Наименование Артикул Цена Скидка К-во Стоимость
{$description} {$articul} {$price} {$sum} 1
Всего: ${quantity} ${sum}
Корзина заказов:
Ваша корзина пуста



Развитие стандарта IEEE 802.16 способствует его применению в системах широкополосного беспроводного доступа

на главную Статьи ЧАО «Рокс» Развитие стандарта IEEE 802.16 способствует его применению в системах широкополосного беспроводного доступа

Предисловие
           
В настоящее время системы широкополосного беспроводного доступа (BWA) вызывают все больший и больший интерес разработчиков и исследователей. Подчиняясь этой тенденции, группа по созданию стандарта IEEE 802.16  продолжает процесс дальнейшей стандартизации физического уровня (PHY) и уровня контроля доступа (MAC) для систем BWA [1]. Предложенный этой группой MAC соответствует нескольким технологиям физического уровня и предоставляет производителям возможность выбора типа модуляции и схем кодирования в зависимости от качества канала передачи. Здесь приводятся выдержки из сообщения этой группы, в котором даны результаты моделирования радиолинии стандарта IEEE 802.16 с помощью OPNET и оценка ее работы на уровне MAC для различных вариантов физического уровня. Приведенные в сообщении результаты показывают величину задержки и параметры пропускной способности для радиолинии стандарта IEEE 802.16 при использовании квадратурной манипуляции фазовым сдвигом (QPSK) и квадратурно - амплитудной модуляции (QAM) в условиях канала с аддитивным белым Гауссовским шумом (AWGN). Эти результаты демонстрируют необходимость применениия с целью улучшения работы сети алгоритма динамического переключения различных профилей пакетов на PHY уровне при изменении условий распространения в канале передачи.

I. Введение  

Среди быстро растущего разнообразия систем высокоскоростного доступа в Интернет, применяемых в секторе квартир индивидуальных пользователей и малых офисов, и равно быстрого роста разнообразия технологий «последней мили», широкополосный беспроводной доступ появился как многообещающее решение. Несмотря на свою способность к предоставлению высокоскоростных мультимедийных услуг и быстрому гибкому развертыванию, системы BWA тем не менее утратили позиции наиболее рентабельного выбора на рынке. Недостаточное развитие стандартов и относительно тяжелые эксплуатационные режимы, задаваемые беспроводным каналом, -  являются вероятно главными причинами медленного роста производства систем BWA. До недавнего времени большинство производителей систем BWA  использовали собственные схемы. Чаще всего с этой целью к их беспроводным аналогам приспосабливались популярные стандарты для проводных линий. На развитие эффективных и адаптивных уровней MAC для BWA уже были направлены ранее проведенные исследования [2].
Группа IEEE 802.16 недавно опубликовала собственный  стандарт эфирного интерфейса WirelessMANTM [1], который стандартизирует уровни MAC и PHY для фиксированных систем BWA. Существенный аспект этого стандарта состоит в том, что он стремится сохранить большую часть из того, что находится уже в использовании на рынке, и пытается упростить процесс развития систем, рекомендуя методы, основанные на уже широко распространенных технологиях.
Многие из произведенных по собственным схемам  систем BWA приспосабливают MAC DOCSIS v.1.1 [3] для работы в беспроводной cреде распространения, используя схемы PHY уровня на основе QPSK и QAM. Эфирный интерфейс WirelessMANTM также основан на подобных решениях. Он был разработан для  систем, работающих в интервале частотного диапазона от 10 до 66 ГГц. Этот эфирный интерфейс стандартизирует общий, основывающийся на DOCSIS, MAC при большом разнообразии вариантов PHY уровня. Для обеспечения работы в столь широком спектре частот на PHY уровне поддерживаются различные типы модуляции и  схем кодирования. Стандарт IEEE 802.16 также определяет протокол контроля радиолинии (RLC), позволяющий реализовать динамическое переключение конфигураций PHYуровня. Такое переключение позволяет достичь того, что система приобретает способность приспосабливаться к различным ухудшениям параметров канала на физическом уровне в виде затухания в дожде и последствий многолучевого режима распространения.
Проведенные далее исследования были сосредоточены на оценке работы стандарта IEEE 802.16 в плане способности к адаптации на PHY уровне. Главное внимание посвящалось изучению работы различных вариантов PHYуровня, предлагаемых стандартом IEEE 802.16, при различных условиях в радиоканале. На основании этих исследований был предложен алгоритм, который позволяет осуществить адаптивную модуляцию и кодирование в таких системах. Цели исследования еще не достигнуты окончательно. Здесь представлен уровень, достигнутый на настоящий момент.
Для моделирования системы IEEE 802.16 были применены модели DOCSIS OPNET.  Моделировались также параметры прямого канала при различных типах модуляции.
В дальнейшем материал будет изложен в таком порядке. В разделе II кратко описан  непосредственно стандарт  IEEE 802.16. В разделе III описан новый метод моделирования и обсуждается, как отразить эффекты на PHY уровне в OPNET.  В разделе IV подведены итоги и изложены полученные данные. Работа заканчивается  кратким обсуждением задач, которые предстоит решить при дальнейших исследованиях (раздел V).

