ALOHAnet

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絡。Aloha在夏威夷語中有希望、愛、和平以及幸福等意思。

歷史

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乙太網，以及梅莉莎（Marisat）衛星網路（現稱為Inmarsat）來通訊。

在1980年代初期，行動電話網絡興起。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 行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 行動電路中發展簡訊功能，大幅度擴展了ALOHA頻段。

ALOHA協議

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）

• 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)

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

通過量

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：

${\displaystyle S=Ge^{-2G}}$

分段ALOHA協議：

${\displaystyle S=Ge^{-G}}$

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${\displaystyle G\leq 0.5}$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${\displaystyle G\leq 1}$的時候，分段ALOHA系統才處於穩定狀態。

平均數據包延遲

純ALOHA協議：

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

分段ALOHA協議：

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

${\displaystyle {\bar {D}}}$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）.${\displaystyle {\bar {B}}}$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，${\displaystyle {\bar {D}}}$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

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。