ألوها نت

📅 آخر تحديث: ٣١ يوليو ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٣١ يوليو ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 15 صور
الموسوعة الحرة

كانت شبكة ألوها نت ، والمعروفة أيضًا باسم نظام ألوها ، [ 1 ] [ 2 ] [ 3 ] أو ببساطة ألوها ، نظامًا رائدًا لشبكات الحاسوب طُوِّر في جامعة هاواي . بدأت ألوها نت العمل في يونيو 1971، مُقدِّمةً أول عرضٍ عام لشبكة بيانات لاسلكية تعتمد على الحزم . [ 4 ] [ 5 ]

استخدمت شبكة ALOHAnet طريقة جديدة للوصول إلى الوسائط، تُسمى الوصول العشوائي ALOHA ، وترددات فائقة العلو تجريبية (UHF) لتشغيلها. في أبسط صورها، والتي عُرفت لاحقًا باسم Pure ALOHA، كانت الوحدات البعيدة تتواصل مع محطة أساسية (Menehune) عبر ترددين لاسلكيين منفصلين (للوارد والصادر على التوالي). لم تكن العقد تنتظر خلو القناة قبل الإرسال، بل كانت تنتظر تأكيد استلام الرسالة بنجاح، وتعيد إرسالها إذا لم يتم استلام هذا التأكيد. كما كانت العقد تتوقف وتعيد إرسال البيانات إذا اكتشفت أي رسائل أخرى أثناء الإرسال. على الرغم من سهولة التنفيذ، إلا أن هذه الطريقة لم تُحقق سوى كفاءة 18.4%. أما تقنية Slotted ALOHA المُطوّرة لاحقًا، فقد حسّنت كفاءة البروتوكول بتقليل احتمالية التصادم، مما رفع الإنتاجية إلى 36.8%.

استُخدم بروتوكول ألوها لاحقًا في شبكة الإيثرنت السلكية في سبعينيات القرن الماضي، وبعد التطورات التنظيمية في أوائل ثمانينيات القرن نفسه، أصبح من الممكن استخدام تقنيات الوصول العشوائي لبروتوكول ألوها في كلٍ من شبكات الواي فاي وشبكات الهاتف المحمول. استُخدمت قنوات ألوها بشكل محدود في ثمانينيات القرن الماضي في هواتف الجيل الأول لأغراض الإشارة والتحكم. وفي أواخر ثمانينيات القرن نفسه، وسّعت مجموعة التقييس الأوروبية GSM ، التي عملت على نظام الاتصالات المتنقلة الرقمي الأوروبي GSM، استخدام قنوات ألوها بشكل كبير للوصول إلى القنوات اللاسلكية في الاتصالات الهاتفية المتنقلة. وفي أوائل العقد الأول من القرن الحادي والعشرين، أُضيفت قنوات ألوها إضافية إلى هواتف الجيل الثاني والنصف والثالث مع الانتشار الواسع لخدمة الراديو العامة للبيانات (GPRS)، وذلك باستخدام قناة وصول عشوائي مُجزأة بتقنية ألوها، مُدمجة مع نسخة من مخطط ألوها المحجوز الذي حلّله فريق في شركة BBN Technologies لأول مرة .

تاريخ

بدأ تطوير شبكة ألوها، إحدى أوائل تصميمات شبكات الحاسوب، في سبتمبر 1968 بجامعة هاواي تحت قيادة نورمان أبرامسون وفرانكلين كو ، إلى جانب توماس غاردنر، وشو لين، وويسلي بيترسون، وإدوارد ("نيد") ويلدون. كان الهدف هو استخدام معدات راديو تجارية منخفضة التكلفة لربط المستخدمين في أواهو وجزر هاواي الأخرى بحاسوب مركزي يعمل بنظام المشاركة الزمنية في الحرم الجامعي الرئيسي في أواهو. دخلت أول وحدة بث حزم البيانات حيز التشغيل في يونيو 1971. تم توصيل المحطات الطرفية بوحدة توصيل طرفية خاصة باستخدام بروتوكول RS-232 بسرعة 9600 بت/ثانية . [ 6 ]

كانت كلمة ALOHA في الأصل اختصارًا مصطنعًا يرمز إلى Additive Links On-line Hawaii Area. [ 7 ]

استخدمت النسخة الأصلية من بروتوكول ALOHA ترددين مختلفين في تكوين مركزي، حيث يقوم الجهاز المركزي ببث حزم البيانات إلى جميع الأجهزة على قناة الإرسال ، بينما ترسل أجهزة العميل المختلفة حزم البيانات إلى الجهاز المركزي على قناة الاستقبال . إذا تم استلام البيانات بشكل صحيح في الجهاز المركزي، يتم إرسال حزمة تأكيد قصيرة إلى العميل؛ وإذا لم يستلم جهاز العميل تأكيدًا بعد فترة انتظار قصيرة، فإنه يعيد إرسال حزمة البيانات تلقائيًا بعد فترة زمنية محددة عشوائيًا. استُخدمت آلية التأكيد هذه لاكتشاف وتصحيح التصادمات التي تحدث عندما يحاول جهازان عميلان إرسال حزمة بيانات في الوقت نفسه.

