ALOHAnet

FONT SIZE:
fontsize_dec
fontsize_inc
Februar 28, 2016 John Hein A 0 0

ALOHAnet, også kendt som ALOHA system, eller blot ALOHA, var en banebrydende computernetværk system udviklet på University of Hawaii. ALOHAnet blev operationelt i juni 1971, giver den første offentlige demonstration af et trådløst netværk pakkedata.

Den ALOHAnet brugt en ny metode til medium adgang og eksperimentel ultra høj frekvens for driften, da frekvens opgaver for meddelelser til og fra en computer ikke var tilgængelige for kommercielle applikationer i 1970'erne. Men selv før disse frekvenser blev tildelt var der to andre medier til rådighed for anvendelse af en ALOHA kanal - kabler og satellitter. I 1970'erne ALOHA random access blev ansat i den udbredte Ethernet-kabel baseret netværk og derefter i Marisat satellit-netværket.

I begyndelsen af ​​1980'erne blev frekvenser til mobilnet til rådighed, og 1985 frekvenser er egnede til, hvad der blev kendt som Wi-Fi blev tildelt i USA. Disse lovgivningsmæssige udvikling har gjort det muligt at bruge Aloha random-access-teknikker i både Wi-Fi og mobiltelefonnet.

ALOHA kanaler blev brugt i begrænset omfang i 1980'erne i 1G mobiltelefoner til signalering og kontrol. I slutningen af ​​1980'erne, den europæiske standardisering gruppen GSM der arbejdede på den paneuropæiske Digital mobilkommunikationssystem GSM stærkt udvidet brugen af ​​Aloha kanaler for adgang til radiokanaler i mobiltelefoni. Derudover sms tekstning blev implementeret i 2G mobiltelefoner. I begyndelsen af ​​2000'erne blev der tilføjet yderligere ALOHA kanaler til 2,5 G og 3G-mobiltelefoner med den omfattende indførelse af GPRS, ved hjælp af en slidset-ALOHA Random Access kanal kombineret med en version af Reservation ALOHA ordningen først analyseret af en gruppe på BBN.

Oversigt

En af de tidlige computer netværk design, blev udvikling af ALOHA nettet begyndt i 1968 ved University of Hawaii under ledelse af Norman Abramson og andre. Målet var at bruge billig kommerciel radio udstyr til at forbinde brugere på Oahu og de øvrige Hawaii-øerne med en central tid-deling computer på de vigtigste Oahu campus.

Den oprindelige version af ALOHA anvendt to forskellige frekvenser i en hub / stjerne konfiguration med navet maskine radio- pakker til alle på "udgående" kanal, og de forskellige klient maskiner sende datapakker til navet på "indgående" kanal. Hvis data blev modtaget korrekt på navet, blev en kort bekræftelse pakke sendt til klienten; Hvis en bekræftelse ikke er modtaget af en klient maskinen efter en kort ventetid, vil det automatisk retransmittere datapakken efter venter et tilfældigt valgt tidsinterval. Denne kvittering mekanisme blev anvendt til at detektere og korrigere for "kollisioner" oprettes, når to klientmaskiner både forsøgt at sende en pakke samtidig.

ALOHAnet primære betydning var sin brug af et delt medie til klient-transmissioner. I modsætning arpanet hvor hver node kunne kun tale direkte til et knudepunkt i den anden ende af en ledning eller satellit kredsløb, alle klientknudepunkter i ALOHAnet meddeles med navet på samme frekvens. Det betød, at en form for mekanisme var nødvendig for at kontrollere, hvem der kunne tale på hvilket tidspunkt. Den ALOHAnet løsning var at give hver klient til at sende sine data uden at kontrollere, da den blev sendt, med en bekræftelse / retransmission ordningen bruges til at beskæftige sig med kollisioner. Denne fremgangsmåde radikalt reduceret kompleksiteten af ​​protokollen og netværk hardware, da knuder ikke behøver at forhandle ", der" får lov til at tale .. Denne løsning blev kendt som en ren ALOHA, eller Random Access kanal, og var grundlaget for efterfølgende Ethernet udvikling og senere Wi-Fi-netværk. Forskellige versioner af ALOHA-protokollen optrådte også senere i satellitkommunikation, og blev anvendt i trådløse datanetværk såsom Ardis, Mobitex, CDPD, og ​​GSM.

Også vigtigt var ALOHAnet brug af den udgående hub kanal til at sende pakker direkte til alle kunder på en anden delte frekvens, ved hjælp af en adresse i hver pakke for at tillade selektiv modtagelse ved hver klientknudepunktet.

