（田福亭）
一、ALOHA技术的工作原理
ALOHA原是美国夏威夷大学为计算机之间的数据信息传输与交换设计的一种在地面通信网中进行的数据分组广播通信方式，于1973年第一次将该技术用于卫星通信系统。经过反复实验，证明这种技术应用于卫星通信完全可行。其基本工作原理是：
VSAT数据传输包括许多个远端小站，每个小站有一个发射控制单元。首先，将数据分成若干段，给每一个数据段的前边加上一个报头，其中含有发。收方的地址及某些控制比特在每个数据段后面再加上检错码，就构成了一个信息包（packet）。传输控制单元以线路的最大速率发射信息包，但储存器中还保留信息包的“副本”。发射是随机的，工作在这个频率上的所有VSAT小站都可接收到这个信息包，只有与报头中地址码相符的那个站才能检测出发给自己的信号。经验证明，这个信息包没有错误时，就可以发一个应答信号给发端，证实已正确接收；否则不予回答。如果发射站在规定时间内没有收到应答信号，需重新发射该信息包，直到发送成功，也就是收到应答信号为止。
因为各信息包的发射是随机的，偶而会引起相互间的“碰撞”（信息包重叠），或是随机噪声增大引起信息包数据严重误码，这样都会使发射失败而需要重发。若第二次发射失败，再发第三次。但每一次重发时，两个“碰撞”的地球站的等待时间不相同，以降低再次碰撞的概率。所以每个控制单元必须装置随机延迟电路，以获得不同的随机等待时间。如果第二次、第三次碰撞所引起的时间延迟比要求对方响应的时间短得多，对数据传输的影响就很小。
二、ALOHA技术的分类及其在VSAT系统中的应用
所谓VSAT系统，其英文全称为Very Small Aperture Terminals，中文译名为甚小孔径的终端或甚小天线地球站、小型地球站等，通常是指天线口径小于2.5m，由主站运用管理软件高度监测和控制的小型地球站。VSAT系统起始于20世纪80年代初期，由于具有组网灵活、安装方便、价格低廉、功能齐全，能提供数据、话音、图像等多种通信业务，可与ISDN接口等特点，问世以来，深受广大用户的青睐。特别是20世纪90年代后，随着技术上的不断革新和发展，传输速率不断提高，业务范围不断扩大，展现出广阔的发展前景。
ALOHA所用的多址联接技术，实质上是一种无规则的时分多址方式，也称随机联接方式。它是面向用户需要而选取信道的，卫星数据传输网中的每个用户可以随机选取信道。当数据量很大时，卫星信道的传输效率就会急剧下降。因此，它只适合于容量小、地球站却很多的情形。具体来说，可以分为以下几种：
1．纯ALOHA（P-ALOHA）
P-ALOHA是一种完全随机的多址方式，全网不需要定时和同步，各站发射时间是完全随机的。当VSAT小站数目不多时，系统能够很好地工作，其信道利用率比TDMA按需分配方式还要高，并具有一定的抗干扰能力。而当VSAT小站数目很多，传输业务繁忙时，发生碰撞的概率增大，信道的传输效率就降低，最高只能达到18.4％，且存在潜在不稳定性。
2．时隙ALOHA（S-ALOHA）
S-ALOHA是为了改善纯ALOHA而采用的。它规定，信道按时隙划分，每个时隙正好传送一个分组，数据分组到达后，必须等到下一时隙才开始传送，分组间一旦发生碰撞将是百分之百的重叠，发生碰撞后仍经随机延时后分敬重传。它的信道利用率比P-ALOHA有很大改善，最大利用率可达36.8％，但全网需要定时和同步，设备比较复杂，且也存在潜在不稳定性。
3．预约ALOHA（R-ALOHA）
因为在VSAT数据网中，各小站所传输的业务类型和业务量极不相同，为了解决长、短报文的兼容，以防像P-ALOHA或S-ALOHA方式把长报文分成许多个信息包，然后—一发送出去，使传输时延过长的弊病而采用了R-ALOHA。当VSAT小站有数据发送时，需发送一个申请给中心站的按需分配处理器，并表明需要发送的通信量。按需分配处理器通过入站载波把定量的TDMA时隙分配给发出申请的VSAT站。当有多个VSAT站同时向中心站发出申请时，则需排除等候。这种方式可用于数据量变化较大的用户，最大信道利用率可达83.3％，但设备更趋复杂，且平均传输时延较长。
4. 捕获效应ALOHA（C-ALOHA）
它是纯ALOHA的改变型。每个用户以不同的功率发射信号，即使发生碰撞，其中最大的信号能够被对方正确地接收。发射控制单元根据其业务的等级能够改变发射功率。如果不能改，可以对各用户按照它们的优先等级决定其发射功率电平。在设计合理的情况下，C-ALOHA信道的容量可为P-ALOHA的三倍，但如果大量的信息包同时进入卫星转发器信道，由于星上行波管放大器的调幅/调相（AM/PM）转换作用，会将输入电平的幅度起伏变换为调相分量，经数字解调器后，比特差错率将会增大。
5．选择拒绝ALOHA（SREJ-ALOHA）
它规定对信息分组仍以ALOHA方式发射，对每个分组再进一步分成若干个小分组，每个小分组又有各自的报头和前置码，这样在接收端对每个小分组可以独立地进行检测。如果发生信息包碰撞，其中未遭碰撞的小分组被对方站正确接收，只需要重新发射遭到碰撞的小分组。
由于SREJ-ALOHA具有不需要定时同步和适合于信息包长度可变的重要特点，又克服了由于碰撞使信道利用率低的缺点，在非同步系统中容量最高，是一种较好的非时隙随机多址方式，具有广阔的应用前景。
综上所述，对于一个具体的VSAT网络，应根据其所传输的业务种类、容量大小、延时要求、VSAT终端数目、网络结构及卫星转发器的性能参数来综合考虑，合理选择由主站到小站方向出站链路的多址协议和由小站到主站方向人站链路的多址协议，以及它们之间的有效组合，使系统性能价格比处于最佳状态。
摘自《现代通信》
|