ALOHAnet, auch bekannt als das ALOHA System, oder einfach ALOHA, war ein an der Universität der Hawaiiinseln entwickeltes Pioniercomputernetzwerkanschlusssystem. ALOHAnet ist betrieblich im Juni 1971 geworden, die erste öffentliche Demonstration eines Radiopaket-Datennetzes zur Verfügung stellend.

Der ALOHAnet hat eine neue Methode des mittleren Zugangs (ALOHA zufälliger Zugang) und experimentelle UHF-Frequenzen für seine Operation verwendet, seitdem Frequenzanweisungen für Kommunikationen zu und von einem Computer für kommerzielle Anwendungen in den 1970er Jahren nicht verfügbar waren. Aber sogar bevor solche Frequenzen zugeteilt wurden, gab es zwei andere Medien, die für die Anwendung eines ALOHA Kanals - Kabel und Satelliten verfügbar sind. In den 1970er Jahren hat ALOHA zufälliger Zugang wurde im weit verwendeten Kabel von Ethernet verwendet, Netz und dann in Marisat (jetzt Inmarsat) Satellitennetz gestützt.

Am Anfang der Frequenzen der 1980er Jahre für bewegliche Netze ist verfügbar, und 1985 Frequenzen geworden, die dafür passend sind, was bekannt geworden ist, weil Wi-Fi in den Vereinigten Staaten zugeteilt wurden. Diese Durchführungsentwicklungen haben es möglich gemacht, die ALOHA zufälligen Zugriffstechniken sowohl in Wi-Fi als auch in Handy-Netzen zu verwenden.

ALOHA Kanäle wurden auf eine beschränkte Weise in den 1980er Jahren in 1G Mobiltelefone für die Nachrichtenübermittlung und Kontrollzwecke verwendet. In den 1990er Jahren, Matti Makkonen und andere an der Telekommunikation Finnland hat außerordentlich den Gebrauch von ALOHA Kanälen ausgebreitet, um SMS-Nachricht texting in 2G Mobiltelefone durchzuführen. Am Anfang der 2000er Jahre wurden zusätzliche ALOHA Kanäle zu 2.5G und 3G Mobiltelefone mit der weit verbreiteten Einführung von GPRS mit einem zufälligen ALOHA Schlitzzugriffskanal hinzugefügt, der mit einer Version der Bedenken ALOHA Schema zuerst verbunden ist, das von einer Gruppe an BBN analysiert ist.

Übersicht

Eines der frühen Computernetzwerkanschlussdesigns, die Entwicklung des ALOHA Netzes wurde 1968 an der Universität der Hawaiiinseln Unter Führung Norman Abramsons und anderer (einschließlich F. Kuos, N. Gaarders und N. Weldons) begonnen. Die Absicht war, preisgünstige kommerzielle Radioausrüstung zu verwenden, um Benutzer auf Oahu und den anderen hawaiischen Inseln mit einem Haupttime-Sharing-Computer auf dem Hauptcampus von Oahu zu verbinden.

Die ursprüngliche Version von ALOHA hat zwei verschiedene Frequenzen in einer Konfiguration des Mittelpunkts/Sterns, mit der Mittelpunkt-Maschine Sendepakete zu jedem auf dem "Ausgangs"-Kanal und den verschiedenen Kundenmaschinen verwendet, die Datenpakete an den Mittelpunkt auf dem "inbound" Kanal senden. Wenn Daten richtig am Mittelpunkt erhalten wurden, wurde ein kurzes Anerkennungspaket dem Kunden gesandt; wenn eine Anerkennung durch eine Kundenmaschine nach einer kurzen Liegezeit nicht erhalten würde, würde sie das Datenpaket nach dem Warten auf einen zufällig ausgewählten Zeitabstand automatisch wiederübersenden. Dieser Anerkennungsmechanismus wurde verwendet, um zu entdecken und für geschaffene "Kollisionen" zu korrigieren, als zwei Kundenmaschinen beide versucht haben, ein Paket zur gleichen Zeit zu senden.

