P

AŃSTWOWA

W

YŻSZA

S

ZKOŁA

Z

AWODOWA W

T

ARNOWIE

 

 

 

 

I

NSTYTUT

P

OLITECHNICZNY

KIERUNEK

:

I

NFORMATYKA

ROK

:

IV

Bezprzewodowe systemy transmisji danych

Laboratoria

Ćwiczenie nr 3

Sieć szczelinowa Aloha

Celem ćwiczenia jest zapoznanie się z protokołem wielodostępu do medium radiowego o
nazwie Aloha w wersji szczelinowej. Dodatkowo student powinien sobie utrwalić
wiadomości związane ze sztuką symulacji komputerowej z użyciem oprogramowania
COMNET. Po wykonaniu ćwiczenia student powinien wiedzieć:

• Co to jest sieć Aloha w wersji szczelinowej
• Jak działa protokół Aloha w wersji szczelinowej
• Jakie są cechy charakterystyczne protokołu Aloha w wersji szczelinowej
• Kiedy jest/była używana ta metoda dostępu do medium
• Jak zbudować i przeanalizować sieć opartą na protokole Aloha w wersji szczelinowej

1. Wstęp teoretyczny

Opublikowana przez Larry'ego Robertsa w 1972 metoda podwojenia przepustowości systemu
Aloha otrzymała nazwę: szczelinowy ALOHA (ang. slotted ALOHA). Metoda ta polega na
podzieleniu czasu na odcinki, którym odpowiadają pojedyncze ramki i synchronizacji
wszystkich użytkowników, tak aby komputer mógł nadawać dopiero po rozpoczęciu kolejnej
"szczeliny".

Czas niezsynchronizowany czas dostępu do medium został podzielony na szczeliny. Długość
pojedynczej szczeliny czasowej jest równa długości pakietu (zakłada sie stała długość pakietu
T). Ulepszeniem w porównaniu do pure ALOHA jest to, że stacja, gdy chce nadawać, może
to zrobić tylko na początku czasu trwania szczeliny. Dzięki temu pakiety wysłane przez dwie
stacje będą kolidowały, tylko gdy nałożą się całkowicie. Czas kolizji zatem jest dwa razy
krótszy niż w pure ALOHA i wynosi T.

Podsumowując:

• Wszyscy użytkownicy używają jednego wspólnego kanału transmisyjnego. Każdy

użytkownik wysyła swoje pakiety w synchronizacji z innymi użytkownikami kanału.

• Długość pojedynczej szczeliny czasowej jest równa długości pakietu.
• Zakłada sie stała długość pakietu T

• Nałożenie sie jakiegokolwiek pakietu na inny pakiet w czasie powoduje kolizje.

• Każdy pakiet jest zabezpieczony przy pomocy kodu umożliwiającego detekcje

błędów.

• Po wysłaniu pakietu nadawca czeka na sygnał potwierdzenia poprawności odbioru

ACK (ang. Acknowledgment) od odbiorcy.

• Jeżeli nadawca nie otrzyma potwierdzenia ACK, wówczas uznaje nadany pakiet za

stracony i wysyła go ponownie, po losowo ustalonym czasie.

2

Prawdopodobieństwo wystąpienia kolizji w takim systemie będzie małe, jeżeli liczba
użytkowników wspólnego kanału transmisyjnego będzie mała oraz ruch generowany przez
każdego z nich nie będzie zbyt duży. Wzrost liczby użytkowników będzie powodował coraz
częstsze nakładanie sie na siebie pakietów a tym samym wzrost prawdopodobieństwa
wystąpienia kolizji.

Wydajność protokołów Aloha oraz Aloha w wersji szczelinowej została przedstawiona na
rysunku:

Gdy znajdujemy sie na opadającej części wykresu i jeżeli oferowany ruch G wzrośnie z
powodu statystycznych fluktuacji, to przepływność S zmaleje. Oznacza to, że zmniejszy się
liczba poprawnych transmisji, a tym samym wzrośnie liczba kolizji i retransmisji. W
rezultacie punkt pracy systemu będzie przesuwał sie w prawo i ostatecznie przepływność S
osiągnie wartość zero.

System jest stabilny tak długo jak długo punkt pracy znajduje sie na lewo od maksymalnej
wartości na wykresie. W takim przypadku nagły wzrost ruchu G powoduje wzrost
przepływności, który z kolei przyczynia sie do zmniejszenia liczby pakietów oczekujących na
retransmisje. Jeżeli jednak losowy wzrost ruchu spowoduje przesuniecie punktu pracy
systemu na opadająca cześć krzywej wówczas ponownie będziemy mieli do czynienia z
niestabilna sytuacja. Wniosek jest wiec taki, że protokół ALOHA w wersji szczelinowej dla
sieci o nieskończonej liczbie terminali jest z natury niestabilny, ponieważ nawet duży wzrost
retransmitowanych pakietów, nie zmniejsza liczby nowych pakietów transmitowanych w
kanale.

Wydajność protokołu Aloha w wersji szczelinowej jest dwukrotnie większa od wydajności
protokołu Aloha. Nie wchodząc w szczegóły możemy stwierdzić, że przy skończonej liczbie
użytkowników sieć ALOHA może być stabilna dzięki odpowiedniemu doborowi wielkości
bufora w nadajniku oraz doborowi algorytmu według którego odbywa sie retransmisja
pakietów.

Więcej informacji na temat protokołu Aloha w wersji szczelinowej oraz jego implementacji w
symulatorze COMNET można znaleźć w instrukcji do symulatora na stronach 119-123.

3

2. Przebieg ćwiczenia

Zbudować sieć komputerową z użyciem protokołu Aloha w wersji szczelinowej (np. tak jak
na przedstawionym rysunku):

Początkowo przyjąć następujące założenia:

• W źródle wiadomości ustalić wielkość przesyłanych wiadomości równą 200 bajtów.
• Kolejne wiadomości mają być generowane wg rozkładu wykładniczego Exp(10.0).
• Wiadomości były wysyłane do węzła centralnego.
• Ilość generowanych wiadomości zmieniać modyfikując liczbę komputerów w grupie

(np. w zakresie od 1 do 15).

• Ustawić prędkość łącza na 9600 bitów.
• Retransmisja ramki powinna następować po czasie zgodnym z rozkładem

prawdopodobieństwa: Exp(1000.0,1).

• Należy przyjąć, że kanał transmisyjny jest idealny.
• Czas symulacji ustawić na 3600 sekund.

Zbadać:

a) wpływ wygenerowanych danych na parametr alfa

alfa = (ilość ramek odebranych/ ilość ramek wysłanych) *100%

ilość wygenerowanych danych może być zmieniana poprzez określenie liczby komputerów,
wielkość generowanych wiadomości, a także odstęp między kolejnymi ramkami IAT
(wielkość preferowana)

b) wpływ obciążenia kanału G (offered load) na średnie opóźnienie transmisji ramki D, gdzie
obciążenie kanału G jest sumą nowo wygenerowanych ramek i retransmitowanych ramek

c) wpływ liczby użytkowników na średnie opóźnienie transmisji ramki D i ruch realizowany
S (throughput)

d) wpływ czasu retransmisji ramek na średnie opóźnienie transmisji ramki D

e) porównać wydajność pracy sieci opartej na protokole Aloha i szczelinowa Aloha.

4