ما هو بروتوكول ALOHA في الشبكات

في بروتوكول “ALOHA” ترسل كل عقدة أو محطة إطاراً دون محاولة اكتشاف ما إذا كانت قناة الإرسال خاملة أو مشغولة، وإذا كانت القناة خاملة فسيتم إرسال الإطارات بنجاح وإذا حاول إطاران احتلال القناة في وقت واحد فسيحدث تصادم الإطارات وسيتم تجاهل الإطارات، كما قد تختار هذه المحطات إعادة إرسال الإطارات التالفة بشكل متكرر حتى يحدث الإرسال الناجح.

ما هو بروتوكول ALOHA

بروتوكول “ALOHA”: هو بروتوكول وصول متعدد لنقل البيانات عبر قناة شبكة مشتركة، وهي تعمل في الطبقة الفرعية للتحكم في الوصول المتوسط ​​أي الطبقة الفرعية “MAC” لنموذج ربط الأنظمة المفتوحة “OSI“، وباستخدام هذا البروتوكول يتم نقل العديد من تدفقات البيانات الناشئة من عقد متعددة عبر قناة إرسال متعددة النقاط.

• “OSI” هي اختصار لـ “Open Systems Interconnection”.

• “MAC” هي اختصار لـ “Media Access Control Address”.

• “ALOHA” هي اختصار لـ “Advocates of Linux Open-source Hawaii Association”.

إصدارات بروتوكولات ALOHA

أولاً: إصدار Pure ALOHA

إصدار  “Pure ALOHA”: هو النوع الأساسي من مخطط تنازع “ALOHA”، حيث يتم إرسال إطارات البيانات من محطات “VSAT” متعددة باتجاه القمر الصناعي عبر قناة مشتركة وفقاً للطلب، وبسبب الطبيعة المتدفقة لحركة المرور داخل الشبكة وباتباع بروتوكول “ALOHA” النقي فإنّ فرص تصادم إطارات البيانات هائلة.

وهذا بسبب عدم قلق أي من المحطات بشأن ما إذا كانت أي محطة أخرى تقوم بالإرسال في تلك اللحظة بالذات أم لا، لذلك تتعرض حزم البيانات المتعددة للتصادم عند إرسالها عبر قناة مشتركة وكما أنّ حزم البيانات من ثلاث محطات منفصلة يتم إرسالها عبر قناة مشتركة بشكل عشوائي، لذلك ستصطدم إطارات البيانات الموجودة في نفس الوقت على القناة وتضيع في المسار بدلاً من الوصول إلى الوجهة حيث لا يهم ما إذا كان التصادم كاملاً أو جزئياً لأنّ كلتا الحالتين ستؤدي إلى فقدان البيانات.

في هذا النوع وبعد إرسال البيانات تنتظر المحطات إشعار الاستلام من القمر الصناعي، ومع ذلك إذا لم يتم استلام الإقرار خلال فترة زمنية محددة فإنّ المحطات تنتظر فترة زمنية عشوائية، كما تسمى هذه المدة الزمنية العشوائية وقت التراجع وبعد الانتهاء من وقت التراجع وتعيد المحطات إرسال البيانات.

تساعد الطبيعة العشوائية لوقت التراجع على تقليل فرص حدوث مزيد من التصادم لأنّه من الواضح أنّه إذا كانت المحطات المتعددة والتي لم تتلق الإقرار ستعيد إرسال البيانات بعد فترة زمنية محددة، فسيؤدي ذلك إلى تضارب البيانات مرة أخرى، وفي “Pure ALOHA” يكون وقت الإرسال مستمراً وكلما توفرت للمحطة إطار متاح فإنّها ترسل الإطار، وفي حالة حدوث تصادم وتم تدمير الإطار ينتظر المرسل فترة عشوائية من الوقت قبل إعادة إرساله.

• “VSAT” هي اختصار لـ “Very Small Aperture Terminal”.

ثانياً: إصدار split ALOHA

إصدار “split ALOHA”: هو النسخة المتقدمة من “aloha” النقي وظهرت إلى الوجود لزيادة كفاءة السابق والسبب هو أنّ “aloha” النقي لديه فرص أكبر للخضوع للتصادم، كما أنّه في “aloha” النقي يتسبب النقل المتزامن لإطارات بيانات متعددة عبر القناة في حدوث تصادم وفقدان إطارات البيانات.

يقلل “ALOHA split” من عدد الاصطدامات ويضاعف قدرة “ALOHA” النقية، ويتم تقسيم القناة المشتركة إلى عدد من الفواصل الزمنية المنفصلة تسمى الفتحات، كما يمكن للمحطة أن ترسل فقط في بداية كل فجوة، ومع ذلك لا يزال من الممكن حدوث تصادمات إذا حاولت أكثر من محطة الإرسال في بداية نفس الفاصل الزمني.

في مخطط “ALOHA split” يتم تشكيل عدة فتحات لفترات زمنية منفصلة داخل القناة المشتركة الكاملة وبالتالي فإنّ “aloha split” هو نهج توافقي، حيث يتم تنفيذ “aloha” النقي مع القناة “split”.

