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⛄ 内容介绍

多通道时隙ALOHA是一种多址随机访问协议,用于在无线传感器网络等多用户环境中实现异步通信。它将时间划分为一系列时隙,并使用多个通道来进行并行传输。

以下是多通道时隙ALOHA的基本原理:

  1. 时隙划分:时间被划分为一系列固定长度的时隙,每个时隙用于传输一个数据包。
  2. 多通道分配:系统拥有多个可以同时工作的通道。这些通道可以是不同的频率或代码资源。用户可以从可用的通道集合中选择一个通道用于传输。
  3. 数据传输:用户在每个时隙中决定是否要发送数据。如果用户决定发送数据,则它会选择一个空闲的通道,并将数据包传输到该通道。
  4. 冲突检测与解决:由于多用户同时尝试传输数据,可能会发生冲突。这时需要进行冲突检测和解决。常见的方法是通过在接收端检测冲突并向发送方发送冲突通知,发送方则在下一个时隙重新发送。
  5. 重传机制:如果数据包发生冲突,发送方会根据反馈信息在后续的时隙中选择重新发送。
  6. 数据接收:接收方在每个时隙中监听所有通道上的传输,并接收到正确的数据包。

⛄ 部分代码

% Multichannel slotted ALOHA

% Bariq Firmansyah, 2020


clear all; close all; clc;

k=1;

for NumberofChannel=[5, 10]

    i=1;

    for NumberofUser=[10, 50]

        j=1;

        for lambda=[0:0.2:15]

            simulationTime=1e5;

            userStatus = zeros(1,NumberofUser);

            % 0: idle source

            % 1: active

            attemptUser = zeros(1, NumberofChannel);

            pcktTransmissionAttempts = 0;

            ackdPacketCount = 0;

            pcktCollisionCount = 0;

            currentSlot = 0;

            pr=lambda/NumberofUser;

            

            while currentSlot < simulationTime

                currentSlot = currentSlot + 1;

                transmissionAttemptsEachSlot = zeros(1, NumberofChannel);

                for user = 1:NumberofUser

                    if rand(1) <= pr

                        channelChoosen=randi(NumberofChannel,1);

                        transmissionAttemptsEachSlot(channelChoosen) = transmissionAttemptsEachSlot(channelChoosen)+1;

                        pcktTransmissionAttempts = pcktTransmissionAttempts+1;

                        attemptUser(channelChoosen) = user;

                    end                    

                end

                

                for channel=1:NumberofChannel

                    if transmissionAttemptsEachSlot(channel) == 1

                        ackdPacketCount = ackdPacketCount + 1;

                        userStatus(attemptUser(channel)) = 0;

                    elseif transmissionAttemptsEachSlot(channel)>1

                        pcktCollisionCount = pcktCollisionCount+1;

                    end

                end

            end

            

            trafficOffered(i,j,k) = pcktTransmissionAttempts / currentSlot;

            throughput(i,j,k) = ackdPacketCount / (currentSlot);

            pcktCollisionProb(i,j,k) = pcktCollisionCount / (currentSlot);

            j=j+1;

        end

        i=i+1

    end

    k=k+1

end


%% plot

figure(1)

plot(trafficOffered(1,:,1),throughput(1,:,1), '-x')

title('Average Throughput of Finite-Station Multichannel Slotted ALOHA')

xlabel('G (Offered Traffic)')

ylabel('Average Throughput')

hold on;

G=[0:0.2:15];

S=G.*(1-G/(10*5)).^(10-1);

plot(G,S);

hold on;

plot(trafficOffered(2,:,1),throughput(2,:,1), '-o')

hold on;

S=G.*(1-G/(50*5)).^(50-1);

plot(G,S);

hold on;

plot(trafficOffered(1,:,2),throughput(1,:,2), '-d')

hold on;

S=G.*(1-G/(10*10)).^(10-1);

plot(G,S);

hold on;

plot(trafficOffered(2,:,2),throughput(2,:,2), '-*')

hold on;

S=G.*(1-G/(50*10)).^(50-1);

plot(G,S);

legend('simulation, M=10 N=5', 'analytical, M=10 N=5','simulation, M=50 N=5', 'analytical, M=50 N=5', 'simulation, M=10 N=10', 'analytical, M=10 N=10', 'simulation, M=50 N=10', 'analytical, M=50 N=10');

grid on


figure(2)

plot(trafficOffered(1,:,1),pcktCollisionProb(1,:,1)/5, '-x')

title('Collision Probability of Finite-Station Slotted ALOHA')

xlabel('G (Offered Traffic)')

ylabel('Collision Prob')

hold on;

S=1-(1-G/(10*5)).^(10)-(G/5).*(1-G/(10*5)).^(10-1);

plot(G,S);

hold on;

plot(trafficOffered(2,:,1),pcktCollisionProb(2,:,1)/5, '-o')

hold on;

S=1-(1-G/(50*5)).^(50)-(G/5).*(1-G/(50*5)).^(50-1);

plot(G,S);

hold on;

plot(trafficOffered(1,:,2),pcktCollisionProb(1,:,2)/10, '-d')

hold on;

S=1-(1-G/(10*10)).^(10)-(G/10).*(1-G/(10*10)).^(10-1);

plot(G,S);

hold on;

plot(trafficOffered(2,:,2),pcktCollisionProb(2,:,2)/10, '-*')

hold on;

S=1-(1-G/(50*10)).^(50)-(G/10).*(1-G/(50*10)).^(50-1);

plot(G,S);

legend('simulation, M=10 N=5', 'analytical, M=10 N=5','simulation, M=50 N=5', 'analytical, M=50 N=5', 'simulation, M=10 N=10', 'analytical, M=10 N=10', 'simulation, M=50 N=10', 'analytical, M=50 N=10');

grid on

⛄ 运行结果

基于Matlab模拟多通道时隙 ALOHA_路径规划

基于Matlab模拟多通道时隙 ALOHA_路径规划_02

⛄ 参考文献

[1] 方飞,蒋猛.时隙ALOHA在MATLAB中的仿真[J].内江师范学院学报, 2012, 27(8):5.DOI:10.3969/j.issn.1671-1785.2012.08.006.

[2] 冯媛,蔡增玉,谭前进,等.帧时隙ALOHA防碰撞算法仿真与研究[J].中原工学院学报, 2012, 23(6):4.DOI:10.3969/j.issn.1671-6906.2012.06.002.

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