II. Обзор стандарта IEEE 802.16.

IEEE 802.16 - это стандарт эфирного интерфейса WirelessMANTM для фиксированных сетей  BWA, предназначенных для покрытия больших зон обслуживания (MAN). Стандарт перекрывает широкий диапазон частотного спектра от 10 до 66 ГГц. Механизм распространения радиоволн в этой области спектра позволяет ограничиться использованием только того оборудования, которое предназначено для работы в режиме «прямой видимости». Стандарт был разработан для широкополосных сетей типа «точка – многоточка», где базовая станция (BS) передает сообщения множеству станций подписчиков (SS), располагающихся в ее зоне обслуживания.
BS поддерживает режим временного мультиплексирования (TDM) при передаче информации по беспроводному каналу. Станции подписчиков используют множественный  доступ с разделением во времени (TDMA) в обратном канале и передают информацию в направлении BS за время выделенных для них временных слотов.

2.1   Краткий обзор уровня MAC.

IEEE 802.16 MAC управляет доступом в обратном канале, используя разновидность системы TDMA – по Требованию Назначенный Множественный Доступ (Demand Assined Multiple Access - DAMA). BS управляет распределением полосы пропускання в обратном канале. Станции подписчиков запрашивают о возможности передачи своих сообщений по обратному каналу. BS собирает эти запросы и предоставляет разрешения станциям подписчиков на основании соглашений по качеству их обслуживания. Эти возможности передачи могут быть предварительно оговорены  для специфических подписчиков или могут быть сделаны доступными для соревнования всем SS. Восходящий  канал разделен на поток минислотов. Система делит время на последовательность физических слотов (PS). Каждый физический слот имеет продолжительность, равную четырем символам модуляции. Каждый минислот – это некоторое количество PS. Всякий раз, когда SS желает использовать обратный канал, она запрашивает о возможности передачи некоторого объема информации, выраженного в единицах минислотов. BS в течение некоторого времени принимает эти запросы и создает карту распределения, описывающую распределение канала в течение определенного периода в будущем. Этот период назвается «временем карты».
Сообщение о состоянии карты распределения передается по эфиру к SS. Сообщение карты (MAP) может ассигновать определенное число минислотов для специфических SS и зарезервировать определенное число слотов, открытых для передачи на соревновательной основе. Коллизии, которые происходят при попытках передачи в соревновательных слотах, разрешаются при использовании укороченного бинарного экспоненциального алгоритма возврата.
Сообщение MAP непосредственно несет Информационные Элементы (IE), которые определяют, каким образом отдельный интервал может использоваться в обратном канале. Информационные элементы запроса определяют интервал в обратном канале, в течение которого SS может сделать запросы о полосе пропускання в обратном канале. IE Начального Обслуживания определяют те временные интервалы, когда новые SS могут войти в сеть. IE Обслуживания Станции определяют временные интервалы, когда SS могут выполнить контроль мощности и расположения. Тип Пакета Предоставления Данных IE определяет временные интервалы, когда SS могут передать единицы данных протокола (PDU) по обратному каналу.