تكمن الأهمية الأساسية لشبكة ALOHAnet في استخدامها لوسيط مشترك لنقل البيانات بين العملاء. فعلى عكس شبكة ARPANET، حيث كان بإمكان كل عقدة التواصل مع عقدة واحدة فقط في الطرف الآخر من دائرة سلكية أو فضائية، كانت جميع عقد ALOHAnet تتواصل مع المركز الرئيسي على نفس التردد. هذا يعني ضرورة وجود آلية ما للتحكم في من يمكنه التواصل وفي أي وقت. تمثل حل ALOHAnet في السماح لكل عميل بإرسال بياناته دون التحكم في وقت الإرسال، وتطبيق نظام تأكيد/إعادة إرسال للتعامل مع حالات التصادم. وقد أدى هذا النهج إلى تبسيط البروتوكول وأجهزة الشبكة بشكل جذري، إذ لم تعد العقد بحاجة إلى التفاوض بشأن من يُسمح له بالتواصل.

أصبح هذا الحل يُعرف باسم قناة ألوها النقية، أو قناة الوصول العشوائي، وشكّل الأساس لتطوير الإيثرنت لاحقًا ، ثم شبكات الواي فاي . [ 5 ] كما ظهرت إصدارات مختلفة من بروتوكول ألوها (مثل ألوها الموقّتة) لاحقًا في اتصالات الأقمار الصناعية ، واستُخدمت في شبكات البيانات اللاسلكية مثل ARDIS و Mobitex و CDPD و GSM .

أدخلت شبكة ألوها آلية الوصول المتعدد العشوائي، التي حلت مشكلة تصادم الإرسال بين الأجهزة عن طريق إرسال حزمة البيانات فورًا في حال عدم وجود تأكيد استلام، وإذا لم يتم استلام أي تأكيد، يُعاد الإرسال بعد فترة انتظار عشوائية. [ 8 ] يُعد التوزيع الاحتمالي لفترة الانتظار العشوائية هذه لإعادة إرسال حزمة بيانات لم يتم تأكيد استلامها بالغ الأهمية لاستقرار أنظمة الاتصالات من نوع ألوها. عادةً ما يكون متوسط ​​وقت الانتظار لإعادة الإرسال أقصر من متوسط ​​وقت إنشاء حزمة بيانات جديدة من نفس عقدة العميل، ولكن يجب ألا يكون قصيرًا جدًا لدرجة تُؤثر سلبًا على استقرار الشبكة، مما قد يُؤدي إلى انهيار إنتاجيتها الإجمالية. [ 9 ]

كان من المهم أيضًا استخدام شبكة ALOHAnet لقناة الإرسال الصادرة لبث الحزم مباشرةً إلى جميع العملاء على تردد مشترك ثانٍ، واستخدام عنوان في كل حزمة للسماح بالاستلام الانتقائي في كل عقدة عميل. [ 4 ] تم استخدام ترددات منفصلة للاتصالات الواردة والصادرة إلى المركز بحيث يمكن للأجهزة تلقي إشعارات الاستلام بغض النظر عن عمليات الإرسال.

بروتوكول

ألوها الخالصة

رسم بياني للإطارات المرسلة من 4 محطات مختلفة وفقًا لبروتوكول ALOHA النقي بالنسبة للوقت، مع تظليل الإطارات المتداخلة للدلالة على التصادم.
بروتوكول ألوها النقي. تشير المربعات إلى الإطارات. تشير المربعات المظللة إلى الإطارات التي تصادمت.

كانت النسخة الأصلية من البروتوكول (التي تسمى الآن Pure ALOHA، وهي النسخة المطبقة في ALOHAnet) بسيطة للغاية:

  • إذا كانت لديك بيانات لإرسالها، فأرسل البيانات
  • إذا تلقيت أي بيانات من محطة أخرى أثناء إرسالك للبيانات، فهذا يعني حدوث تصادم في الرسائل. ستحتاج جميع المحطات المرسلة إلى محاولة إعادة الإرسال لاحقًا .

لا يتحقق بروتوكول ألوها النقي من انشغال القناة قبل الإرسال. ونظرًا لاحتمالية حدوث تصادمات، واحتمالية إعادة إرسال البيانات، لا يستطيع ألوها استخدام كامل سعة قناة الاتصال بكفاءة. يرتبط كل من مدة انتظار المحطة قبل إعادة الإرسال واحتمالية حدوث تصادم ارتباطًا وثيقًا، ويؤثر كلاهما على كفاءة استخدام القناة. وهذا يعني أن مفهوم إعادة الإرسال لاحقًا يُعد جانبًا بالغ الأهمية؛ إذ تؤثر جودة آلية التراجع المختارة تأثيرًا كبيرًا على كفاءة البروتوكول، وسعة القناة القصوى، وإمكانية التنبؤ بسلوكه.

لتقييم بروتوكول ألوها النقي، يلزم التنبؤ بمعدل نقل البيانات، أي معدل إرسال الإطارات (الناجح). [ 10 ] لنفترض أولاً بعض الافتراضات المبسطة:

  • جميع الإطارات لها نفس الطول.
  • لا يمكن للمحطات إنشاء إطار بيانات أثناء الإرسال أو محاولة الإرسال. أي أنه أثناء قيام المحطة بإرسال إطار بيانات أو محاولة إعادة إرساله، لا يُسمح لها بإنشاء المزيد من إطارات البيانات للإرسال.
  • يتبع عدد المحطات التي تحاول الإرسال (سواء عمليات الإرسال الجديدة أو عمليات إعادة الإرسال) توزيع بواسون .

