Введение
Компьютерная сетевая система ALOHAnet, также известная как система ALOHA или просто ALOHA, была пионерской компьютерной сетевой системой, разработанной в Университете Гавайев. ALOHAnet использовал новый метод доступа к среде, называемый случайным доступом ALOHA, и экспериментальную ультравысокую частоту (UHF) для своей работы. В своей простейшей форме, позже известной как Pure ALOHA, удалённые устройства связывались с базовой станцией (Menehune) по двум отдельным радиочастотам (для входящей и исходящей передачи соответственно). Устройства не ждали, пока канал станет свободным, прежде чем начать передачу, а вместо этого ожидали подтверждения успешного получения сообщения и повторно отправляли его, если подтверждение не было получено. Устройства также прекращали передачу и повторно отправляли данные, если обнаруживали другие сообщения во время передачи. Несмотря на простоту реализации, это приводило к эффективности всего 18,4%. Более поздняя разработка, Slotted ALOHA, повысила эффективность протокола за счёт снижения вероятности коллизий, увеличив пропускную способность до 36,8%. ALOHAnet начала функционировать в июне 1971 года, продемонстрировав первую публичную демонстрацию беспроводной сети передачи данных. ALOHA впоследствии применялась в сетях на основе кабелей Ethernet в 1970-х годах, а после изменений в нормативных документах в начале 1980-х годов стало возможным использовать методы случайного доступа ALOHA как в сетях Wi-Fi, так и в сетях мобильной связи. Каналы ALOHA использовались в ограниченном объёме в 1980-х годах в мобильных телефонах 1G для целей сигнализации и управления. В конце 1980-х годов европейская группа по стандартизации GSM, работавшая над общеевропейской цифровой системой мобильной связи GSM, значительно расширила использование каналов ALOHA для доступа к радиоканалам в мобильной телефонии. В начале 2000-х годов к мобильным телефонам 2.5G и 3G были добавлены дополнительные каналы ALOHA с широким внедрением General Packet Radio Service (GPRS), используя канал случайного доступа Slotted ALOHA в сочетании с версией схемы резервирования ALOHA, впервые проанализированной группой BBN Technologies.
ALOHAnet, also known as the ALOHA System, or simply ALOHA, was a pioneering computer networking system developed at the University of Hawaii. The ALOHAnet used a new method of medium access, called ALOHA random access, and experimental ultra high frequency (UHF) for its operation. In its simplest form, later known as Pure ALOHA, remote units communicated with a base station (Menehune) over two separate radio frequencies (for inbound and outbound respectively). Nodes did not wait for the channel to be clear before sending, but instead waited for acknowledgement of successful receipt of a message, and re sent it if this was not received. Nodes would also stop and re transmit data if they detected any other messages while transmitting. While simple to implement, this results in an efficiency of only 18.4%. A later advancement, Slotted ALOHA, improved the efficiency of the protocol by reducing the chance of collision, improving throughput to 36.8%. ALOHAnet became operational in June 1971, providing the first public demonstration of a wireless packet data network. ALOHA was subsequently employed in the Ethernet cable based network in the 1970s, and following regulatory developments in the early 1980s it became possible to use the ALOHA random access techniques in both Wi Fi and in mobile telephone networks. ALOHA channels were used in a limited way in the 1980s in 1G mobile phones for signaling and control purposes. In the late 1980s, the European standardization group GSM who worked on the Pan European Digital mobile communication system GSM greatly expanded the use of ALOHA channels for access to radio channels in mobile telephony. In the early 2000s additional ALOHA channels were added to 2.5G and 3G mobile phones with the widespread introduction of General Packet Radio Service (GPRS), using a slotted ALOHA random access channel combined with a version of the Reservation ALOHA scheme first analyzed by a group at BBN Technologies.
Другие протоколы
Использование канала случайного доступа в ALOHAnet привело к разработке множественного доступа с прослушиванием несущей (CSMA) – протокола случайного доступа, который может использоваться, когда все узлы передают и принимают данные по одному каналу. CSMA в радиоканалах широко исследовался в моделях. Пакетный радиопротокол AX.25 основан на подходе CSMA с восстановлением после коллизий, опираясь на опыт, полученный в ALOHAnet. Вариация CSMA, CSMA/CD, используется в ранних версиях Ethernet. ALOHA и другие протоколы случайного доступа обладают неотъемлемой изменчивостью в характеристиках пропускной способности и задержки. По этой причине приложения, требующие строго детерминированного поведения при нагрузке, могут использовать схемы «ведущий-ведомый» или передачу токена (например, Token Ring или ARCNET) вместо систем с конкуренцией за канал.