Aloha-protokollen

Pure ALOHA

Den første version af protokollen var ganske enkel:

  • Hvis du har data til at sende, sende data
  • Hvis, mens du sender data, du modtager data fra en anden station, har der været en besked kollision. Alle sendestationer bliver nødt til at forsøge at gensende "senere".

Bemærk, at det første skridt indebærer, at Pure ALOHA ikke kontrollere, om kanalen er optaget før transmission. Da kollisioner kan forekomme og data kan have til at blive sendt igen, kan ALOHA ikke bruge 100% af kapaciteten af ​​kommunikationskanal. Hvor længe en station venter, indtil den sender, og sandsynligheden en kollision opstår er indbyrdes forbundne, og begge påvirke, hvor effektivt den kanal kan anvendes. Det betyder, at begrebet "transmittere senere" er et kritisk aspekt: ​​kvaliteten af ​​backoff valgt som væsentligt påvirker effektiviteten af ​​protokollen, den ultimative kanal kapacitet og forudsigeligheden af ​​dens opførsel.

For at vurdere Pure ALOHA, er vi nødt til at forudsige sin gennemløb, satsen for overførsel af frames. Først, lad os komme med et par forenklende antagelser:

  • Alle rammer har den samme længde.
  • Stationer kan ikke generere en ramme under transmission eller forsøger at sende.
  • Populationen af ​​stationer forsøg på at overføre ifølge en Poisson-fordeling.

Lad "T" refererer til den nødvendige tid til at transmittere en ramme på kanalen, og lad os definere "frame-tid" som en tidsenhed svarende til T. Lad "G" refererer til den gennemsnitlige anvendes i Poisson fordeling over transmission- forsøg beløb: det vil sige i gennemsnit, er der G transmission-forsøg pr frame-tid.

Overvej, hvad der skal ske for en ramme, der skal sendes med succes. Lad "t" refererer til det tidspunkt, hvor vi ønsker at sende en ramme. Vi vil bruge kanalen til en ramme-tiden begynder ved t, og så vi har brug for alle andre stationer til at afstå fra at sende i løbet af denne tid.

For enhver ramme-tid, er sandsynligheden for at der bliver k transmission-forsøg under denne ramme-tid er:

Den gennemsnitlige mængde af transmissions-forsøg for 2 på hinanden følgende frame-gange er 2G. Derfor for enhver par træk frame-tider, er sandsynligheden for at der bliver k transmission-forsøg i løbet af disse to frame-tider er:

Derfor er sandsynligheden for at der er nul transmission-forsøg mellem TT og t + T er:

Den gennemløb kan beregnes som antallet af transmissions-forsøg ganget med sandsynligheden for succes, og så vi kan konkludere, at gennemløb er:

 Sårbar tid = 2 * T.

Den maksimale overførselshastighed er 0,5 / e frames per frame-tid, hvilket er cirka 0,184 billeder pr frame-tid. Det betyder, at i Pure ALOHA, er kun omkring 18,4% af tiden anvendes til en succesfuld transmission.

En anden simpel og matematisk måde at etablere ligningen for gennemløb i Pure ALOHA er som følger:

Overvej, hvad der skal ske for rammer, der skal sendes med succes. Lad T betegner rammen tid. For overskuelighedens skyld antager vi, at den påstand begynder ved t = 0. Så hvis præcis en node sender i intervallet t = 0 til t = T og ingen knude forsøger mellem t = T til t = 2T, så rammen vil blive transmitteret med succes. Ligeledes under alle næste tidsintervaller t = 2NT til t = T, præcis én node sender og under t = T til t = T ingen knude forsøger at sende, hvor n = 1,2,3, ..., så rammer er med succes transmitteres. Men i ren ALOHA, knudepunkterne begynder transmissionen, når de ønsker at gøre det uden at kontrollere, at det, andre knudepunkter laver på det tidspunkt. Således sender rammer er uafhængige hændelser, det vil sige, transmission af nogen bestemt node hverken påvirker eller påvirkes af tidspunktet for påbegyndelsen af ​​transmissionen af ​​andre noder. Lad G være det gennemsnitlige antal knudepunkter, der begynder transmission inden for perioden T. Hvis et stort antal knudepunkter forsøger at sende, så ved hjælp af Poisson-fordeling, sandsynligheden for, at netop x knudepunkter påbegynde transmissionen i perioden T er

Derfor sandsynligheden for, at i en bestemt periode fra t = 2NT til t = T, præcis én node vil begynde transmission er