لنفترض أن T يمثل الزمن اللازم لإرسال إطار واحد عبر القناة، ولنُعرّف زمن الإطار كوحدة زمنية تساوي T. ولنفترض أن G يمثل المتوسط ​​المستخدم في توزيع بواسون لعدد محاولات الإرسال. أي، في المتوسط، هناك G محاولة إرسال لكل زمن إطار .

رسم بياني لثلاثة إطارات بالنسبة للزمن. يتداخل الإطار الأخضر السابق مع الإطار الأصفر المرسل عند الزمن t0، والذي يتداخل بدوره مع الإطار البنفسجي اللاحق.
تتداخل الإطارات في بروتوكول ALOHA النقي. زمن الإطار يساوي 1 لجميع الإطارات.

لنفترض أن t تشير إلى الوقت المُراد إرسال الإطار فيه. من الأفضل استخدام القناة لفترة إطار واحدة تبدأ عند t ، وأن تمتنع جميع المحطات الأخرى عن الإرسال خلال هذه الفترة.

بالنسبة لأي إطار زمني، فإن احتمال وجود k محاولة إرسال خلال ذلك الإطار الزمني هو:

جيكهـ-جيك!{\displaystyle {\frac {G^{k}e^{-G}}{k!}}}

معدل نقل البيانات مقابل حجم حركة المرور لبروتوكول ألوها النقي وبروتوكول ألوها ذي الفترات الزمنية المحددة.
مقارنة بين نظام ألوها النقي ونظام ألوها ذو الفتحات موضحة على مخطط الإنتاجية مقابل حمل المرور.

يبلغ متوسط ​​عدد محاولات الإرسال خلال فترتي إطار متتاليتين 2G . وبالتالي، بالنسبة لأي زوج من فترتي الإطار المتتاليتين، فإن احتمال وجود k محاولة إرسال خلال هاتين الفترتين هو:

(2جي)كهـ-2جيك!{\displaystyle {\frac {(2G)^{k}e^{-2G}}{k!}}}

وبالتالي، فإن الاحتمال (Pرoبصuرهـ{\displaystyle Prob_{pure}}) احتمال عدم وجود أي محاولات إرسال بين tT و t+T (وبالتالي احتمال نجاح الإرسال بالنسبة لنا) هو:

Pرoبصuرهـ=هـ-2جي{\displaystyle Prob_{pure}=e^{-2G}}

يمكن حساب معدل نقل البيانات بضرب معدل محاولات الإرسال في احتمالية النجاح، ويمكن استنتاج أن معدل نقل البيانات (Sصuرهـ{\displaystyle S_{pure}}) يكون:

Sصuرهـ=جيهـ-2جي{\displaystyle S_{pure}=Ge^{-2G}}

يبلغ الحد الأقصى للإنتاجية 0.5/e إطار لكل إطار زمني (يتم الوصول إليه عندماجي=0.5{\displaystyle G=0.5}وهذا يعادل تقريبًا 0.184 إطارًا لكل إطار زمني. وهذا يعني أنه في بروتوكول Pure ALOHA، يُستخدم حوالي 18.4% فقط من الوقت في عمليات الإرسال الناجحة.

ألوها المشقوقة

رسم بياني للإطارات المرسلة من 8 محطات مختلفة وفقًا لبروتوكول ALOHA ذي الفتحات الزمنية، مع تظليل الإطارات الموجودة في نفس الفتحات للدلالة على التصادم.
بروتوكول ألوها ذو الفتحات. تشير المربعات إلى الإطارات. تشير المربعات المظللة إلى الإطارات الموجودة في نفس الفتحات.

كان بروتوكول ألوها المُجزأ (Slotted ALOHA) تحسينًا لبروتوكول ألوها الأصلي، حيث أدخل فترات زمنية منفصلة وزاد من معدل نقل البيانات الأقصى. [ 11 ] لا يمكن للمحطة بدء الإرسال إلا في بداية الفترة الزمنية، مما يقلل من احتمالية حدوث التصادمات. في هذه الحالة، لا يُؤخذ في الاعتبار سوى محاولات الإرسال خلال إطار زمني واحد، وليس خلال إطارين زمنيين متتاليين، لأن التصادمات لا تحدث إلا خلال كل فترة زمنية. وبالتالي، فإن احتمال عدم وجود أي محاولات إرسال من محطات أخرى في فترة زمنية واحدة هو:

Pرoبsلoتتهـد=هـ-جي{\displaystyle Prob_{slotted}=e^{-G}}

إن احتمال أن تتطلب عملية الإرسال بالضبط k محاولة هو (k-1 تصادم ونجاح واحد): [ 10 ]

Pرoبsلoتتهـدك=هـ-جي(1-هـ-جي)ك-1{\displaystyle Prob_{slotted}k=e^{-G}(1-e^{-G})^{k-1}}

معدل النقل هو:

Ssلoتتهـد=جيهـ-جي{\displaystyle S_{slotted}=Ge^{-G}}

يبلغ الحد الأقصى للإنتاجية 1/e إطار لكل إطار زمني (يتم الوصول إليه عندما G = 1)، وهو ما يقارب 0.368 إطار لكل إطار زمني، أو 36.8٪.

تُستخدم تقنية Slotted ALOHA في شبكات الاتصالات الفضائية التكتيكية منخفضة معدل البيانات من قبل القوات العسكرية، وفي شبكات الاتصالات الفضائية القائمة على المشتركين، وإعداد مكالمات الهاتف المحمول ، واتصالات أجهزة الاستقبال الرقمية ، وفي تقنيات RFID غير التلامسية .

