通信网是将地理上孤立的工作站或用户终端设备互连起来，组成数据链路，用于实现数据信息交换的系统网络。通信网除了需要用户终端设备和信道外，还必须具备交换路由设备。交换和路由设备能够实现通信网内任意两点之间交换信息。最早的通信方式是通过电路交换来实现信息交换的目的。在电路交换中，所有的信息都必须通过交换机或转接站转发。所有用户站点、信道、中心交换机构成一个互联互通的通信网，以达到数据信息交换的目的。然而，ALOHA协议的出现给网络通信技术带来了翻天覆地的变化。ALOHA网络是世界上最早使用随机访问和竞争发送协议的无线电计算机通信网[1]，而且它是1968年美国夏威夷大学的一项研究项目。ALOHA网络利用无线广播技术实现了分组交换，它成为了最早的无线数据通信协议。ALOHA在夏威夷是一种致意的问候语，这个项目的研究目的是要解决夏威夷群岛之间的通信问题。ALOHA网络可以通过无线广播分组技术实现各岛的用户从一点到多点的数据通信[2]。本文通过分析局域网中ALOHA协议的原理为基础，并通过仿真实验设计，表明ALOHA协议的优劣与通信网哪些性能参数有关，并且提高学生对网络通信协议分析能力。

1多址接入协议

多址接入协议(Multiple Access Protocol)又称为“分组无线电通信”，它是利用分组交换技术来解决多用户共享信道资源的一种技术，实现了减少数据碰撞和提高信道吞吐量的目的[3]。常见的多址接入协议有ALOHA协议、改进的ALOHA协议和CDMA协议等。

1.1多址接入协议的特点

蜂窝无线通信系统属于一种无线通信，无线通信系统的重要目标是利用有效的信道资源，实现所有用户共享一个信道，而多址接入协议就是为了满足这一目标而设计的。[4]ALOHA协议便是一种最常见的多址接入协议。多址接入协议应该具有以下特点：

(1)协议可以实现多用户共享同一信道，并且要求所有用户遵循同一规则，协议按照统一规则分配信道容量。

(2)协议应具有一定的灵活性，可以处理不同的业务，比如视频、语音等数据。

(3)共享信道的每个用户具有相同概率获得信道，相当于每个用户平均获得相同的信道容量。

(4)协议能够以高信道吞吐量和低传输延迟的方式分配传输信道。

(5)协议需要保证通信系统的稳定性。当用户需要传输的信息量高于信道吞吐量时，协议能够保证信道正常传输。

(6)协议应具有鲁棒性(Robustness)[5]。即系统出现一定的结构参数改变或系统故障时，协议维持系统性能不会发生改变。

1.2多址接入协议的分类

多址接入协议主要分为三类[6]：非竞争(调度)多址接入协议、竞争(随机)多址接入协议，以及CDMA协议。

非竞争(调度)多址接入协议通过调度的方式避免对各用户同时占用同一信道[7]。其中调度的方式可分为按需分配和固定分配。按需分配是指用户需要占用信道传输数据时才分配信道容量，而固定分配是指每个用户按照时间或频率被分配相同的信道容量。

竞争(随机)多址接入协议是指任何一个用户传输的数据都有可能与其他用户发生碰撞，只要有两个或两个以上的用户同时将数据传输到信道中[8]。一旦发生碰撞，只能通过协议随机对碰撞数据进行处理。竞争多址接入协议又分为随机(带保留)接入协议和重复(随机)接入协议。随机(带保留)接入协议是指用户接入信道的初始方式采用随机接入，而一旦用户接入信道以后，开始采用调度方式进行数据传输，直到最后数据传输结束为止。

码分多址协议(简称CDMA)既不是竞争(随机)多址接入协议也不是非竞争(调度)多址接入协议。CDMA是一种采用扩频多址数字式技术进行通信的协议，通过特殊的代码序列建立信道，一般用于2G或3G无线通信中。CDMA可以实现多路信号无冲突地占用一条信道，并同时传输数据，极大提高了带宽利用率。

2ALOHA协议仿真模型

实际系统中的协议实现比较复杂，而使用Matlab来考察ALOHA协议的性能，方法简单，易于实现，而且节省成本。因此，需要建立ALOHA相应的协议仿真模型。

2.1ALOHA仿真系统模型

ALOHA协议仿真系统模型属于数据包通信，其系统中包括一个接入点和多个终端。数据包通信系统仿真模型如图1所示。

在ALOHA协议仿真系统模型中，终端具有相同的结构，都具有Buffer(缓冲区)，数据包到达终端时，首先暂存在Buffer中，然后按照先进先出(FIFO)的顺序传输数据包。缓冲区的大小不受任何限制，当Buffer存取数据包已满时，再进入Buffer的数据包将会被丢弃。该状态被称为阻塞状态，它与数据包传输失败不同。数据包传输失败是指Buffer中的数据包没有传送到接入点的Buffer。如果系统具有无数个终端时，则称为无限呼叫源模型，而系统具有有限个终端时，则称为有限呼叫源模型。在系统模型分析时，通常假设是有限呼叫源模型。

文章来源：《信息通信技术与政策》 网址: http://www.xxtxzz.cn/qikandaodu/2020/0914/755.html