Die primäre Wichtigkeit von ALOHANET war sein Gebrauch eines geteilten Mediums für Kundenübertragungen. Verschieden vom ARPANET, wo jeder Knoten nur direkt mit einem Knoten am anderen Ende eines Leitungs- oder Satellitenstromkreises, in ALOHAnet alle Kundenknoten sprechen konnte, die mit dem Mittelpunkt auf derselben Frequenz mitgeteilt sind. Das hat bedeutet, dass eine Art Mechanismus erforderlich war, um zu kontrollieren, wer um wie viel Uhr sprechen konnte. Die ALOHAnet Lösung war, jedem Kunden zu erlauben, seine Daten zu senden, ohne zu kontrollieren, als sie mit einem Schema der Anerkennung/Weitermeldung gesandt wurde, das verwendet ist, um sich mit Kollisionen zu befassen. Das ist bekannt als ein reiner ALOHA oder zufällig zugegriffener Kanal geworden, und war die Basis für die nachfolgende Entwicklung von Ethernet und später Wi-Fi Netze. Verschiedene Versionen des ALOHA Protokolls (wie Schlitz-ALOHA) sind auch später im Satellitenverkehr erschienen, und wurden in Radiodatennetzen wie ARDIS, Mobitex, CDPD und GSM verwendet.

Auch wichtig war der Gebrauch von ALOHANET des aus dem Amt scheidet Mittelpunkt-Kanals, um Pakete direkt allen Kunden auf einer zweiten geteilten Frequenz mit einer Adresse in jedem Paket zu übertragen, um auswählende Einnahme an jedem Kundenknoten zu erlauben.

Das ALOHA Protokoll

Reiner ALOHA

Die erste Version des Protokolls (jetzt genannt "Reiner ALOHA" und derjenige, der in ALOHAnet durchgeführt ist), war ziemlich einfach:

• Wenn Sie Daten haben, um zu senden, senden Sie die Daten
• Wenn die Nachricht mit einer anderen Übertragung kollidiert, versuchen Sie, "später" wiederzusenden

Bemerken Sie, dass der erste Schritt andeutet, dass Reiner ALOHA nicht überprüft, ob der Kanal vor dem Übertragen beschäftigt ist. Der kritische Aspekt ist das "spätere" Konzept: Die Qualität des backoff Schemas gewählt beeinflusst bedeutsam die Leistungsfähigkeit des Protokolls, der äußersten Kanalkapazität und der Voraussagbarkeit seines Verhaltens.

Um reinen ALOHA zu bewerten, müssen wir seinen Durchfluss, die Rate (der erfolgreichen) Übertragung von Rahmen voraussagen. (Diese Diskussion der Leistung des reinen ALOHA folgt Tanenbaum.) Zuerst, wollen wir einige Vereinfachungsannahmen machen:

• Alle Rahmen haben dieselbe Länge.
• Stationen können keinen Rahmen erzeugen, während sie übersenden oder versuchen zu übersenden. (D. h. wenn eine Station fortsetzt zu versuchen, einen Rahmen zu senden, kann es nicht erlaubt werden, mehr Rahmen zu erzeugen, um zu senden.)
• Die Bevölkerung von Stationen versucht zu übersenden (sowohl neue Rahmen als auch alte Rahmen, die kollidiert haben) gemäß einem Vertrieb von Poisson.

Gelassener "T", sich auf die Zeit zu beziehen, musste einen Rahmen auf dem Kanal übersenden, und wollen wir "rahmenmalig" als eine Einheit der T gleichen Zeit definieren. Lassen Sie "G" sich auf das bösartige beziehen, das im Vertrieb von Poisson über Übertragungsversuch-Beträge verwendet ist: D. h. durchschnittlich gibt es G Übertragungsversuche pro rahmenmaligen.

Ziehen Sie was Bedürfnisse in Betracht, für einen Rahmen zufällig, erfolgreich übersandt zu werden. Lassen Sie "t" sich auf die Zeit beziehen, in der wir einen Rahmen senden wollen. Wir wollen den Kanal für einen rahmenmaligen Anfang an t verwenden, und so brauchen wir alle anderen Stationen, um davon Abstand zu nehmen, während dieser Zeit zu übersenden. Außerdem brauchen wir die anderen Stationen, um davon Abstand zu nehmen, zwischen t-T und t ebenso zu übersenden, weil ein während dieses Zwischenraums gesandter Rahmen mit unserem Rahmen überlappen würde.

