PACSTWOWA WYŻSZA SZKOAA ZAWODOWA W TARNOWIE INSTYTUT POLITECHNICZNY KIERUNEK: INFORMATYKA 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 znalezć 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 zródle 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 opóznienie transmisji ramki D, gdzie obciążenie kanału G jest sumą nowo wygenerowanych ramek i retransmitowanych ramek c) wpływ liczby użytkowników na średnie opóznienie transmisji ramki D i ruch realizowany S (throughput) d) wpływ czasu retransmisji ramek na średnie opóznienie transmisji ramki D e) porównać wydajność pracy sieci opartej na protokole Aloha i szczelinowa Aloha. 4