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ALOHAnet

ALOHA网络(英语:ALOHAnet,或ALOHA),也称为ALOHA系统ALOHA system),是由美国夏威夷大学所开发的实验性电脑网络系统。在1971年6月开始成功运作,是世界上第一个无线资料网络。

历史

1968年,在夏威夷大学,由诺曼·艾布拉姆森与其同事领导开发ALOHAnet。于1971年成功建立。

ALOHAnet使用新的介质访问技术,称为ALOHA随机存取(ALOHA random access)。因为在1970年代,美国尚未批准供电脑网路通讯用的无线电频带,所以最初ALOHAnet是以 UHF 频段来运作。在此之外,ALOHAnet还可以使用以有线宽频为基础的以太网,以及梅莉莎(Marisat)卫星网路(现称为Inmarsat)来通讯。

在1980年代初期,移动电话网络兴起。1985年后,Wifi网络也开始建立,ALOHA随机存取技术也能够通过这两种介质来通讯。

在1980年代,ALOHA频段只能够使用 1G 移动电话的频段来进行有限的控制与信号传输。1990年代,马帝·马柯能与芬兰电信(Telecom Finland)的工程师,为了在 2G 行动电路中发展短信功能,大幅度扩展了ALOHA频段。

ALOHA协议

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)

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)

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

通过量

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:

分段ALOHA协议:

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%.只有当的时候,分段ALOHA系统才处于稳定状态。

平均数据包延迟

纯ALOHA协议:

分段ALOHA协议:

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).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,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

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。


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