Og sandsynligheden for, at i løbet af en bestemt periode t = T til t = T, ingen knude vil begynde transmission er

Men for en vellykket transmission af en ramme, der opstår både begivenhederne samtidigt. Det er i løbet af perioden t = 2NT til t = T, præcis én node begynder transmission og under t = T til t = T ingen knude begynder transmissionen. Derfor sandsynligheden for, at begge de uafhængige begivenheder vil indtræffe samtidigt er

Dette er gennemløbet. Ved gennemløb mener vi sandsynligheden for vellykket transmission i mindst mulige periode. Derfor gennemløbet i ren ALOHA,

Tilsvarende for slidset ALOHA, vil en ramme med held overføres, hvis nøjagtigt en knude vil påbegynde transmissionen ved begyndelsen af ​​en bestemt timeslot. Men sandsynligheden for, at en knude vil begynde i løbet af en bestemt timeslot er

Dette er gennemløb i slidsede ALOHA. Dermed,

Slotted ALOHA

En forbedring til den oprindelige ALOHA-protokollen var "Slotted ALOHA", der indførte diskrete tidsintervaller og øget den maksimale kapacitet. En station kan sende kun ved begyndelsen af ​​et tidsinterval, og dermed kollisioner reduceres. I dette tilfælde, vi behøver kun at bekymre sig om transmission-forsøg inden for 1 frame-tiden og ikke 2 på hinanden følgende frame-tider, da kollisioner kun kan opstå under hvert tidsinterval. Således er sandsynligheden for at der er nul transmission-forsøg i en enkelt tidsinterval er:

sandsynligheden for k pakker er:

Den gennemløb er:

Den maksimale kapacitet er 1 / e frames per frame-tid, hvilket er cirka 0,368 billeder pr frame-tid, eller 36,8%.

Slotted ALOHA bruges i lav-data-rate taktiske satellitkommunikation netværk af militære styrker, i abonnent-baserede satellitkommunikation netværk, mobiltelefoni opkald setup, set-top box kommunikation og i kontaktløs RFID-teknologier.

Andre protokol

Anvendelsen af ​​en Random Access kanal i ALOHAnet førte til udviklingen af ​​carrier sense multiple access, en "lytter før send" Random Access protokol, der kan anvendes, når alle knudepunkter sender og modtager på samme kanal. Den første gennemførelse af CSMA var Ethernet. CSMA i radiokanaler blev omfattende modelleret. Den AX.25 Packet Radio-protokol bygger på CSMA tilgang kollision opsving, baseret på erfaringerne fra ALOHAnet.

ALOHA og de andre random-access-protokoller har en iboende variation i deres gennemløb og delay egenskaber. Af denne grund, programmer der behøver meget deterministisk belastning adfærd undertiden bruges polling eller token-passerer ordninger i stedet for contention systemer. For eksempel ARCNET var populær i indlejrede applikationer data i 1980-netværket.

Design

Netværksarkitektur

To grundlæggende valg, som dikterede meget af ALOHAnet design var de to-kanals stjerne konfiguration af netværket og brug af tilfældige Adgang for bruger-transmissioner.

De to-kanals konfiguration var primært valgt at give mulighed for effektiv transmission af den relativt tætte samlede trafik stream returneres til brugere af den centrale tid-deling computer. En yderligere årsag til den stjerne konfiguration var ønsket om at centralisere så mange kommunikationsfunktioner som muligt på den centrale netværk node, hvilket minimerer omkostningerne ved den oprindelige all-hardware terminal kontrol enhed på hver bruger node.

Den Random Access kanal for kommunikation mellem brugere og Menehune designet specielt til de trafikale karakteristika af interaktiv computing. I et konventionelt kommunikationssystem en bruger kan tildeles en del af kanalen på en frekvens-division multiple access eller tidsdelt multipel tilgang basis. Da det var velkendt, at i tid-deling systemer, computer og brugerdata er bursty, sådanne faste opgaver er generelt spild af båndbredde på grund af de høje spids-til-gennemsnit datahastigheder, der kendetegner trafikken.

For at opnå en mere effektiv udnyttelse af båndbredde for bursty trafik, ALOHAnet udviklet Random Access pakkekobling metode, der er blevet kendt som en ren ALOHA kanal. Denne tilgang effektivt dynamisk allokerer båndbredde straks til en bruger, der har data til at sende, ved hjælp af bekræftelse / viderespredning mekanisme tidligere beskrevet til at beskæftige sig med lejlighedsvise adgang kollisioner. Mens den gennemsnitlige kanal loading skal holdes under ca. 10% for at opretholde en lav pris kollision, det stadig resulterer i en bedre udnyttelse af båndbredden end når faste tildelinger anvendes i en bursty trafik sammenhæng.

