当用户站台数目很多时,使用ALOHA协议的系统的吞吐量可能会因为通道碰撞(collision)严重而急剧下降,甚至导致系统瘫痪。下面解释各种媒介存取控制(Medium Access Control, MAC)协议及其在高负载下的表现:
ALOHA:ALOHA是最简单的无线接入协议,分为纯ALOHA和时隙ALOHA两种。在ALOHA协议中,每个站台在有数据要发送时就立即发送。如果发生碰撞,站台会随机等待一段时间后重试。随着用户数的增加,碰撞的概率急剧上升,导致网络效率大幅下降。在高负载情况下,因为几乎所有的数据包都需要重传,系统吞吐量会急剧下降,可能导致网络瘫痪。
CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection):CSMA/CD是一种用于有线网络的MAC协议,如以太网。它通过侦听数据传输前的信道空闲来减少碰撞。如果发生碰撞,CSMA/CD会停止传输,并通过退避算法等待一个随机时间段后重试。虽然CSMA/CD能有效降低碰撞发生的概率,但在用户数极多时,碰撞仍会增加,导致效率下降。然而,相比ALOHA,CSMA/CD的性能下降不会那么剧烈。
CSMA/CA (Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance):CSMA/CA主要用于无线网络,如Wi-Fi。它通过侦听信道是否空闲并使用一种称为RTS/CTS(请求发送/清除发送)的机制来避免碰撞,从而提高网络效率。尽管在用户数增加时碰撞的概率也会增加,但CSMA/CA设计有减少碰撞和避免碰撞的机制,因此其性能下降的速度会比ALOHA和CSMA/CD慢。
TDMA (Time Division Multiple Access):TDMA通过将信道时间划分为多个时隙并分配给不同的用户,从而避免了碰撞的发生。每个用户在其指定的时隙内发送数据,因此理论上不会发生碰撞。TDMA适合用户数很多的场景,因为它可以确保每个用户都有固定的时间段来发送数据,从而避免了碰撞的问题。但TDMA的缺点是需要严格的时间同步。
综上所述,ALOHA是在用户数目很多时,由于通道碰撞严重,可能导致系统吞吐量急剧下降甚至瘫痪的协议。其根本原因在于ALOHA协议的简单性和在高负载下处理碰撞的低效率。