Für irgendwelchen rahmenmalig, die Wahrscheinlichkeit, dort k Übertragungsversuche zu sein, während deren rahmenmalig ist:

Der durchschnittliche Betrag von Übertragungsversuchen seit 2 Konsekutivmalen ist 2G. Folglich, für jedes Paar von Konsekutivrahmenzeiten, ist die Wahrscheinlichkeit, dort k Übertragungsversuche während jener zweimal zu sein:

Deshalb ist die Wahrscheinlichkeit , dort Nullübertragungsversuche zwischen t-T und t+T (und so einer erfolgreichen Übertragung für uns) zu sein:

Der Durchfluss kann als die Rate von Übertragungsversuchen berechnet werden, die mit der Wahrscheinlichkeit des Erfolgs multipliziert sind, und so können wir beschließen, dass der Durchfluss ist:

Der maximale Durchfluss ist 0.5/e-Rahmen pro rahmenmaligen (erreicht wenn G = 0.5), der etwa 0.184 Rahmen pro rahmenmaligen ist. Das bedeutet, dass, in Reinem ALOHA, nur ungefähr 18.4 % der Zeit für erfolgreiche Übertragungen verwendet werden.

Eingesteckter ALOHA

Eine Verbesserung zum ursprünglichen ALOHA Protokoll wurde ALOHA "Eingesteckt", der getrennten timeslots eingeführt hat und den maximalen Durchfluss vergrößert hat. Eine Station kann nur am Anfang eines timeslot senden, und so werden Kollisionen reduziert. In diesem Fall müssen wir uns nur über die Übertragungsversuche innerhalb von 1 rahmenmaligem und nicht 2 Konsekutivmale sorgen, da Kollisionen nur während jedes timeslot vorkommen können. So ist die Wahrscheinlichkeit, dort Nullübertragungsversuche in einem einzelnen timeslot zu sein:

die Wahrscheinlichkeit von k Paketen ist:

Der Durchfluss ist:

Der maximale Durchfluss ist 1/e-Rahmen pro rahmenmaligen (erreicht wenn G = 1), der etwa 0.368 Rahmen pro rahmenmaligen, oder 36.8 % ist.

Eingesteckter ALOHA wird in der niedrigen Datenrate taktische Satellitenverkehr-Netze durch militärische Kräfte, in Unterzeichneter-basierten Satellitenverkehr-Netzen, Mobilfunk-Anruf-Einstellung, und im contactless RFID Technologien verwendet.

Andere Protokolle

Der Gebrauch eines zufälligen Zugriffskanals in ALOHAnet hat zur Entwicklung des Transportunternehmen-Sinns vielfachen Zugangs (CSMA) geführt, 'hören vorher senden' zufälliges Zugriffsprotokoll, das verwendet werden kann, wenn alle Knoten senden und auf demselben Kanal erhalten. Die erste Durchführung von CSMA war Ethernet, und CSMA wurde darin umfassend modelliert.

ALOHA und die anderen Protokolle des zufälligen Zugangs haben eine innewohnende Veränderlichkeit in ihrem Durchfluss und Verzögerungsleistungseigenschaften. Deshalb Anwendungen, die hoch deterministisches Lastverhalten häufig verwendete Stimmabgabe oder scheinpassierende Schemas (wie Token-Ring) statt Streit-Systeme brauchen. Zum Beispiel war ARCNET in eingebetteten Datenanwendungen in den 1980er Jahren populär.

Design

Netzarchitektur

Zwei grundsätzliche Wahlen, die viel vom ALOHAnet Design diktiert haben, waren die Zwei-Kanäle-Sternkonfiguration des Netzes und der Gebrauch des zufälligen Zugreifens für Benutzerübertragungen.

Die Zwei-Kanäle-Konfiguration wurde in erster Linie gewählt, um effiziente Übertragung des relativ dichten Gesamtverkehrsstroms zu berücksichtigen, der Benutzern durch den Haupttime-Sharing-Computer wird zurückgibt. Ein zusätzlicher Grund für die Sternkonfiguration war der Wunsch, so viele Datenübertragungsfunktionen wie möglich am Hauptnetzknoten (Menehune) zu zentralisieren, die Kosten der ursprünglichen Endkontrollvollhardware-Einheit (TCU) an jedem Benutzerknoten minimierend.

