Slotted Aloha

ALOHA ist ein Begriff aus dem Bereich der Computernetze und beschreibt ein Zugriffsverfahren der Sicherungsschicht (DLL, OSI-Schicht 2). Das ALOHA-Protokoll wurde 1971 für das ALOHAnet, welches die vielen Inseln um Hawaii mit der Universität von Honolulu, Hawaii verband, entwickelt. Es war ursprünglich als Funknetz gedacht und bildete später die Grundlage für das Ethernet-Protokoll.

ALOHA ist ein stochastisches Zugriffsverfahren in Netzen ohne Kanalabtastung und den CSMA-Verfahren ähnlich, welche jedoch über Kanalabtastung verfügen. Es kann zeitunabhängig (als reines, pure ALOHA) oder unter Verwendung eines zeitabhängigen Verfahrens (unterteiltes, slotted ALOHA) zum Einsatz kommen.

Reines ALOHA

Beim reinen ALOHA kann jeder Teilnehmer zu einem beliebigen Zeitpunkt sein (stets gleichlanges) Datenpaket (Rahmen, engl. frame) verschicken. Versenden mehrere Teilnehmer gleichzeitig ein Paket, so kollidieren und verstümmeln diese und müssen später neu übertragen werden. Jeder Teilnehmer muss für die erneute Übertragung eine vom Zufall bestimmte Zeitperiode warten. ALOHA ist daher wie die meisten Funkprotokolle nicht echtzeitfähig, da nicht garantiert werden kann, wann ein zu sendendes Paket tatsächlich erfolgreich übertragen wird.

Mit diesem Verfahren lässt sich ein Durchsatz von 18% der maximalen Datenrate erzielen. Der Durchsatz lässt sich mit S = G * e ^{− 2G} berechnen (S = Durchsatz pro Rahmenzeit und G = Versuche pro Paketzeit). Bei G = 0,5 erhält man den max. Durchsatz von 18% (=1/(2*e) der Kanalkapazität.

Unterteiltes ALOHA oder slotted ALOHA

Im Gegensatz zum reinen ALOHA darf ein Teilnehmer bei diesem Verfahren nicht zu einem beliebigen Zeitpunkt senden, sondern muss sich an fest vorgegebene Zeitscheiben (engl. slots) von der Länge eines Paketes halten. Jeder Benutzer kann jederzeit in einen dieser Slots schreiben. Wenn mehrere gleichzeitig einen Slot benutzen, kommt es zur Kollision. So können sich beim Auftreten einer Kollision die verstümmelten Pakete jeweils nur voll überdecken. Dadurch lässt sich ein Durchsatz von 37% der maximalen Datenrate erzielen, was einer Verdoppelung gegenüber dem reinen ALOHA entspricht. Unterteiltes ALOHA ist allerdings aufwendiger zu realisieren als das "reine" Verfahren, da alle Teilnehmer eine einheitliche, zentrale Zeitquelle benötigen, damit die "Slots" überall synchron getaktet werden. Das unterteilte ALOHA wurde von Roberts 1972 veröffentlicht.

Berechnung (siehe auch reines ALOHA): S = G * e ^{− G} max bei $G = 1 \rightarrow 36,788%$ = 1/e (37%-Regel).