Оборудование
Центральным процессором связи был миникомпьютер HP 2100 под названием Menehune, что на гавайском языке означает «маленький человечек», и он был назван в честь своей схожей роли с оригинальным процессором интерфейсных сообщений ARPANET (IMP), который развертывался примерно в то же время. В исходной системе Menehune пересылал правильно полученные пользовательские данные на центральный компьютер UH, систему совместного использования времени IBM System 360/65. Исходящие сообщения с 360 преобразовывались в пакеты устройством Menehune, которые помещались в очередь и передавались удаленным пользователям со скоростью 9600 бит/с. В отличие от полудуплексных радиостанций на пользовательских ТКУ, Menehune был подключен к радиоканалам с использованием полнодуплексного радиооборудования. Изначально разработанный для системы пользовательский интерфейс представлял собой полностью аппаратный блок, называемый терминальным блоком управления ALOHAnet (TCU), и являлся единственным необходимым оборудованием для подключения терминала к каналу ALOHA. TCU состоял из УВЧ-антенны, приемопередатчика, модема, буфера и блока управления. Буфер был рассчитан на полную длину строки в 80 символов, что позволяло обрабатывать как пакеты фиксированной длины в 40 символов, так и пакеты фиксированной длины в 80 символов, определенных для системы. Типичный пользовательский терминал в исходной системе состоял из телетипа модели 33 или простого CRT-терминала, подключенного к TCU через стандартный интерфейс RS 232. Вскоре после запуска исходной сети ALOHA, TCU был переработан с использованием одного из первых микропроцессоров Intel, а полученное обновление получило название программируемого блока управления (PCU). Дополнительные основные функции, выполняемые TCU и PCU, включали генерацию вектора кода циклического контроля четности и декодирование полученных пакетов для обнаружения ошибок, а также генерацию повторных передач пакетов с использованием простого генератора случайных интервалов. Если после заданного количества автоматических повторных передач от Menehune не поступало подтверждения, мигающий индикатор служил сигналом для пользователя. Кроме того, поскольку TCU и PCU не отправляли подтверждения Menehune, постоянный предупреждающий индикатор отображался пользователю при обнаружении ошибки в полученном пакете. В первоначальную конструкцию TCU и PCU было внесено значительное упрощение для подключения пользователя к сети. В более поздних версиях системы были введены в эксплуатацию простые радиоретрансляторы для соединения основной сети на острове Оаху с другими островами Гавайского архипелага, а возможности маршрутизации Menehune были расширены, чтобы позволить пользовательским узлам обмениваться пакетами с другими пользовательскими узлами, ARPANET и экспериментальной спутниковой сетью, а затем и со спутниковой сетью Marisat (ныне Inmarsat). В начале 1980-х годов стали доступны частоты для мобильных сетей, а в 1985 году в США были выделены частоты, подходящие для технологии, которая впоследствии стала известна как Wi-Fi. Эти нормативные изменения сделали возможным использование методов случайного доступа ALOHA как в Wi-Fi, так и в сетях мобильной связи. Каналы ALOHA использовались в ограниченном объеме в мобильных телефонах 1G в 1980-х годах для целей сигнализации и управления. В конце 1980-х годов европейская группа по стандартизации GSM, работавшая над общеевропейской цифровой системой мобильной связи GSM, значительно расширила использование каналов ALOHA для доступа к радиоканалам в мобильной телефонии. Кроме того, в мобильных телефонах 2G была реализована отправка SMS-сообщений. В начале 2000-х годов дополнительные каналы ALOHA были добавлены в мобильные телефоны 2.5G и 3G с широким внедрением General Packet Radio Service (GPRS), использующие канал случайного доступа ALOHA с временными интервалами в сочетании с версией схемы резервирования ALOHA, впервые проанализированной группой BBN Technologies.