حجز ألوها

يُعدّ بروتوكول ألوها المحجوز (R-ALOHA) محاولةً لتحسين كفاءة بروتوكول ألوها المُجدول (Slotted ALOHA). وتتمثل التحسينات التي يُقدّمها بروتوكول ألوها المحجوز في تقليل التأخيرات بشكل ملحوظ، وقدرته على دعم مستويات استخدام أعلى بكفاءة. وللمقارنة، أظهرت عمليات المحاكاة أن بروتوكول ألوها المحجوز يُظهر تأخيرًا أقل عند استخدام 80% مقارنةً ببروتوكول ألوها المُجدول عند استخدام 20-36%. [ 12 ]

يتمثل الفرق الرئيسي بين بروتوكول ألوها المُخصّص وبروتوكول ألوها المُحجوز في أن بروتوكول ألوها المُخصّص يتيح استخدام أي خانة زمنية بغض النظر عن استخدامها السابق. أما في بروتوكول ألوها المُحجوز، الذي يعتمد على نظام الحجز القائم على التنافس، فتُعتبر الخانة الزمنية "مملوكة" مؤقتًا للمحطة التي استخدمتها بنجاح. بالإضافة إلى ذلك، يتوقف بروتوكول ألوها المُحجوز عن إرسال البيانات بمجرد انتهاء المحطة من إرسالها. وكقاعدة عامة، تُعتبر الخانات الزمنية غير المستخدمة متاحة لجميع المحطات التي يمكنها حجزها (استخدامها) ضمنيًا وفقًا لنظام التنافس.

حجز الحزم - الوصول المتعدد

يُعدّ الوصول المتعدد بحجز الحزم (PRMA) آلية حجز ضمنية. يتكون الإطار من عدد ثابت من الفترات الزمنية. بعد كل إطار، يبث القمر الصناعي حالة كل فترة زمنية من الإطار السابق، مما يشير إلى حالة حجز الفترات الزمنية المقابلة في الإطار التالي. تتنافس جميع المحطات الأرضية الراغبة في الإرسال تمامًا كما في بروتوكول ALOHA ذي الفترات الزمنية المحددة، وذلك خلال أي فترة زمنية "خالية" في الإطار التالي (أي إما لم يقم أحد بالإرسال في تلك الفترة الزمنية من الإطار السابق، أو حدث تصادم عندما أرسلت عدة محطات أرضية في تلك الفترة الزمنية من الإطار السابق). إذا قامت محطة أرضية واحدة فقط بالإرسال خلال فترة زمنية "خالية"، فإنها تنجح في حجز تلك الفترة الزمنية من الإطار، وبالتالي يتم حجزها ضمنيًا في جميع الإطارات اللاحقة. من تلك اللحظة فصاعدًا، يبث القمر الصناعي أن تلك المحطة الأرضية قد حجزت تلك الفترة الزمنية من الإطار، ويمكنها مواصلة الإرسال بمعدل بيانات مضمون خلال تلك الفترة الزمنية؛ بينما تحرص المحطات الأرضية الأخرى على عدم الإرسال خلال تلك الفترة الزمنية، لتجنب حدوث أي تصادمات خلال الفترات الزمنية المحجوزة. عندما لا يكون لدى محطة أرضية ذات خانة محجوزة أي شيء لإرساله، فإنها تتوقف ببساطة عن الإرسال، مما يؤدي إلى إلغاء حجزها؛ يلاحظ القمر الصناعي أن خانته المحجوزة غير مستخدمة في إطار واحد، ويبث هذه المعلومة، مما يشير إلى أن تلك الخانة ستكون "خانة فارغة" في الإطار التالي. [ 13 ] [ 14 ]

تبلغ أقصى كفاءة للقناة في بروتوكول ALOHA ذي الفتحات الزمنية 36%؛ بينما يعمل بروتوكول PRMA على تحسين أقصى كفاءة للقناة إلى 80%. [ 14 ]

الوصول المتعدد المخصص حسب الطلب

يُعدّ الوصول المتعدد المُخصّص حسب الطلب (DAMA)، والذي يُسمى أيضًا بروتوكول ألوها المُخصّص، نظام حجز صريح يُستخدم غالبًا في الاتصالات عبر الأقمار الصناعية. يتناوب DAMA بين مرحلتين: خلال مرحلة الحجز، يعمل DAMA مثل بروتوكول ألوها المُخصّص لعدد مُحدّد من الفترات الزمنية القصيرة، باستثناء أن المحطات الأرضية لا تُرسل حزم بيانات كاملة، بل تُرسل فقط طلبات قصيرة للإرسال لاحقًا. يجمع القمر الصناعي جميع الطلبات الناجحة (أي تلك التي لم تُتلف بسبب التصادم) ويُعيدها كقائمة حجز تُخصّص محطات أرضية مُحدّدة لفترات زمنية مُحدّدة بتقنية تقسيم الوقت (TDM). خلال مرحلة TDM، تلتزم المحطات الأرضية بقائمة الحجز، ولا تُرسل أي منها إلا خلال الفترة الزمنية الطويلة (أو الفترات الزمنية) المُخصّصة لها. قد تحدث تصادمات خلال مرحلة الحجز، ولكن ليس خلال مرحلة TDM. [ 14 ] [ 15 ]

