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wordpress如何抓取,seo相关ppt,app开发价格公司,网站登录qq在无线通信的历史长河中#xff0c;ALOHA 协议有着特殊的地位。它诞生于 1970 年代的夏威夷大学#xff0c;初衷是为了解决群岛之间分散的计算机如何通过无线电连接到中心主机的问题。
想象一下#xff0c;夏威夷的各个岛屿之间隔着大海#xff0c;拉网线是不可能的。最简…在无线通信的历史长河中ALOHA 协议有着特殊的地位。它诞生于 1970 年代的夏威夷大学初衷是为了解决群岛之间分散的计算机如何通过无线电连接到中心主机的问题。想象一下夏威夷的各个岛屿之间隔着大海拉网线是不可能的。最简单的办法就是大家都装上无线电台。但是如果没有指挥官大家都想发就发信号岂不是在空中撞成一锅粥这就引出了我们今天的主角ALOHA 协议。第一章缘起 —— 为什么需要等待首先我们看 它展示了 ALOHA 协议最经典的物理场景卫星通信。场景地面上的接收锅基站向天上的卫星发送数据。延时挑战请注意图中大箭头里的公式$T_{txm} 2T_{prop}$。$T_{txm}$是你把数据发完需要的时间说话的时间。$T_{prop}$是信号飞到卫星再飞回来的传播延迟。含义因为卫星离我们要么很远同步轨道约3.6万公里信号跑一趟需要很久。这意味着你发出去一句话要过很久才能知道对方或卫星听没听见。如果没收到确认ACK你就得假设刚才的话“丢”了。这种长延时环境决定了 ALOHA 协议必须具备一种机制怎么确认成功失败了怎么办第二章纯 ALOHA (Pure ALOHA) —— 有话直说的莽撞人最早的 ALOHA 协议非常简单粗暴被称为Pure ALOHA。2.1 流程解析 (结合 Image 2)请看流程图这是纯 ALOHA 的思维逻辑Packet Ready? (有数据吗)一旦有数据生成比如你敲下了回车键。Transmit (立即发送)注意看流程图里没有任何等待直接就发。比喻这就像在一个没有主持人的会议室里你想说话就直接张嘴不管别人是不是正在说。Wait 2-way propagation delay (等待往返延时)发完后你竖起耳朵听有没有回音ACK。Positive Ack? (收到确认了吗)Yes太好了发送成功。No说明撞车了Collision。Random Backoff (随机退避)这是关键如果撞车了你不能立刻重发否则会和刚才撞你的人再次相撞。你需要计算一个随机数 $k$等待 $k$ 段时间后再重试。2.2 效率瓶颈这种“想发就发”的模式虽然简单但效率极低。只要你的信号和别人的信号有一丁点重叠两个包就都废了。脆弱时间 (Vulnerable Time)长达2倍的数据包时长。因为你不仅怕你发的时候有人干扰还怕你发到一半有人突然开始说话。第三章时隙 ALOHA (Slotted ALOHA) —— 守时的文明人为了解决纯 ALOHA 容易撞车的问题人们发明了改进版Slotted ALOHA。3.1 流程解析请对比和你会发现一个核心区别关键差异在 Packet Ready 和 Transmit 之间多了一个方框 ——Delay to beginning of next slot (等到下一个时隙开始)。机制时间被切成了一段段整齐的“时隙”Slot。不管你什么时候想说话你必须忍到下一个整点时刻才能张嘴。比喻会议室里挂了一个钟大家约定只能在秒针指到 12 的瞬间同时开始说话。如果你在 12:01 想说话对不起请憋到 12:12 或者是下一分钟的 00 秒。3.2 为什么这样更好通过强制大家“整点发送”消除了“部分重叠”的可能性。两个包要么完全不撞要么撞个正着。这把脆弱时间减半了碰撞概率大幅降低。第四章数据会说话 —— 效率大比拼口说无凭我们来看看数学推导的结果。请看曲线图这张图展示了吞吐量 (Throughput, S)与网络负载 (Offered Traffic, G)的关系。Pure ALOHA (下方的曲线)它的峰值非常低只有$1/(2e) \approx 0.18$。这意味着即使网络负载调到最优G0.5这个网络也只有18.4%的时间在有效传输数据剩下80%的时间都在撞车或空闲。评价效率惨不忍睹。Slotted ALOHA (上方的曲线)它的峰值翻了一倍达到了$1/e \approx 0.37$。在最优负载下G1.036.8%的带宽被有效利用了。评价虽然不到40%看起来也不高但对于一个完全随机、无需中心调度的系统来说这已经是巨大的进步。总结该怎么选特性Pure ALOHA (纯)Slotted ALOHA (时隙)发送时机随时立刻必须等到时隙开始 (Next Slot)同步需求无需同步 (简单)全网需要时间同步 (复杂)最大效率~18.4%~36.8% (翻倍)比喻菜市场吵架抢答器游戏ALOHA 的遗产虽然现代 Wi-Fi (802.11) 已经不再直接使用原始的 ALOHA但 ALOHA 中的 随机退避 (Random Backoff) 思想被完美继承了下来成为了现代无线网络CSMA/CA避免拥堵的核心机制。当你连不上 Wi-Fi 时你的手机可能正像画的那样在默默地执行着那个 Delay k 的循环呢。