تطور بروتوكول ALOHA

في السبعينيات اقترح نورمان أبرامسون نظام “ALOHA” كحل فعال لتوفير الوصول اللاسلكي إلى أنظمة الكمبيوتر، واستخدمت شبكة “ALOHA-net” بجامعة هاواي أجهزة إرسال ثابتة في جزر تقع على مسافات تصل إلى عدة عشرات من الكيلومترات، وكانت الميزة الرئيسية لنظام الوصول العشوائي “ALOHA” هي البساطة.

يمكن للمطاريف نقل بياناتها بغض النظر عن نشاط المحطات الأخرى، وإذا نجحت الرسالة ترسل المحطة الأساسية إقراراً عبر قناة ردود الفعل، وإذا لم يستلم الجهاز إشعاراً بالاستلام يعيد الجهاز إرسال الرسالة بعد الانتظار لفترة عشوائية، كما يتم تحديد التأخير بشكل أساسي من خلال احتمال عدم استقبال حزمة أي بسبب تداخل من إرسال آخر ويسمى “الاصطدام”، ومتوسط ​​قيمة وقت الانتظار العشوائي قبل إجراء إعادة الإرسال.

كشفت الدراسات اللاحقة أنّ نظام “ALOHA” غير مستقر لعدد لا حصر له من المستخدمين وتحت ظروف قناة معينة، كما يتم إعادة إرسال الحزم المفقودة في تصادم ولكن إعادة الإرسال تواجه تصادماً مرة أخرى وقد يؤدي هذا إلى إطلاق سيل من محاولات إعادة الإرسال، كما يكاد يكون من المؤكد أنّ “التراكم” أي عدد الحزم التي لم تنجح سابقاً والتي تحتاج إلى إعادة الإرسال ويتخطى أي حد محدود.

تتمثل إحدى طرق تخفيف عدم الاستقرار في التكيف الديناميكي لأوقات الانتظار العشوائية لجميع المطاريف إذا لاحظت المحطة القاعدة حدوث العديد من التصادمات، وأمثلة على طرق ضمان الاستقرار هي طول الإطار الديناميكي “(DFL) ALOHA” بواسطة “Frits Schoute” أو خوارزمية “Stack” بواسطة “Boris Tsybakov et al”، كما يستخدم “DFL” تحكماً مركزياً تتقنه المحطة الأساسية بينما تعد خوارزمية المكدس طريقة لامركزية.

• “DFL” هي اختصار لـ “Device-free localization”.

خصائص بروتوكول ALOHA

• تم تطويره في أوائل السبعينيات في جامعة هاواي.

• الفكرة الأساسية بسيطة للغاية، ولكن توجد العديد من التعديلات.

• يُسمح لأي مطراف بالإرسال دون مراعاة ما إذا كانت القناة خاملة أو مشغولة.

• إذا تم استلام الحزمة بشكل صحيح، ترسل المحطة الأساسية إشعاراً بالاستلام.

• إذا لم يستلم الهاتف المحمول أي إقرار يفترض فقدان الحزمة أو يعيد إرسال الحزمة بعد انتظار وقت عشوائي.

أنواع بروتوكول ALOHA

• “ALOHA” غير موقت، حيث قد يبدأ الإرسال في أي وقت.

• “ALOHA” ذات فترة زمنية محددة، حيث يتم إرسال الحزم في فترات زمنية.

أساسيات بروتوكول ALOHA

يقدم بروتوكول “ALOHA” مخطط اتصال بسيط، حيث يمكن لكل محطة فردية في الشبكة أن تنقل البيانات متى رغبت في القيام بذلك وإنّها واحدة من الأصول المهمة للاتصالات الساتلية، حيث تسمح الاتصالات الساتلية أساساً بنقل إشارة المعلومات من المحطة الأرضية نحو القمر الصناعي في الفضاء، أي الإرسال عبر الوصلة الصاعدة وكما يعيد القمر الصناعي إرسال الإشارة مرة أخرى إلى المحطة أو المحطات الأرضية أي الوصلة الهابطة.

هنا يعمل جميع المستخدمين الثلاثة بطريقة غير منسقة، وهذا يعني أنّه في وقت الإرسال لا توجد محطة على علم بنقل البيانات من محطات أخرى داخل الشبكة، لذلك يحاول العديد من المستخدمين غير المنسقين مشاركة الموارد المتاحة لإرسال البيانات إلى الوحدة المركزية، وبالتالي يسمى مخطط التنازع لأنّ شكلاً من أشكال الخلاف يحدث بين المحطات التي سيتم نقل بياناتها عبر القناة فيما بينها جميعًا.

و”ALOHA” هو أحد البروتوكولات أو الطرق المرتبطة باستخدام الوسيط لنقل إطارات البيانات من المحطات الأرضية إلى الأقمار الصناعية أو من الأقمار الصناعية إلى المحطات الأرضية وكما إنّه مخطط تنازع، حيث لا يوجد تحكم مركزي ويتم إعطاء الأولوية لجميع المحطات أي العقد بشكل متساوٍ.