实验3—— 时隙ALOHA(S-ALOHA)算法的实现及其性能分析

实验说明： 1.   利用Python或Matlab模拟时隙ALOHA算法； 分析标签数量k、时隙大小t对信道利用率的影响，其中， 信道利用率=发送数据的时间/(发送数据的时间+信道空闲的时间) 3.   利用Python或Matlab画出相应的曲线，并分析算法的优缺点。

纯aloha：
对于局域网LAN，反馈信息很快就可以得到；而对于卫星网，发送方要在 270ms 后才能确认数据发送是否成功。通过研究证明，纯ALOHA协议的信道利用率最大不超过18.4%（1/2e ）

时隙Aloha：
信道效率：冲突危险区是纯ALOHA的一半，所以,与纯ALOHA协议相比，降低了产生冲突的概率，信道利用率最高为36.8%。
重发策略：同纯ALOHA ，等待一段随机的时间，然后重发；如再次冲突，则再等待一段随机的时间，直到重发成功为止。
代价：需要全网同步；可设置一个特殊站点，由该站点发送时钟信号

时隙Aloha为什么冲突危险区是纯ALOHA的一半？
因为将时间离散化，所以发生重叠的可能性很小，只有完全在同一个区域内发送才会出现冲突，因此冲突危险区是纯ALOHA的一半

 slottedALOHA.py：

import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt
import random

from task3_slottedALOHA.Tag import Tag

font3 = {'family': 'SimHei',
         'weight': 'normal',
         'size': 20,
         }

slotLength = 10

def cal(tagNum, slotLen):
    """
    function: 计算标签数量为tagNum、时隙大小slotLen时的信道利用率
    :param tagNum: 标签数量
    :param slotLen: 时隙大小
    :return: 返回信道利用率
    """
    tagList = []
    vis = []
    for i in range(tagNum):
        tag = Tag()
        tagList.append(tag)
        tag.slot = random.randint(1, 125)
        vis.append(False)

    ratio = []
    while 1:
        flag = 0
        cnt = 0
        index = []
        for i in range(tagNum):
            if vis[i]:  # 表明该标签已经静默
                flag += 1
            else:
                if tagList[i].slot == 0:
                    cnt += 1
                    index.append(i)
                tagList[i].slot -= 1
        if cnt == 1:  # 表明只有一个标签在该时隙发送数据
            vis[index[0]] = True
            ratio.append(slotLength/slotLen)
        elif cnt > 1:  #表明发生碰撞
            for i in index:
                if vis[i] == False:   #表明该标签数据尚未发送完毕
                    tagList[i].slot = random.randint(1, 250)
            ratio.append(0)
        else:
            ratio.append(0)
        if flag == tagNum:
            break

    print(tagNum, np.average(ratio))
    return np.average(ratio)  # 1.2是为了逼近36.8

def main():
    print('---------------标签数量k对信道利用率的影响--------------')
    tagNum = 250

    ratio = []
    for i in range(1, tagNum*2):
        rate = []
        for j in range(3):
            t = cal(i, slotLength)
            rate.append(t)
        ratio.append(np.average(rate))

    plt.plot(np.arange(1, tagNum*2), ratio, color='r', linestyle='--', marker='*', linewidth=2.0)
    plt.xlabel('标签数量', font3)
    plt.ylabel('信道利用率', font3)
    plt.show()


    print('---------------时隙大小t对信道利用率的影响--------------')
    ratio.clear()
    for i in range(slotLength, slotLength+100):
        rate = []
        for j in range(3):
            t = cal(100, i)
            rate.append(t)
        ratio.append(np.average(rate))

    plt.plot(np.arange(slotLength, slotLength+100), ratio, color='b', linestyle='-', marker='*', linewidth=2.0)
    plt.xlabel('时隙大小', font3)
    plt.ylabel('信道利用率', font3)
    plt.show()


if __name__ == '__main__':
    main()

Tag.py没用，可以不用管

参考资料：

(25条消息) Aloha和时隙Aloha介绍与分析_历久弥坚的博客-CSDN博客_时隙aloha