تبلغ كفاءة القناة القصوى لبروتوكول ALOHA ذي الفتحات الزمنية 36%؛ بينما يحسن بروتوكول DAMA كفاءة القناة القصوى إلى 80%. [ 14 ]

ألوها المحمولة ذات الفتحات

بروتوكولات أخرى

أدى استخدام قناة الوصول العشوائي في بروتوكول ALOHAnet إلى تطوير بروتوكول الوصول المتعدد مع استشعار الناقل (CSMA)، وهو بروتوكول وصول عشوائي يعتمد على الاستماع قبل الإرسال، ويمكن استخدامه عندما ترسل جميع العقد وتستقبل البيانات على نفس القناة. وقد تم تصميم نموذج CSMA في القنوات اللاسلكية على نطاق واسع. [ 16 ] يعتمد بروتوكول AX.25 لحزم البيانات اللاسلكية على نهج CSMA مع استعادة التصادم، [ 17 ] استنادًا إلى الخبرة المكتسبة من ALOHAnet. ويُستخدم نوع مُعدّل من CSMA، وهو CSMA/CD، في الإصدارات الأولى من إيثرنت .

تتميز بروتوكولات الوصول العشوائي، مثل بروتوكول ألوها، بتفاوتٍ جوهري في خصائص أداء الإنتاجية والتأخير. ولهذا السبب، قد تستخدم التطبيقات التي تتطلب سلوك تحميل محددًا للغاية أنظمة رئيسية/تابعة أو أنظمة تمرير الرموز (مثل Token Ring أو ARCNET ) بدلاً من أنظمة التنافس .

الأجهزة

كان معالج الاتصالات المركزي عبارة عن حاسوب مصغر من طراز HP 2100 يُدعى "مينيهون"، نسبةً إلى سلالة الأقزام الأسطورية في اللغة الهاوائية ، [ 18 ] وقد سُمّي بهذا الاسم لتشابه دوره مع معالج رسائل واجهة شبكة أربانت (IMP) الأصلي الذي كان قيد النشر في نفس الفترة تقريبًا. في النظام الأصلي، كان "مينيهون" يُعيد توجيه بيانات المستخدم المُستلمة بشكل صحيح إلى الحاسوب المركزي لجامعة هاواي، وهو نظام IBM System 360/65 لتقاسم الوقت. كان "مينيهون" يُحوّل الرسائل الصادرة من نظام 360 إلى حزم، ثم يُرتبها في قائمة انتظار ويُبثها إلى المستخدمين البعيدين بمعدل بيانات يبلغ 9600 بت/ثانية . على عكس أجهزة الراديو نصف المزدوجة في وحدات التحكم الخاصة بالمستخدمين، كان "مينيهون" متصلًا بقنوات الراديو باستخدام معدات راديو مزدوجة كاملة. [ 19 ]

كانت واجهة المستخدم الأصلية المُصممة للنظام عبارة عن وحدة عتادية بالكامل تُسمى وحدة التحكم الطرفية لشبكة ألوها (TCU)، وكانت القطعة الوحيدة اللازمة لتوصيل طرفية بقناة ألوها. تألفت وحدة التحكم الطرفية من هوائي UHF، وجهاز إرسال واستقبال، ومودم، ومخزن مؤقت، ووحدة تحكم. صُمم المخزن المؤقت لسطر كامل بطول 80 حرفًا، مما سمح بمعالجة حزم البيانات ذات الطول الثابت المُحددة للنظام، والتي تتكون من 40 و80 حرفًا. كانت الطرفية النموذجية للمستخدم في النظام الأصلي عبارة عن جهاز Teletype Model 33 أو طرفية مستخدم CRT بسيطة متصلة بوحدة التحكم الطرفية باستخدام واجهة RS-232 قياسية . بعد فترة وجيزة من بدء تشغيل شبكة ألوها الأصلية، أُعيد تصميم وحدة التحكم الطرفية باستخدام أحد أوائل المعالجات الدقيقة من إنتل، وأُطلق على التحديث الناتج اسم وحدة التحكم القابلة للبرمجة (PCU).

تضمنت الوظائف الأساسية الإضافية التي تؤديها وحدات التحكم في الإرسال (TCUs) ووحدات التحكم في معالجة البيانات (PCUs) توليد متجه رمز التحقق من التكافؤ الدوري وفك تشفير الحزم المستلمة لأغراض الكشف عن أخطاء الحزم، بالإضافة إلى توليد عمليات إعادة إرسال الحزم باستخدام مولد فترات عشوائية بسيط. في حال عدم استلام إشعار استلام من جهاز Menehune بعد العدد المحدد من عمليات إعادة الإرسال التلقائية، يُستخدم ضوء وامض كمؤشر للمستخدم. كذلك، ولأن وحدات التحكم في الإرسال ووحدات التحكم في معالجة البيانات لا تُرسل إشعارات استلام إلى جهاز Menehune، يُعرض ضوء تحذير ثابت للمستخدم عند اكتشاف خطأ في حزمة مستلمة. وقد أُدخلت تبسيطات كبيرة على التصميم الأولي لوحدات التحكم في الإرسال ووحدات التحكم في معالجة البيانات لتسهيل تفاعل المستخدم مع الشبكة.

