ALOHAnet

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ALOHA網絡(英語:ALOHAnet,或ALOHA),也稱為ALOHA系統ALOHA system),是由美國夏威夷大學所開發的實驗性電腦網絡系統。在1971年6月開始成功運作,是世界上第一個無線資料網絡。

歷史[編輯]

1968年,在夏威夷大學,由諾曼·艾布拉姆森與其同事領導開發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,美國尚未批准供電腦網路通訊用的無線電頻帶,所以最初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以太網,以及梅莉莎(Marisat)衛星網路(現稱為Inmarsat)來通訊。

在1980年代初期,移動電話網絡興起。1985年後,Wifi網絡也開始建立,ALOHA隨機存取技術也能夠通過這兩種介質來通訊。

在1980年代,ALOHA頻段只能夠使用 1G 移動電話的頻段來進行有限的控制與信號傳輸。1990年代,馬帝·馬柯能與芬蘭電信(Telecom Finland)的工程師,為了在 2G 行動電路中發展短信功能,大幅度擴展了ALOHA頻段。

ALOHA協議[編輯]

ALOHA協議處於OSI模型中的數據鏈路層。它屬於隨機存取協議(Random Access Protocol)中的一種。它分為純ALOHA協議和分段ALOHA協議。

純ALOHA協議(Pure ALOHA)[編輯]

Pure ALOHA1.svg
  • 當傳輸點有數據需要傳送的時候,它會立即向通訊頻道傳送。
  • 接收點在收到數據後,會ACK傳輸點。
  • 如果接收的數據有錯誤,接收點會向傳輸點發送NACK。
  • 當網絡上的兩個傳輸點同時向頻道傳輸數據的時候,會發生衝突,這種情況下,兩個點各自等待一段隨機長度的時間後,再次嘗試傳送。

因為有太多的傳輸衝突,對純ALOHA協議進行了改進。

分段ALOHA(Slotted ALOHA)[編輯]

Slotted ALOHA.svg

這是對純ALOHA協議的一個改進。改進之處在於,它把頻道在時間上分段,每個傳輸點只能在一個分段的開始處進行傳送。每次傳送的數據必須少於或者等於一個頻道的一個時間分段。這樣大大的減少了傳輸頻道的衝突。

計算[編輯]

通過量[編輯]

如果假設傳輸點對頻道的使用是符合泊松分布的話,我們可以得以下公式:

純ALOHA協議:

分段ALOHA協議:

S是通過量,G是提供的流量(每單位時間通過的數據包數量).

從這個公式我們可以看出,對純ALOHA來說,當G = 0.5 的時候,S 達到最大值 18.4%. 只有當的時候,純ALOHA系統才處於穩定狀態。對分段ALOHA來說,當G = 1 的時候,S 達到最大值 36.79%.只有當的時候,分段ALOHA系統才處於穩定狀態。

平均數據包延遲[編輯]

純ALOHA協議:

分段ALOHA協議:

是平均數據包延遲。它是頻道接通延遲和數據包傳輸時間之和(不包括系統排隊等待延遲).是平均回退延時。它取決於統計函數的選擇。當它為0的時候,達到最小值。0.5是等待到時間段開始點的平均等待時間。

應用[編輯]

在實際應用當中,分段ALOHA協議主要應用在手機網絡通信中。而純ALOHA協議因為其較高的頻道衝突很少被使用。但是ALOHA的仍然是很多新的無線通信標準比如Wi-Fi的理論基礎。