To 100 kHz kanaler i den eksperimentelle UHF-båndet blev anvendt i gennemført, ét for bruger-til-computer Random Access kanal og en for computer-til-bruger sendekanal. Systemet blev konfigureret som en stjerne netværk, så kun den centrale knudepunkt at modtage transmissioner i random-access-kanal. Alle bruger TCU'er modtog hver transmission, som den centrale knude i udsendelsen kanal. Alle transmissioner blev foretaget i byger på 9600 bit / s, med data og kontrollere oplysninger indkapslet i pakker.

Hver pakke bestod af en 32-bit header og en 16-bit header paritetscheck ordet, efterfulgt af op til 80 bytes af data og en 16-bit paritetscheck ord for dataene. Headeren indeholdt adresseoplysninger identificerer en bestemt bruger så når Menehune udsende en pakke, vil kun den tilsigtede brugers node acceptere det.

Den Menehune

Den centrale node kommunikation processor var en HP 2100 minicomputer kaldet Menehune, som er det hawaiianske sprog ord for "imp", eller dværg mennesker, og blev opkaldt efter sin rolle ligner det oprindelige ARPANET interface Message Processor, som blev indsat på omtrent samme tid. I det oprindelige system, fremsendte Menehune korrekt modtaget brugerdata til UH centrale computer, en IBM System 360/65 time-sharing-system. Udgående meddelelser fra 360 blev konverteret til pakker fra Menehune, som blev sat i kø, og udsendes til de fjerne brugere med en datahastighed på 9600 bit / s. I modsætning til de halv-duplex radioer på brugeren TCU'er blev Menehune grænseflader til de radiokanaler med fuld duplex radioudstyr.

Fjerntliggende enheder

Den oprindelige brugergrænseflade udviklet til systemet var en all-hardware enhed kaldet en ALOHAnet Terminal Control Unit, og var den eneste stykke udstyr nødvendigt at tilslutte en terminal i ALOHA kanalen. TCU var sammensat af en UHF-antenne, transceiver, modem, buffer og styreenhed. Bufferen er designet til en fuld længde linje af 80 tegn, som tillod håndtering af både de 40- og 80-tegn fast længde pakker, der er defineret for systemet. Den typiske bruger terminal i det oprindelige system bestod af en Teletype Model 33 eller en dum CRT brugerterminal tilsluttet TCU anvendelse af en standard RS-232C interface. Kort tid efter den oprindelige ALOHA netværket gik i drift, blev TCU redesignet med en af ​​de første Intel mikroprocessorer, og den resulterende opgraderingen blev kaldt en PCU.

Yderligere grundlæggende funktioner udføres af TCU og PCU s var generering af en cyklisk-paritet-check-kode vektor og afkodning af modtagne pakker til pakke fejl-afsløring formål, og generering af pakke retransmissioner hjælp af en simpel tilfældig interval generator. Hvis en kvittering ikke er modtaget fra Menehune efter det foreskrevne antal automatiske retransmissioner blev en blinkende lys anvendes som en indikator for den menneskelige bruger. Også, da TCU og PCU er ikke sende bekræftelser til Menehune blev en konstant advarselslampe vises til den menneskelige brugeren, når en fejl blev opdaget i en modtaget pakke. Det kan således ses, at en betydelig forenkling blev indarbejdet i den oprindelige udformning af TCU samt PCU, der gør brug af den kendsgerning, at det var en menneskelig grænseflade bruger i nettet ... /

Senere udvikling

I senere versioner af systemet, var enkel radio relæer placeret i drift til at forbinde hovednettet på øen Oahu til andre øer i Hawaii, og Menehune routing kapaciteter blev udvidet til at tillade brugernes knudepunkter for at udveksle pakker med andre brugergrupper noder, ARPANET og en eksperimentel satellitnet. Flere detaljer findes i og i de tekniske rapporter, der er nævnt i Yderligere læsning nedenfor.

  0   0
Forrige artikel Descamisado

Kommentarer - 0

Ingen kommentar

Tilføj en kommentar

smile smile smile smile smile smile smile smile
smile smile smile smile smile smile smile smile
smile smile smile smile smile smile smile smile
smile smile smile smile
Tegn tilbage: 3000
captcha