في الإصدارات اللاحقة من النظام، تم تشغيل محطات تقوية لاسلكية بسيطة لربط الشبكة الرئيسية في جزيرة أواهو بالجزر الأخرى في هاواي، وتم توسيع إمكانيات توجيه مينيهون للسماح لعقد المستخدمين بتبادل الحزم مع عقد المستخدمين الأخرى، وشبكة أربانت ، وشبكة أقمار صناعية تجريبية. [ 4 ]

بنية الشبكة

كان الخياران الأساسيان اللذان حددا الكثير من تصميم ALOHAnet هما تكوين النجمة ثنائي القناة للشبكة واستخدام الوصول العشوائي لعمليات إرسال المستخدم.

تم اختيار التكوين ثنائي القنوات بشكل أساسي لضمان نقل فعال لتدفق البيانات الكلي الكثيف نسبيًا الذي يُعاد إلى المستخدمين من قِبل حاسوب المشاركة الزمنية المركزي. كما تم اختيار التكوين النجمي أيضًا بهدف مركزة أكبر عدد ممكن من وظائف الاتصال في عقدة الشبكة المركزية (Menehune) لتقليل تكلفة وحدة التحكم الطرفية (TCU) الأصلية التي تعتمد كليًا على الأجهزة في كل عقدة مستخدم.

صُممت قناة الوصول العشوائي للاتصال بين المستخدمين وجهاز مينيهون خصيصًا لخصائص حركة البيانات في الحوسبة التفاعلية. في نظام اتصالات تقليدي، يُخصص للمستخدم جزء من القناة إما بتقنية الوصول المتعدد بتقسيم التردد أو بتقنية الوصول المتعدد بتقسيم الوقت . ولأنه كان معروفًا أن بيانات الحاسوب والمستخدمين في أنظمة المشاركة الزمنية (حوالي عام ١٩٧٠) كانت متقطعة، فإن هذه التخصيصات الثابتة تُهدر عرض النطاق الترددي عمومًا بسبب ارتفاع نسبة ذروة البيانات إلى متوسطها، وهي سمة مميزة لحركة البيانات.

لتحقيق استخدام أكثر كفاءة لعرض النطاق الترددي في حالة حركة البيانات المتقطعة، طورت شبكة ALOHAnet طريقة تبديل الحزم ذات الوصول العشوائي، والتي تُعرف الآن باسم قناة ALOHA النقية . تُخصص هذه الطريقة عرض النطاق الترددي ديناميكيًا وبشكل فوري للمستخدم الذي لديه بيانات لإرسالها، باستخدام آلية الإقرار وإعادة الإرسال المذكورة سابقًا للتعامل مع حالات تصادم الوصول العرضية. وبينما يجب الحفاظ على متوسط ​​تحميل القناة أقل من 10% تقريبًا لضمان انخفاض معدل التصادم، فإن هذا يُحقق كفاءة أفضل في استخدام عرض النطاق الترددي مقارنةً باستخدام التخصيصات الثابتة في سياق حركة البيانات المتقطعة.

استُخدمت قناتان بتردد 100  كيلوهرتز في نطاق الترددات العالية جدًا (UHF) التجريبي في النظام المُنفذ، إحداهما لقناة الوصول العشوائي من المستخدم إلى الحاسوب، والأخرى لقناة البث من الحاسوب إلى المستخدم. تم تكوين النظام كشبكة نجمية، مما يسمح للعقدة المركزية فقط باستقبال عمليات الإرسال في قناة الوصول العشوائي. استقبلت جميع وحدات التحكم عن بُعد (TCUs) الخاصة بالمستخدمين كل عملية إرسال تُجريها العقدة المركزية في قناة البث. تم إرسال جميع البيانات على دفعات.9600 بت/ثانية  ، مع تغليف البيانات ومعلومات التحكم في حزم.

تتألف كل حزمة من رأسية 32 بت وكلمة فحص تكافؤ للرأسية 16 بت، متبوعة بما يصل إلى 80 بايت من البيانات وكلمة فحص تكافؤ 16 بت للبيانات. تحتوي الرأسية على معلومات عنوان تُحدد مستخدمًا معينًا، بحيث عندما يبث جهاز Menehune حزمة، فإن عقدة المستخدم المقصود فقط هي التي تقبلها.

إرث

هولمز هول مانوا ALOHAnet IEEE Milestone Plaque
معرض IEEE Milestone في الطابق الأرضي من قاعة هولمز، في جامعة هاواي في مانوا

في سبعينيات القرن العشرين، تم استخدام الوصول العشوائي ALOHA في شبكة إيثرنت الناشئة القائمة على الكابلات [ 20 ] ثم في شبكة الأقمار الصناعية Marisat (الآن Inmarsat ). [ 21 ]

في أوائل ثمانينيات القرن العشرين، أصبحت الترددات الخاصة بشبكات الهاتف المحمول متاحة، وفي عام 1985 تم تخصيص ترددات مناسبة لما أصبح يُعرف باسم واي فاي في الولايات المتحدة. [ 22 ] وقد أتاحت هذه التطورات التنظيمية استخدام تقنيات الوصول العشوائي ALOHA في كل من شبكات واي فاي وشبكات الهاتف المحمول.

