PAC
STWOWA WYŻSZA SZKOA
A ZAWODOWA W TARNOWIE
INSTYTUT POLITECHNICZNY
KIERUNEK: ELEKTRONIKA I TELEKOMUNIKACJA
ROK: III
Techniki bezprzewodowe
Laboratoria
Ćwiczenie nr 3
Sieć Aloha
Celem ćwiczenia jest zapoznanie się z protokołem wielodostępu do medium radiowego o
nazwie Aloha. Dodatkowo student powinien sobie utrwalić wiadomości związane ze sztuką
symulacji komputerowej z użyciem oprogramowania COMNET. Po wykonaniu ćwiczenia
student powinien wiedzieć:
·ð Co to jest sieć Aloha
·ð Jak dziaÅ‚a protokół Aloha
·ð Jakie sÄ… cechy charakterystyczne protokoÅ‚u Aloha
·ð Kiedy jest/byÅ‚a używana ta metoda dostÄ™pu do medium
·ð Jak zbudować i przeanalizować sieć opartÄ… na protokole Aloha
1. Wstęp teoretyczny
ALOHA  jeden z algorytmów dostępu wielokrotnego do kanału. Opracowany w latach 70.
XX w. na University of Hawaii m.in. przez Normana Abramsona. Początkowo używany do
naziemnej komunikacji radiowej z czasem znalazł zastosowanie we wszystkich systemach, w
których niekoordynowani użytkownicy korzystają z jednego kanału (tzw. systemy
rywalizacyjne).
Podstawową ideą systemu ALOHA jest wysyłanie przez nadajnik danych zawsze, gdy tylko
się pojawią. Gdy ramka dotrze do celu wysyłana jest kolejna. Gdy nastąpi kolizja, nadajnik
odczekuje losowy czas i wysyła ją ponownie. Losowość jest tu szczególnie ważna, gdyż w
przeciwnym razie te same ramki wciąż by ze sobą kolidowały.
2
Wydajność tego systemu, a co za tym idzie - wykorzystanie kanału są niewielkie. Pomimo
swojej prostoty i małej wydajności szczelinowy protokół ALOHA znalazł zastosowanie nie
tylko w kilku wczesnych eksperymentach. Przypomniano sobie o nim w chwili wynalezienia
dostępu do Internetu przez sieci telewizji kablowych.
PodsumowujÄ…c:
·ð Wszyscy użytkownicy używajÄ… jednego wspólnego kanaÅ‚u transmisyjnego. Każdy
użytkownik wysyła swoje pakiety bez jakiejkolwiek synchronizacji z innymi
użytkownikami kanału.
·ð NaÅ‚ożenie sie jakiejkolwiek części jednego pakietu na inny pakiet w czasie powoduje
kolizje.
·ð Każdy pakiet jest zabezpieczony przy pomocy kodu umożliwiajÄ…cego detekcje
błędów.
·ð Po wysÅ‚aniu pakietu nadawca czeka na sygnaÅ‚ potwierdzenia poprawnoÅ›ci odbioru
ACK (ang. Acknowledgment) od odbiorcy.
·ð Jeżeli nadawca nie otrzyma potwierdzenia ACK, wówczas uznaje nadany pakiet za
stracony i wysyła go ponownie, po losowo ustalonym czasie.
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
wystÄ…pienia kolizji.
Wydajność protokołu Aloha została przedstawiona na kolejnym rysunku:
3
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 dla sieci o nieskończonej
liczbie terminali jest z natury niestabilny, ponieważ nawet duży wzrost retransmitowanych
pakietów, nie zmniejsza liczby nowych pakietów transmitowanych w kanale.
W przypadku skończonej liczby terminali, losowy krótkotrwały wzrost liczby kolizji
zmniejsza strumień nowych pakietów gdyż terminale retransmitujące pakiety nie generują
nowych pakietów (znajdują sie w stanie blokady). W takiej sytuacji rośnie szansa na
poprawne przesłanie retransmitowanych pakietów. Dla zapewnienia stabilności sieci
konstruktor musi opracować algorytm, według którego odbywa sie retransmisja pakietów,
które uległy kolizji.
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 oraz jego implementacji w symulatorze
COMNET można znalez
ć w instrukcji do symulatora na stronach 119-123.
2. Przebieg ćwiczenia
Zbudować sieć komputerową z użyciem protokołu Aloha (np. tak jak na przedstawionym
rysunku):
Początkowo przyjąć następujące założenia:
" W z
ródle wiadomości ustalić wielkość przesyłanych wiadomości na stałą wartość z
przedziału 100 - 300 bajtów.
" Kolejne wiadomości mają być generowane wg rozkładu wykładniczego Exp (10.0).
" Wiadomości są wysyłane do węzła centralnego.
" Ilość generowanych wiadomości zmieniać modyfikując liczbę komputerów w grupie
(w zakresie od 1 do n tak, aby w końcowej części wykresu uzyskać nasycenie się
Å‚Ä…cza).
" Ustawić prędkość łącza na stałą wartość z przedziału 4800 do 9600 bitów/s.
" 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.
4
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 ruchu realizowanego S na średnie opóz
nienie ramki D
gdzie wielkość ruchu realizowanego S = * Ä,   Å›rednia liczba odbieranych ramek/sekundÄ™,
Ä  czas transmisji ramki i Ä = N/C, N  wielkość ramki, C  przepÅ‚ywność kanaÅ‚u.
c) Zbadać wpływ niejednorodności transmitowanych ramek na wydajność kanału (np. z
ródło
1 generuje wiadomości o stałym rozmiarze z zakresu 10-30B, a z
ródło 2 o stałym rozmiarze z
zakresu 500B-700B  tak jak na poniższym rysunku)
5