ALOHA协议

取名Aloha，是夏威夷人表示致意的问候语，这项研究计划的目的是要解决夏威夷群岛之间的通信问题。Aloha网络可以使分散在各岛的多个用户通过无线电信道来使用中心计算机，从而实现一点到多点的数据通信。 由此可见，ALOHA采用的是一种随机接入的信道访问方式^[1]。

ALOHA协议的思想很简单，只要用户有数据要发送，就尽管让他们发送。当然，这样会产生冲突从而造成帧的破坏。但是，由于广播信道具有反馈性，因此发送方可以在发送数据的过程中进行冲突检测，将接收到的数据与缓冲区的数据进行比较，就可以知道数据帧是否遭到破坏。同样的道理，其他用户也是按照此过程工作。如果发送方知道数据帧遭到破坏（即检测到冲突），那么它可以等待一段随机长的时间后重发该帧。

ALOHA协议是由美国夏威夷大学开发的一种网络协议。处于OSI模型中的数据链路层。它属于随机存取协议（Random Access Protocol）中的一种。它分为纯ALOHA协议和分段ALOHA协议（或时隙ALOHA协议）。

1、纯ALOHA协议(Pure ALOHA)

当传输点有数据需要传送的时候，它会立即向通讯频道传送。

接收点在收到数据后，会ACK传输点。

如果接收的数据有错误，接收点会向传输点发送NACK。

当网络上的两个传输点同时向频道传输数据的时候，会发生冲突，这种情况下，两个点都停止一段时间后，再次尝试传送。

2、分段（或时隙）ALOHA协议(Slotted ALOHA)

这是对纯ALOHA协议的一个改进，思想是用时钟来统一用户的数据发送。改进之处在于，它把频道在时间上分段，每个传输点只能在一个分段的开始处进行传送。用户每次必须等到下一个时间片才能开始发送数据，每次传送的数据必须少于或者等于一个频道的一个时间分段。这样很大的减少了传输频道的冲突。从而避免了用户发送数据的随意性，减少了数据产生冲突的可能性，提高了信道的利用率。

如果假设传输点对频道的使用是符合泊松分布的话，我们可以得以下公式：

纯ALOHA协议：

分段ALOHA协议：

S是通过量，G是提供的流量(每单位时间通过的数据包数量)。

从这个公式我们可以看出，对纯ALOHA来说，当G = 0.5 的时候，S 达到最大值 18.4%。 只有当的时候，纯ALOHA系统才处于稳定状态。对分段ALOHA来说， 当G = 1 的时候，S 达到最大值 36%。只有当的时候，分段ALOHA系统才处于稳定状态。

在实际应用当中，分段ALOHA协议主要应用在手机网络通信中。而纯ALOHA协议因为其较高的频道冲突很少被使用。但是ALOHA的仍然是很多新的无线通信标准比如Wi-Fi的理论基础。