استُخدمت قنوات ألوها بشكل محدود في ثمانينيات القرن الماضي في هواتف الجيل الأول (1G) لأغراض الإشارة والتحكم. [ 23 ] وفي أواخر الثمانينيات، وسّعت مجموعة التقييس الأوروبية GSM ، التي عملت على نظام الاتصالات المتنقلة الرقمي الأوروبي GSM، استخدام قنوات ألوها بشكل كبير للوصول إلى قنوات الراديو في الاتصالات الهاتفية المتنقلة. بالإضافة إلى ذلك، تم تطبيق خدمة الرسائل النصية القصيرة (SMS) في هواتف الجيل الثاني (2G). وفي أوائل العقد الأول من القرن الحادي والعشرين، أُضيفت قنوات ألوها إضافية إلى هواتف الجيل الثاني والنصف (2.5G) والجيل الثالث (3G) مع الانتشار الواسع لخدمة الراديو العامة للبيانات (GPRS)، وذلك باستخدام قناة وصول عشوائي بتقنية ألوها المُجزأة، مُدمجة مع نسخة من نظام ألوها المحجوز، الذي حللته لأول مرة مجموعة في شركة BBN Technologies . [ 24 ]

مراجع

  1. ↑ أبرامسون، ن. (1970). نظام ألوها - بديل آخر لاتصالات الحاسوب (ملف PDF) . وقائع مؤتمر الحاسوب المشترك لخريف 1970. مطبعة AFIPS.
  2. ↑ كو، ف. ف. (11 يناير 1995). "نظام ألوها". مجلة ACM SIGCOMM لمراجعة اتصالات الحاسوب . 25 (1): 41-44 . doi : 10.1145/205447.205451 . ISSN 0146-4833 . S2CID 2355657 .  
  3. ↑ كو، فرانكلين ف. (1981). "شبكات الحاسوب - نظام ألوها" (ملف PDF) . مجلة البحوث التابعة للمكتب الوطني للمعايير . 86 (6 ) . تقرير مكتب البحوث البحرية: 591-595 . doi : 10.6028/jres.086.027 . PMC 6753009. PMID 34566062. مؤرشف (ملف PDF) من الأصل في 28 فبراير 2017.  
  4. 1 2 3 بايندر، ر.؛ أبرامسون، ن .؛ كو، ف.ف .؛ أوكيناكا، أ.؛ واكس، د. (1975). بث حزم ألوها - نظرة استرجاعية (ملف PDF) . وقائع المؤتمر الوطني للحاسوب لعام 1975. مطبعة AFIPS.
  5. أبرامسون ، ن. ( ديسمبر 2009). "ألوهانت - البحث عن البيانات اللاسلكية [ تاريخ الاتصالات ] " (ملف PDF) . مجلة IEEE للاتصالات . 47 (12): 21-25 . doi : 10.1109/MCOM.2009.5350363 . S2CID 7757418. مؤرشف (ملف PDF) من الأصل بتاريخ 18 يوليو 2011. 
  6. ↑ أبرامسون، نورمان (مارس 1985). "تطوير شبكة ألوهانت". معاملات IEEE في نظرية المعلومات . 31 (2): 119-123 . Bibcode : 1985ITIT...31..119A . doi : 10.1109/TIT.1985.1057021 .
  7. ^ كامينز، روبرت م. بوتر، روبرت إي. (1998). Måalamalama: تاريخ جامعة هاواي . مطبعة جامعة هاواي. ص. 159. ردمك  9780824820060تم الاطلاع عليه بتاريخ 2 أغسطس 2015 .
  8. ↑ والراند، جان؛ باريك، شيام (2010). شبكات الاتصال: مقدمة موجزة . جامعة كاليفورنيا، بيركلي: سلسلة منشورات مورغان وكلايبول. الصفحات 28-29 . ISBN  9781608450947.
  9. ↑ كارليال، أ.ب. وهيلمان، م.إ. (1975) "السلوك ثنائي الاستقرار لأنظمة ألوها"، معاملات IEEE في الاتصالات، المجلد COM-23، الصفحات 401-410، أبريل 1975.
  10. 1 2 تانينباوم، أ.س. (2003). شبكات الحاسوب . برنتيس هول بي تي آر. رقم ISBN 9780130661029– عبر أرشيف الإنترنت.
  11. ↑ روبرتس، لورانس ج. (أبريل 1975). "نظام حزم ألوها مع وبدون فتحات والتقاط". مجلة ACM SIGCOMM لمراجعة اتصالات الحاسوب . 5 (2): 28-42 . doi : 10.1145/1024916.1024920 . S2CID 3062884 . 
  12. ↑ "التحقق من صحة محاكاة ألوها - علوم الحاسوب - مقدمة من Laynetworks.com" . www.laynetworks.com . مؤرشف من الأصل بتاريخ 1 أغسطس 2003.
  13. ↑ أليكس براند؛ حامد أغفامي. "بروتوكولات الوصول المتعدد للاتصالات المتنقلة: GPRS وUMTS وما بعدها ". 2002. ص 77.
  14. 1 2 3 4 سيد عمران باتيل، د. م. براساد، د. أنكور جويال، شيفكانت كوشيك "الشبكات اللاسلكية والحوسبة المتنقلة" . 2021. ص 33.
  15. ↑ رامجي براساد؛ مارينا روجيري. "اتجاهات التكنولوجيا في الاتصالات اللاسلكية" . 2003. ص 44.
  16. ↑ كلاينروك، لين ؛ توباجي، فؤاد أ. (1975). "تبديل الحزم في قنوات الراديو: الجزء الأول - أنماط الوصول المتعدد مع استشعار الناقل وخصائص معدل النقل والتأخير الخاصة بها" (ملف PDF) . معاملات IEEE في الاتصالات . 23 (COM-23): 1400-1416 . Bibcode : 1975ITCom..23.1400K . CiteSeerX 10.1.1.475.2016 . doi : 10.1109/tcom.1975.1092768 . S2CID 5879608. مؤرشف من الأصل (ملف PDF) بتاريخ 2017-08-09 . تم الاسترجاع بتاريخ 2017-11-01 .  
  17. ↑ "بروتوكول الوصول إلى وصلة AX.25 لراديو الحزم للهواة" (ملف PDF) . راديو حزم هواة توكسون . 1997. ص 39. مؤرشف من الأصل (ملف PDF) بتاريخ 11-06-2014 . تم الاطلاع عليه بتاريخ 06-01-2014 . 
  18. ↑ ماري كاوينا بوكوي ؛ صموئيل هويت إلبرت (2003). "البحث عن كلمة مينيهون " . في قاموس هاواي . أولوكاو، المكتبة الإلكترونية الهاوائية، مطبعة جامعة هاواي . تم الاطلاع عليه في 11 أغسطس 2011 .
  19. ↑ كو، فرانكلين ف. (نوفمبر-ديسمبر 1981). "شبكات الحاسوب - نظام ألوها" (ملف PDF) . مجلة البحوث الصادرة عن المكتب الوطني للمعايير . 86 (6): 591-595 . doi : 10.6028/jres.086.027 . ISSN 0160-1741 . PMC 6753009. PMID 34566062. تاريخ الاسترجاع : 12 يوليو 2014 .   
  20. ↑ ميتكالف، روبرت م .؛ بوغز، ديفيد ر. (يوليو 1976). "إيثرنت: تحويل الحزم الموزع لشبكات الحاسوب المحلية" . مجلة الاتصالات ACM . 19 (7): 395-404 . doi : 10.1145/360248.360253 . S2CID 429216 . 
  21. ↑ ليبكي، ديفيد دبليو؛ سويرينجن، دي دبليو؛ باركر، جيه إف؛ شتاينبريكر، إي إي؛ كالفيت، تي أو؛ دودل، إتش. (خريف 1977). "ماري سات - نظام اتصالات فضائية بحرية" (ملف PDF) . مراجعة كومسات التقنية . 7 : 351-391 . رمز Bibcode : 1977COMTR...7..351L . OCLC 785438248 . 
  22. ↑ "ترخيص أنظمة الطيف المنتشر بموجب الجزأين 15 و90 من قواعد ولوائح لجنة الاتصالات الفيدرالية" . لجنة الاتصالات الفيدرالية. 18 يونيو 1985. مؤرشف من الأصل (TXT) بتاريخ 28 سبتمبر 2007. تم الاطلاع عليه بتاريخ 31 أغسطس 2007 .
  23. ↑ ستافينو، ب. (1984). خصائص معدل النقل والتأخير واعتبارات الاستقرار لقناة الوصول في نظام الهاتف المحمول . وقائع مؤتمر ACM SIGMETRICS لعام 1984 حول قياس ونمذجة أنظمة الحاسوب. الصفحات 105-112 . 
  24. ↑ كروثر، ويل (يناير 1973). نظام للاتصالات الإذاعية: الحجز - ألوها . وقائع المؤتمر الدولي السادس لعلوم الأنظمة في هاواي. هونولولو. ص 371-374 . 

