分槽ALOHA协议仿真

    Aloha：夏威夷人问候语，欢迎，再见。它还有另一层意思，是‘I love you’。当然这是根据语境来分析的，如果没有语境分析，我想它也不会存在那么多意思。表达&＃39;I love you&＃39;的时候，Aloha发音要延长点，a....lo...ha。大家可以试试。好了，还是回归正题吧。Aloha协议是什么？它可以解决什么样的问题？

    Aloha协议是分配一个多路访问信道的协议，而要解决的问题当然也就是它的目的，怎么分配信道才能使网络带宽利用率更高，网络延迟更低。

    Aloha协议有两种：纯Aloha协议和分槽Aloha协议。

    纯Aloha协议：当用户有数据需要发送时就传输。显然，这种协议在单路信道上很容易发生冲突。当两个或多个用户需要发送数据时，冲突就发生了，然后他们都需要开始重传，直到没有冲突发生。这种协议的效率会如何呢？现在我们假定每个站产生的新帧可以模型化为一个平均每帧时产生N个帧的泊松分布。如果不期望发生冲突，就需要期望N不大于1。不然N大于1，肯定有多个站在一个帧时内同时发送，这就会导致冲突，然后信道效率也就会开始降低。

       如图，我们可知道，如果在t0~t0+2t时间段内，除了阴影帧外还有其它帧产生的话就会发生冲突。即易受冲突的时间为2t。

在给定一个帧时内，我们期望有G帧，而每帧时期望生成k帧的概率服从泊松分布：

    一帧时内生成0帧的概率为。两帧时内生成0帧的概率为。根据上面的图可知，如果两帧时内生成0帧，那么就可以成功传输一帧。从而可知信道利用率为。可以计算出来，G=0.5时，信道利用率最高为S=1/2e=0.184。（求导可得解）

  分槽Aloha协议：将时间划分为时间槽，每个站只能在时间槽开始的时候发送数据。这样，易受冲突时间就会从原来的2t变为t，传送成功率增长了一倍变为。相应的，信道利用率S也增长了一倍变为0.368。

    概念性的问题差不多就这些了，对了，还差个仿真的概念。什么是仿真？仿真就是模拟实际，而实际当中的变化又无从可知，所以仿真就需要建立在一定事实基础上再进行随机化实验。总之就一句话，随机实验。

   下面重点分析下Aloha分槽协议仿真。

   实验环境：win8系统 、eclipse开发环境、java语言编写

   实验重点：模拟时间槽划分时间，判断每个时间槽有几个帧。时间槽可以用整数变量来操控，其它每个·站发送数据的时间也可以用整数代替。判断一个时间槽有几个帧，可以先对每个站发送数据的时间从小到大排序，然后再根据时间槽的范围，判断有几个站在这个时间槽发送数据。如果有两个或以上的站发送数据，那么相应站就再随机产生发送时间，记录此时有多少个帧；如果只有一个，那么就发送成功，成功发送帧数+1。如果为0帧，就继续下一个时间槽。重复以上步骤，直到成功发送数据到达预期的值。

   源码：

Data.java

public class Data {public int time;public Data(int time){this.time = time;}public void set(int time){this.time = time;}
}
Aloha.java

import java.awt.Color;
import java.awt.FlowLayout;
import java.awt.Graphics;
import java.util.ArrayList;
import java.util.Collections;
import java.util.Comparator;
import java.util.List;
import java.util.Random;
import javax.swing.JFrame;public class Aloha extends JFrame{//站点基数为1public static int base = 1;//站点总数public int MaxStation;//时间段需要设置比较长，不然每个时间槽的冲突的可能很大，也就无法仿真了public final int randTime = 1000;//successPost越大，越接近真实情况，曲线也越清晰private int successPost = 1000;//时间槽大小public final int time = 2;//帧的总数public int countPoint = 0;//站队列private List list;//画布private Graphics g;//设置最大发送站点数public void setNum(int num){this.MaxStation = num;}//仿真函数public void GetStatus() {Random r = new Random();int total = 0;int success = 0;list = new ArrayList();//随机产生站点发送数据时间for (int i = 0; i comparator = new Comparator() {public int compare(Data d1, Data d2) { return d1.time - d2.time;} }; Collections.sort(list,comparator);int count = 0; //记录经历过的时间周期while(true){ int temcount = 0; //记录每个时间槽发送帧的次数for(int i = 0; i = count * time && list.get(i).time <= (count+1)*time){total += 1;temcount += 1;}else{break;}}count++;if(temcount == 0){ //没有帧//continue;}else if(temcount == 1){ //成功发送数据success += 1;list.get(0).set(r.nextInt(randTime)+1+count*time);if(success > successPost){break;}}else if(temcount > 1){ //冲突，在随机产生发送数据时间for(int j = 0; j // System.out.println("每包时的尝试次数："+(1.0 * total/count));
// System.out.println("吞吐量："+(1.0*success/count)); }public static void main(String[] args) {Aloha aloha = new Aloha();aloha.initUI(); //初始化UIint i = 0;while(true){i++;aloha.setNum(base*i); //增加站点数aloha.GetStatus();}}public void paint(Graphics g){super.paint(g);draw(g);}//初始化界面public void draw(Graphics g){g.setColor(Color.RED);g.drawLine(100, 400, 500, 400);g.drawLine(100,100,100,400);g.drawString("0", 90, 405);for(int i = 1; i <= 5; i++){g.drawString("|", 100+70*i, 398);g.drawString(i+"", 100+70*i, 413);}g.drawString("G(每包时尝试次数)", 260,430);for(int i = 1; i <= 10; i++){g.drawString("-", 100 , 400-29*i);if(i != 10){g.drawString("0."+i, 80 , 400-29*i);}else{g.drawString(i/10+".0", 80 , 400-29*i);}} int Stringx = 60;int Stringy = 180;g.drawString("每", Stringx, Stringy);g.drawString("包", Stringx, Stringy+14);g.drawString("时", Stringx, Stringy + 14*2);g.drawString("的", Stringx, Stringy + 14*3);g.drawString("吞", Stringx, Stringy + 14*4);g.drawString("吐", Stringx, Stringy + 14*5);g.drawString("量", Stringx, Stringy + 14*6);g.drawString("S", Stringx, Stringy + 14*7+10);g.setColor(Color.BLACK);}//话点public void drawPoint(int x,int y){g.drawLine(x, y, x, y);}//初始化界面参数public void initUI(){FlowLayout f1 = new FlowLayout();this.setTitle("Aloha协议");this.setLayout(f1);this.setSize(640,480);this.setResizable(false);this.setDefaultCloseOperation(JFrame.EXIT_ON_CLOSE);this.setVisible(true);this.g = this.getGraphics();}
}



    效果截图：

    可以看出，分槽Aloha协议信道利用率可以达到0.368左右。但是，我们远不满足这样的一个利用率，效率太低。后来的CSMA协议，可以到达到更高的效率。尤其是0.01-坚持CSMA，它的效率可以接近100%。有兴趣的可以了解下，我就不再此细说了。