Aloha （世界上最早的无线电计算机通信网）

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我是靠谱客的博主秀丽砖头，最近开发中收集的这篇文章主要介绍Aloha （世界上最早的无线电计算机通信网），觉得挺不错的，现在分享给大家，希望可以做个参考。

概述

Aloha （世界上最早的无线电计算机通信网）
是世界上最早的无线电计算机通信网。它是1968年美国夏威夷大学的一项研究计划的名字。70年代初研制成功一种使用无线广播技术的分组交换计算机网络，也是最早最基本的无线数据通信协议。取名ALOHA，是夏威夷人表示致意的问候语，这项研究计划的目的是要解决夏威夷群岛之间的通信问题。Aloha网络可以使分散在各岛的多个用户通过无线电信道来使用中心计算机，从而实现一点到多点的数据通信。
背景编辑
第一个使用无线电广播来代替点到点连接线路作为通信设施的计算机系统是夏威夷大学的ALOHA系统。
ALOHA系统模型
ALOHA系统模型
它始建于1971年，这个系统所采用的技术是地面无线电广播技术，采用的协议就是有名的ALOHA协议，叫做纯ALOHA(Pure ALOHA)。以后，在此基础上，又有了许多改进过的ALOHA协议被用于卫星广播网和其它广播网络。
从通信的角度来说，地球同步通信卫星相当于在太空中安装了一个固定的微波转播台，由它与地球上的卫星地面站进行互相通信，或者通过地球通信卫星上的转发器，实现地面站之间的通信，已经出现了频分多址（FDMA）、时分多址（TDMA）、码分多址（CDMA）和空分多址（SDMA）等多种技术的通信方式。
九十年代是移动通信大发展的年代，它的迅速发展基于以下几个方面原因：

用户迫切希望能随时随地与对方直接、收集各种信息、处理紧迫问题。
*移动通信设备的集成化、小型化使设备的重量、尺寸减小到可以随身携带，方便。 .技术的不断改进，价格的不断下降。
可覆盖常规通信设施不能到达的地区，甚至在城市间漫游。
移动通信的发展已迅速经历了第一代、第二代的演变并出现了第三代移动通信。第一代的代表是运用模拟通信技术，但在新业务的发展和新技术的应用方面，受到一定的限制。随着通信网的数字化，出现了以数字蜂窝移动通信技术为代表的第二代通信。移动通信的数字化可以使电路集成度进一步提高，因而体积、重量进一步减小，价格也更为便宜，更重要的是除了通话之外，还可接通传真、图文和高速数据通信可以接入计算机网，还可以进入综合业务数字网（ISDN），适应各种新的通信业务的发展。此外移动通信的主题就是“个人通信”，设备的体积、重量更趋小型化，桌上的电话机将转变为小总机，均匀分布于各楼层、各街道及公共场所，移动电话机将变得象计算器、钢笔和手表一样。随身携带的袖珍机通过分布式的任何一个小总机就可接入通信网，随时随地进行通信，这将是电话通信的一次革命，有人称之为“最理想的通信”。

分类编辑
ALOHA协议分为纯ALOHA协议和时隙ALOHA两种。
纯ALOHA协议
时隙ALOHA吞吐量
时隙ALOHA吞吐量
纯ALOHA协议的思想很简单，只要用户有数据要发送，就尽管让他们发送。当然，这样会产生冲突从而造成帧的破坏。但是，由于广播信道具有反馈性，因此发送方可以在发送数据的过程中进行冲突检测，将接收到的数据与缓冲区的数据进行比较，就可以知道数据帧是否遭到破坏。同样的道理，其他用户也是按照此过程工作。如果发送方知道数据帧遭到破坏（即检测到冲突），那么它可以等待一段随机长的时间后重发该帧。
对于局域网LAN，反馈信息很快就可以得到；而对于卫星网，发送方要在 270ms 后才能确认数据发送是否成功。通过研究证明，纯ALOHA协议的信道利用率最大不超过18.4%（）。
纯ALOHA协议的工作原理和特点
工作原理：站点只要产生帧，就立即发送到信道上；规定时间内若收到应答，表示发送成功，否则重发。
重发策略：等待一段随机的时间，然后重发；如再次冲突，则再等待一段随机的时间，直到重发成功为止
优点：简单易行
缺点：极容易冲突
竞争系统：多个用户以某种可能导致冲突的方式共享公用信道的系统
纯ALOHA协议性能分析
T0 帧的发送时延
吞吐量S 在帧的发送时间T0内成功发送的平均帧数
网络负载G 在T0内总共发送的平均帧数（包括发送成功的帧和因冲突未发送成功的帧）。
则：
吞吐量
极大值为 G = 0.5时，S = 0.184
时隙ALOHA（S-ALOHA）
1972年，Roberts发明了一种能把信道利用率提高一倍的信道分配策略，即时隙ALOHA协议。他的思想是用时钟来统一用户的数据发送。办法是将时间分为离散的时间片，用户每次必须等到下一个时间片才能开始发送数据，从而避免了用户发送数据的随意性，减少了数据产生冲突的可能性，提高了信道的利用率。在时隙ALOHA系统中，计算机并不是在用户按下回车键后就立即发送数据，而是要等到下一个时间片开始时才发送。这样，连续的纯ALOHA就变成离散的时隙ALOHA。由于冲突的危险区平均减少为纯ALOHA的一半，因此时隙ALOHA的信道利用率可以达到36.8%（1/e），是纯ALOHA协议的两倍。但对于时隙ALOHA，用户数据的平均传输时间要高于纯ALOHA系统。
工作原理
基本思想：把信道时间分成离散的时间槽，槽长为一个帧所需的发送时间。每个站点只能在时槽开始时才允许发送。其他过程与纯ALOHA协议相同。
信道效率：冲突危险区是纯ALOHA的一半，所以, ；与纯ALOHA协议相比，降低了产生冲突的概率，信道利用率最高为36.8%。
时隙ALOHA和纯ALOHA比较
时隙ALOHA和纯ALOHA比较
重发策略：同纯ALOHA ，等待一段随机的时间，然后重发；如再次冲突，则再等待一段随机的时间，直到重发成功为止。
代价：需要全网同步；可设置一个特殊站点，由该站点发送时钟信号
时隙ALOHA协议性能分析：
T0 一个数据帧的发送时间
吞吐量S 在帧的发送时间T0内成功发送的平均帧数
网络负载G 在T0内总共发送的平均帧数（包括发送成功的帧和因冲突未发送成功的帧）。
则：
吞吐量
极大值为 G = 1.0时，S = 0.368