IEEE 802.16 MAC определяет планирование различных классов обслуживания. Каждая станция подписчика (SS) договаривается о ее обслуживании с базовой станцией (BS) во время установки связи. Эта политика планирования проводится BS путем ассигнования  полосы пропускания в обратном канале для каждой SS. Услуги планирования, определенные в IEEE 802.16, основаны на предлагаемых  стандартом DOCSIS v. 1.1 [4].
Определенные в IEEE 802.16 услуги планирования - это Незапрашиваемое Обслуживание Предоставления (UGS), Обслуживание Опроса Реального времени (rtPS), Обслуживание Опроса Нереального времени (nrtPS) и Принудительно Улучшенное Обслуживание (BE). UGS предназначен для того, чтобы поддерживать услуги, которые производятся с помощью пакетов фиксированных размеров на периодической основе [2]. Чтобы ограничивать количество данных, вовлеченных в процесс предоставления запроса, это обслуживание предассигнует периодические гранты для SS.  Размер предоставления – это параметр системы, который оговаривается при установке связи как часть соглашения об обслуживании. UGS предназначается для применения в линиях типа E1/T1.
Обслуживание Опроса Реального времени предназначается для применений, которые нуждаются в  обслуживании в реальном времени, но производят пакеты данных переменной длины типа голосовой связи по Интернет-Протоколу (VoIP), текущего аудио и текущего видео. Эта схема обслуживания гарантирует возможность периодического повторения запроса, который может использоваться SS для того, чтобы просить об определенном предоставлении в реальном времени.
Обслуживание Опроса Нереального времени разработано для того, чтобы способствовать тем применениям, которые не требуют режима реального времени, таких как, например, оптовые передачи файлов, которые могут потребовать больших полос пропускания, но при этом могут допустить более длительные задержки. Этот тип обслуживания требует для SS возможности просить случайного доступа к полосе пропускания в обратном канале.                      
Принудительное Улучшение Обслуживания обеспечивает обслуживание по наилучшему принудительному трафику, при котором никакая пропускная способность или гарантии задержки не обеспечиваются.
В течение соревновательного запроса SS обязаны бороться за предоставление полосы пропускания. Эффективность таких попыток зависит от загрузки сети и не гарантируется. В дополнение к  услугам планирования, MAC также обеспечивает поддержку конкатенации и фрагментации.

2.2  Краткий обзор PHYуровня.

PHY уровень стандарта IEEE 802.16 поддерживает скорости данных до 134.4 Мбит/с при ширине полосы радиоканала (RF) 28 МГц [2].  Может быть применен как частотный (FDD), так и временной (TDD) дуплекс. Стандарт поддерживает широкое разнообразие вариантов на физическом уровне, включая различные схемы модуляции и прямого исправления ошибок (FEC).
В обратном канале принудительно поддерживается тип модуляции QPSK, а 16-QAM и 64-QAM являются дополнительными. В прямом канале поддерживаются модуляции QPSK и 16-QAM, в то время как модуляция 64-QAM является дополнительной. Поддержка такого разнообразия схем модуляции дает возможность разработчикам системы выбирать между эффективностью обмена и надежностью связи и наоборот. В дополнение к этим схемам модуляции на PHY уровне стандарт также определяет различные техники FEC в восходящем канале, которые подобны применяемым при передаче информации в нисходящем канале. Их диапазон простирается от однокаскадного кода Рида - Соломона (RS) до кода RS, совмещенного с внутренним сверточным кодом (Block Convolution Codes - BCC). Стандарт также закрепил применение Блочных Турбо - Кодов, гарантирующих надежность в каналах с резкими замираниями.