Der zufällige Zugriffskanal für die Kommunikation zwischen Benutzern und Menehune wurde spezifisch für die Verkehrseigenschaften der interaktiven Computerwissenschaft entworfen. In einem herkömmlichen Nachrichtensystem könnte ein Benutzer ein Teil des Kanals entweder auf einer Basis der Frequenzabteilung vielfachen Zugangs (FDMA) oder auf Zeitabteilung vielfachen Zugangs (TDMA) zugeteilt werden. Seitdem es weithin bekannt war, dass in Time-Sharing-Systemen [um 1970] Computer und Benutzerdaten bursty sind, sind solche festen Anweisungen mit der Bandbreite wegen der hohen Datenraten der Spitze zum Durchschnitt allgemein verschwenderisch, die den Verkehr charakterisieren.

Um einen effizienteren Gebrauch der Bandbreite für den bursty Verkehr zu erreichen, hat ALOHAnet die zufällige Zugriffspaket-Schaltungsmethode entwickelt, die gekommen ist, um als ein reiner ALOHA Kanal bekannt zu sein. Diese Annäherung teilt effektiv dynamisch Bandbreite sofort einem Benutzer zu, der Daten hat, um zu senden, hat das Verwenden des Mechanismus der Anerkennung/Weitermeldung früher beschrieben, um sich mit gelegentlichen Zugriffskollisionen zu befassen. Während die durchschnittliche Kanalbelegung unter ungefähr 10 % behalten werden muss, um eine niedrige Kollisionsrate aufrechtzuerhalten, läuft das noch auf bessere Bandbreite-Leistungsfähigkeit hinaus als, wenn feste Zuteilungen in einem bursty Verkehrszusammenhang verwendet werden.

Zwei 100-Kilohertz-Kanäle im experimentellen UHF-Band wurden im durchgeführten System, ein für den Benutzer zum Computer zufälliger Zugriffskanal und ein für den Sendungskanal des Computers zum Benutzer verwendet. Das System wurde als ein Sternnetz konfiguriert, nur dem Hauptknoten erlaubend, Übertragungen im zufälligen Zugriffskanal zu erhalten. Der ganze Benutzer TCUs hat jede Übertragung erhalten, die durch den Hauptknoten im Sendungskanal gemacht ist. Alle Übertragungen wurden in Brüchen an 9600 bit/s, mit Daten und in Paketen kurz zusammengefasster Steuerinformation gemacht.

Jedes Paket hat aus einem 32-Bit-Kopfball und einem 16-Bit-Kopfball-Paritätskontrolle-Wort bestanden, das von bis zu 80 Bytes von Daten und einem 16-Bitparitäten-Kontrolle-Wort für die Daten gefolgt ist. Der Kopfball hat Adressinformation enthalten, die einen besonderen Benutzer erkennt, so dass, wenn Menehune ein Paket nur übertragen, der Knoten des beabsichtigten Benutzers es akzeptieren würde.

Entfernte Einheiten

Die ursprüngliche für das System entwickelte Benutzerschnittstelle war eine Vollhardware-Einheit hat ALOHAnet Terminal Control Unit (TCU) genannt, und war das alleinige Stück der Ausrüstung, die notwendig ist, um ein Terminal in den ALOHA Kanal zu verbinden. Der TCU wurde aus einer UHF-Antenne, Sender-Empfänger, Modem, Puffer und Kontrolleinheit zusammengesetzt. Der Puffer wurde für eine volle Linienlänge von 80 Charakteren entworfen, die erlaubt haben, sowohl der 40 als auch 80 für das System definierten Charakter-Pakete der festen Länge zu behandeln. Das typische Benutzerterminal im ursprünglichen System hat aus einem Fernschreiber-Modell 33 oder einem stummen CRT Benutzerterminal bestanden, das mit dem TCU das Verwenden einer RS-232C Standardschnittstelle verbunden ist. Kurz nachdem das ursprüngliche ALOHA Netz in Operation eingetreten ist, wurde der TCU mit einem der ersten Mikroprozessoren von Intel neu entworfen, und die resultierende Steigung wurde einen PCU (Programmierbare Kontrolleinheit) genannt.