للمزيد من القراءة

  • ستالينغز، ويليام (1988). اتصالات البيانات والحاسوب (  الطبعة الثانية). ماكميلان. الصفحات 296-302 . ISBN  978-0-02-415451-4.
  • R. Metcalfe, Xerox PARC memo, من Bob Metcalfe إلى Alto Aloha Distribution بشأن الاستحواذ على Ether ، 22 مايو 1973.
  • R. Binder, ALOHAnet Protocols, ALOHA System Technical Report, College of Engineering, University of Hawaiʻi, September, 1974.
  • R. Binder, WS Lai and M. Wilson, The ALOHAnet Menehune – Version II, ALOHA System Technical Report, College of Engineering, University of Hawaiʻi, September, 1974.
  • ن. أبرامسون، التقرير الفني النهائي لنظام ألوها، وكالة مشاريع البحوث المتقدمة، رقم العقد NAS2-6700، 11 أكتوبر 1974.
  • N. Abramson "معدل نقل البيانات لقنوات البث الحزمي"، معاملات IEEE في الاتصالات، المجلد 25 العدد 1، الصفحات 117-128، يناير 1977.
  • م. شوارتز، الاتصالات اللاسلكية المتنقلة، مطبعة جامعة كامبريدج، 2005.
  • KJ Negus و A. Petrick، تاريخ الشبكات المحلية اللاسلكية (WLANs) في النطاقات غير المرخصة، مؤتمر كلية الحقوق بجامعة جورج ماسون، مشروع اقتصاد المعلومات، أرلينغتون، فيرجينيا، الولايات المتحدة، 4 أبريل 2008.
  • هـ. وو؛ س. تشو؛ ر. ج. لا؛ ش. ليو؛ ي. تشانغ. "FASA: تسريع بروتوكول S-ALOHA باستخدام سجل الوصول لاتصالات M2M القائمة على الأحداث" (ملف PDF) . مجلة IEEE/ACM للمعاملات في الشبكات، 2013. مؤرشف من النسخة الأصلية (PDF) بتاريخ 23 يناير 2015. تم الاطلاع عليه بتاريخ 22 يناير 2015 .