P

AŃSTWOWA 

W

YŻSZA 

S

ZKOŁA 

Z

AWODOWA W 

T

ARNOWIE

 

 

 

 

I

NSTYTUT 

P

OLITECHNICZNY

 

KIERUNEK

:

  

I

NFORMATYKA

 

ROK

:

 

IV

  

 

 

 

 

 
 

 

Ćwiczenie nr 2 

Sieć Aloha 

 
 
 
 
 
 
 
 
 

                    
 

Bezprzewodowe systemy transmisji danych  

Laboratoria

 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

 
 
 

2 

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: 

 

•

  Co to jest sieć Aloha 

•

  Jak działa protokół Aloha 

•

  Jakie są cechy charakterystyczne protokołu Aloha 

•

  Kiedy jest/była używana ta metoda dostępu do medium 

•

  Jak zbudować i przeanalizować sieć opartą 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. 

 

 
 
 

3 

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. 

 

Podsumowując: 

•

  Wszyscy  użytkownicy  używają  jednego  wspólnego  kanału  transmisyjnego.  Każdy 

użytkownik  wysyła  swoje  pakiety  bez  jakiejkolwiek  synchronizacji  z  innymi 

użytkownikami kanału. 

•

  Nałożenie sie jakiejkolwiek części jednego 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. 

 

 

 

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 protokołu Aloha została przedstawiona na kolejnym rysunku: 

 

 

 

 
 
 

4 

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 znaleźć 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  źródle  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 

łącza).  

•  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. 

 
 
 

5 

 

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 opóźnienie ramki D 

 

gdzie wielkość ruchu realizowanego S = λ* τ, λ – średnia liczba odbieranych ramek/sekundę, 

τ – czas transmisji ramki i τ = N/C, N – wielkość ramki, C – przepływność kanału. 

 

c) Zbadać wpływ niejednorodności transmitowanych ramek na wydajność kanału (np. źródło 
1 generuje wiadomości o stałym rozmiarze z zakresu 10-30B, a źródło 2 o stałym rozmiarze z 
zakresu 500B-700B – tak jak na poniższym rysunku)