Zusätzliche grundlegende Funktionen, die durch den TCU'S und PCU'S durchgeführt sind, waren Generation eines Codevektoren der zyklischen Paritätskontrolle und Entzifferung von erhaltenen Paketen zu Paket-Fehlerentdeckungszwecken und Generation von Paket-Weitermeldungen mit einem einfachen zufälligen Zwischenraum-Generator. Wenn eine Anerkennung von Menehune nicht erhalten wurde, nachdem die vorgeschriebene Zahl von automatischen Weitermeldungen, ein blinkendes Licht als ein Hinweis an den menschlichen Benutzer gewöhnt war. Außerdem, da der TCU'S und PCU'S Anerkennungen an Menehune nicht gesandt haben, wurde ein unveränderliches Warnlicht dem menschlichen Benutzer gezeigt, als ein Fehler in einem erhaltenen Paket entdeckt wurde. So kann es gesehen werden, dass beträchtliche Vereinfachung ins anfängliche Design des TCU sowie des PCU vereinigt wurde, von der Tatsache Gebrauch zu machen, dass es einen menschlichen Benutzer ins Netz verband.

Der Menehune

Der Hauptknotenkommunikationsverarbeiter war ein HP-2100-Minicomputer genannt Menehune, der das hawaiische Sprachwort für "das Teufelchen" oder Zwergleute ist, und für seine ähnliche Rolle zu ursprünglichem ARPANET Interface Message Processor (IMP) genannt wurde, der in ungefähr derselben Zeit aufmarschiert wurde. Im ursprünglichen System hat Menehune richtig erhaltene Benutzerdaten zum UH Hauptcomputer, einem Time-Sharing-System von IBM System 360/65 nachgeschickt. Aus dem Amt geschieden Nachrichten von den 360 wurden in Pakete von Menehune umgewandelt, die Schlange gestanden wurden und den entfernten Benutzern an einer Datenrate von 9600 bit/s gesandt haben. Verschieden von den Halbduplexradios am Benutzer TCUs wurde Menehune zu den Radiokanälen mit der Voll-Duplexradioausrüstung verbunden.

Spätere Entwicklungen

In späteren Versionen des Systems wurden einfache Radiorelais in die Operation gelegt, um das Hauptnetz auf der Insel Oahu zu anderen Inseln in den Hawaiiinseln zu verbinden, und Routenplanungsfähigkeiten von Menehune wurden ausgebreitet, um Benutzerknoten zu erlauben, Pakete mit anderen Benutzerknoten, dem ARPANET und einem experimentellen Satellitennetz auszutauschen. Mehr Details sind in und in den technischen Berichten verfügbar, die in der Abteilung der Weiterführenden Literatur unten verzeichnet sind.

Weiterführende Literatur

• R. Metcalfe, Xerox PARC Merkzettel, von Bob Metcalfe zur Altstimme Aloha Vertrieb auf dem Äther-Erwerb, am 22. Mai 1973.

• R. Binder, ALOHAnet Protokolle, ALOHA System Technischer Bericht, Universität der Technik, Die Universität der Hawaiiinseln, September 1974.

• R. Binder, W.S. Lai und M. Wilson, Der ALOHAnet Menehune - Version II, ALOHA System Technischer Bericht, Universität der Technik, Die Universität der Hawaiiinseln, September 1974.

• N. Abramson, Das ALOHA System Technischer Endbericht, Fortgeschrittene Forschungsprojektagentur, Vertragsnummer NAS2-6700, am 11. Oktober 1974.

• N. Abramson "Der Durchfluss des Pakets Sendekanäle", IEEE Transaktionen auf Kommunikationen, Vol 25 Nr. 1, pp117-128, Januar 1977.

• M. Schwartz, Bewegliche Radiokommunikationen, Cambridge Univ., Drücken Sie 2005.

• K. J. Negus, und A. Petrick, Geschichte von Lokalen Radiobereichsnetzen (WLANs) in den Bändern Ohne Lizenz, der Universitätskonferenz der Juristischen Fakultät von George Mason, dem Informationswirtschaft-Projekt, Arlington, VA, die USA, am 4. April 2008.

Außenverbindungen

• Das dynamische Teilen des Radiospektrums: Eine kurze Geschichte
• Finanzierung einer Revolution: Regierungsunterstützung für die Rechenforschung
• ALOHA zum Web, Norman Abramson, HICCS ausgezeichneter Vortrag