ALOHAnet

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ALOHA網路英语ALOHAnet,或ALOHA),也稱為ALOHA系統ALOHA system),是由美国夏威夷大学所開發的實驗性電腦網路系統。在1971年6月開始成功運作,是世界上第一個無線資料網路。


歷史[编辑]

1968年,在夏威夷大學,由諾曼·艾布拉姆森與其同仁領導開發ALOHAnet。於1971年成功建立。

ALOHAnet使用新的介質訪問技術,稱為ALOHA隨機存取(ALOHA random access)。因為在1970年代,美國尚未准許供電腦網路通訊用的無線電頻帶,所以一開始,ALOHAnet是以 UHF 頻段來運作。在此之外,ALOHAnet還可以使用以有線寬頻為基礎的乙太網路,以及梅莉莎(Marisat)衛星網路(現稱為Inmarsat)來通訊。

在1980年代初期,行動電話網路興起。1985年後,Wifi網路也開始建立,ALOHA隨機存取技術也能夠採用這兩種介質來通訊。

在1980年代,ALOHA頻道只能夠使用 1G 行動電話的頻道來進行有限的控制與訊號傳遞。1990年代,馬帝·馬柯能與芬蘭電信(Telecom Finland)的工程師,為了在 2G 行動電路中發展簡訊功能,大幅度擴展了ALOHA頻道。

ALOHA协议[编辑]

ALOHA协议处于OSI模型中的数据链路层。它属于随机存取协议(Random Access Protocol)中的一种。它分为纯ALOHA协议和分段ALOHA协议。

纯ALOHA协议(Pure ALOHA)[编辑]

Pure ALOHA1.svg
  • 当传输点有数据需要传送的时候,它会立即向通讯频道传送。
  • 接收点在收到数据后,会ACK传输点。
  • 如果接收的数据有错误,接收点会向传输点发送NACK。
  • 当网络上的两个传输点同时向频道传输数据的时候,会发生冲突,这种情况下,两个点各自等待一段随机长度的时间后,再次尝试传送。

因为有太多的传输冲突,对纯ALOHA协议进行了改进。

分段ALOHA(Slotted ALOHA)[编辑]

Slotted ALOHA.svg

这是对纯ALOHA协议的一个改进。改进之处在于,它把频道在时间上分段,每个传输点只能在一个分段的开始处进行传送。每次传送的数据必须少于或者等于一个频道的一个时间分段。这样大大的减少了传输频道的冲突。

计算[编辑]

通过量[编辑]

如果假设传输点对频道的使用是符合泊松分布的话,我们可以得以下公式:

纯ALOHA协议:

S=Ge^{-2G}

分段ALOHA协议:

S=Ge^{-G}

S是通过量,G是提供的流量(每单位时间通过的数据包数量).

从这个公式我们可以看出,对纯ALOHA来说,当G = 0.5 的时候,S 达到最大值 18.4%. 只有当G\le0.5的时候,纯ALOHA系统才处于稳定状态。对分段ALOHA来说,当G = 1 的时候,S 达到最大值 36.79%.只有当G\le1的时候,分段ALOHA系统才处于稳定状态。

平均数据包延迟[编辑]

纯ALOHA协议:

\bar{D} = e^{2G} + ( e^{2G} - 1 )\bar{B}

分段ALOHA协议:

\bar{D} = 0.5 + e^{G} + ( e^{G} - 1 )\bar{B}

\bar{D}是平均数据包延迟。它是频道接通延迟和数据包传输时间之和(不包括系统排队等待延迟).\bar{B}是平均回退延时。它取决于统计函数的选择。当它为0的时候,\bar{D}达到最小值。0.5是等待到时间段开始点的平均等待时间。

应用[编辑]

在实际应用当中,分段ALOHA协议主要应用在手机网络通信中。而纯ALOHA协议因为其较高的频道冲突很少被使用。但是ALOHA的仍然是很多新的无线通信标准比如Wi-Fi的理论基础。