｐｒｏｔｏｃｏｌ　ｆｏｒ　ｍｕｌｉｔ—ｈｏｐ　ｗｉｒｅｌｅｓｓ　ｎｅｔｗｏｒｋｓ［Ａ］．Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ　ｏｆ　ＷＣＮＣ［Ｃ］．１９９９．１４０２—１４０６．　【２】ＧＡＲＣＥＳ　Ｒ，ＧＡＲＣＩＡ—ＬＵＡＮＡ・ＡＣＥＶＥＳ　Ｊ　Ｊ．Ｃｏｌｌｉｓｉｏｎ　ａｖｏｉｄａｎｃｅ　ｎａｄ　ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ　ｍｕｌｉｔｐｌｅ　ａＣＣＣＳＳ　ｆｏｒ　ｍｕｌｔｉｃｈａｎｎｅｌ　ｗｉｒｅｌｅｓｓ　ｎｅｔｗｏｒｋｓ［Ａ］．　ＩＥＥＥ　ＩＮＦＯＣＯＭ’２０００【Ｃ】．Ｔｅｌ　Ａｖｉｖ，Ｉｓｒａｅｌ，２０００．５９５—６０２．　【３　３】ＴＳＥＮＧＹＣ，ＷＵＳＬ，ＬＩＮＣ　ｅｔａ１．Ａｍｕｌｉｔ・ｃｈａｎｎｅｌＭＡＣｐｒｏｔｃｏｏｌ　ｗｉｔｈ　ｐｏｗｅｒ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｆｏｒ　ｍｕｌｉｔ—ｈｏｐ　ｍｏｂｉｌｅ　ａｄ　ｈｏｃ　ｎｅｔｗｏｒｓｋ［Ａ］．Ｐｒｏ—　ｃｅｅｄｉｎｇｓ　ｏｆ　２１ｓｔ　Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ　Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ　ｏｎ　Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ　Ｃｏｍｐｕｔｉｎｇ　Ｓｙｓｔｅｍｓ　Ｗｏｒｓｋｈｏｐｓ【Ｃ】．２００１．４１９・４２４．　【４】ＪＡＩＮ　Ｎ，ＤＡＳ　Ｓ　Ｒ，ＮＡＳＩＰＵＲＩ　Ａ．Ａ　ｍｕｌｉｔ—ｃｈａｎｎｅｌ　ＣＳＭＡ　ＭＡＣ　ｐｒｏｔｃｏｏｌ　ｗｉｈｔ　ｒｅｃｅｉｖｅｒ－ｂａｓｅｄ　ｃｈａｎｎｅｌ　ｓｅｌｅｃｔｉｏｎ　ｆｏｒ　ｍｕｌｔｉｈｏｐ　ｗｉｅｒｌｅｓｓ　ｎｅｔｗｏｒｓｋ［Ａ］．ＩＥＥＥ　Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ　Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ　ｏｎ　Ｃｏｍｐｕｔｅｒ　Ｃｏｍｍｕｎｉ—　ｃａｔｉｏｎｓ　Ａｎｄ　Ｎｅｔｗｏｒｋ￣；【Ｃ】．２００１．４３２—４３９．　【５】ＭＡＮＧＯＬＤ　Ｓ，ＣＨＯＩ　Ｓ，ＨＥＲＴＺ　Ｇ　ｅｔ　ａ１．Ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｆ　ＩＥＥＥ　８０２．１ｌＥ　ｏｆｒ　ＱｏＳ　ｓｕｐｐｏｒｔ　ｉｎ　ｗｉｒｅｌｅｓｓ　ＬＡＮｓ［Ｊ］．ＩＥＥＥ　Ｗｉｒｅｌｅｓｓ　Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ，　２００３，１０（６）：４０—５０．　［６１　ＲＯＬＬＥＴ　Ｒ，ＭＡＮＧＩＮ　Ｃ．ＩＥＥＥ　８０２．１ｌａ，８０２．１ｌｅ　ａｎｄ　ＨｉｐｅｒＬＡＮ／２　ｇｏｏｄｐｕｔ　ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ　ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ　ｉｎ　ｒｅａｌ　ｒａｄｉｏ　ｃｏｎｄｉｉｔｏｎｓ［Ａ］・　ＧＬＯＢＥＣＯＭ　２０ｏ３一ＩＥＥＥ　Ｇｌｏｂａｌ　Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ［Ｃ】　２０ｏ３．７２４—７２８．　ＦＯＣＯＭ’２０００［Ｃ１．Ｔｅｌ　Ａｖｉｖ，Ｉｓｒａｅｌ，１９９９．７７６－７８３．　【ｌＯ】赵东风．时隙式随机争用多址系统分析方法研究　．通信学报，　ｌ９９９，２０（８）：８Ｏ－８５．　ＺＨＡＯ　Ｄ　Ｅ　Ｓｔｕｄｙ　ｏｎ　ｔｈｅ　ａｖｅｒａｇｅ　ｃｙｃｌｅ　ｍｅｔｈｅｄ　ｆｏｒ　ｓｌｏｔｔｅｄ　ｍｕｌｔｉｐｌｅ－　ａｃｃｅｓｓ　ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｎ　Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ，１９９９，２ｏ（８）：　８Ｏ一８５．　【ｌｌ】赵东风．一种新的时间连续随机多址系统分析方法研究【Ｊ】．电子　科学学刊。１９９９，２１（１）：３７－４１．　ＺＨＡＯ　Ｄ　Ｅ　Ｓｔｕｄｙ　ｏｎ　ａ　ｎｅｗ　ｍｅｔｈｅｄ　ｆｏｒ　ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ—ｉｔｍｅ　ｓｙｓｔｅｍｓ　ｏｆ　ｒａｍｄｅｍ　ａｃｃｅｓｓ　ｃｈａｒｎｅｌ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆＥｌｃｅｆｒｏｎｉｃｓ，１９９９，２１（１）：３７－４１．　【１２】ＫＬＥＩＮＲＯＣＫ　Ｌ，ＴＯＢＡＧＩ　Ｆ　Ａ．Ｐａｃｋｅｔ　ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ　ｉｎ　ｒａｄｉｏ　ｃｈａｎ—　ｎｅｌｓ：ｐａｒｔ　Ｉ－ｃａｒｒｉｅｒ　ｓｅｎｓｅ　ｍｕｌｔｉｐ　ｌｅ—ａｃｃｅｓｓ　ｍｏｄｅｓ　ａｎｄ　ｔｈｅｉｒ　ｔｈｒｏｕｇｈ—　ｐｕｔ—ｄｅｌａｙ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ［Ｊ］．ＩＥＥＥ　Ｔｒａｎｓ　Ｃｏｍｍｕｎ，１９７５，２３（１２）：　１４００一ｌ４ｌ６．　作者简介：　刘彬彬Ｉ（１９７９一），女，云南玉溪人，●　　云南大学硕士生，主要研究方向为计算机　通信网络。　赵东风（１９５７一），男，湖北郧县人，　云南大学教授、博士生导师，主要研究方　向为随机多址通信系统、轮询多址通信系　统、通信工程。　丁洪伟（１９６４－），男，江西于都人，　云南大学副教授、博士生，主要研究方向　为随机多址通信系统、通信网络工程。