2.3   RLC и адаптивный PHY
 
Стандарт IEEE 802.16 обеспечивает адаптивный профиль PHY уровня с возможностью  переключения режимов. Определенный стандартом Режим Управления Радиолинией (RLC) предоставляет возможность переключения профилей пакетов PHY уровня на  покадровой или постанционной основе. Комбинации модуляций и схем FEC на PHY уровне, используемых как BS, так и SS, называют в зависимости от направления их передачи профилями пакетов в восходящем и нисходящем потоках. Профили пакетов идентифицированы как Код Полезного Интервала Передачи в нисходящем канале (DIUC) и Код Полезного Интервала в восходящем канале (UIUC). Об этих профилях пакетов договариваются между собой BS и каждая из SS на основанни решений, принятых как в BS, так и в SS. Стандарт рекомендует, чтобы SS использовали  отношение C / (N+I) как критерий для принятия решения об изменении профиля пакета. Этот критерий определяет отношение мощности принятого сигнала к сумме мощностей помех и шума. Каждая SS обязана определять качество сигнала в течение начального обслуживания и просить BS о специфическом DIUC. После начального обслуживания SS обязана непрерывно контролировать качество передачи и управлять профилем пакета в нисходящем канале. BS может также контролировать полученное качество передачи и инструктировать SS в отношении переключения профилей пакетов в восходящем канале. Такая способность к адаптации позволяет системе в момент резких ухудшений условий распространения в канале переключаться на более подходящий режим работы, который направлен в сторону более эффективных схем, обеспечивающих приемлемое качество канала. Процесс адаптации RLC разработан таким образом, чтобы в непрерывном режиме работы можно было достичь оптимального баланса между эффективностью и надежностью. Окончательная цель состоит в том, чтобы добиться  алгоритма реализации адаптивных профилей пакетов, включающих в себя соответствующие стандарту IEEE 802.16 профили пакетов PHY уровня.
Для определения оптимальных по критерию C / (N+I) порогов переключения необходимо сначала изучить работу системы при каждом из доступных профилей пакетов и установить соответствующую этим профилям эффективность при допустимой для системы надежности.

III. Метод моделирования.

В этом разделе будет описана методология моделирования и собственно модель канала.  Для моделирования IEEE 802.16 MAC использовались модели DOCSIS OPNET. Стандарт IEEE 802.16 и DOCSIS v. 1.1 MAC имеют существенные подобия [5] [6]. Оба стандарта предназначаются для одного и того же вида применений. Поэтому они используют подобную архитектуру и протоколы. Как и в DOCSIS, в IEEE 802.16 MAC использует схему DAMA-TDMA. Классы услуг, поддерживаемые IEEE 802.16, - точно такие же, как и в DOCSIS [4]. Как и в DOCSIS,  минислоты в IEEE 802.16 используют  сообщения MAP для того, чтобы управлять доступом к среде за счет механизма запроса предоставления. И IEEE 802.16, и DOCSIS поддерживают те же самые IE в MAP. Механизм разрешения коллизий, который в них применен, - также один и тот же. Фактически, такие свойства качества обслуживания (QoS) как тип последовательности, конкатенация и фрагментация, а также подавление заголовка полезной загрузки (PHS), являются общими для обоих стандартов.
Но есть и существенные отличия. IEEE 802.16 поддерживает режим работы TDD в дополнение к режиму FDD. Кроме того, число байтов, переданных в минислоте, сохраняется постоянным при изменении символьной скорости, что, в свою очередь, изменяет продолжительность интервала времени, занимаемого минислотом.

Самое существенное различие состоит в том, что IEEE 802.16 работает на беспроводном PHY в противоположность среде в виде коаксиального кабеля, которую поддерживает DOCSIS. Это означает, что тип PHY уровня IEEE 802.16 должен полностью отличаться от типа PHY уровня DOCSIS, а это значит, что модель PHY уровня должна включать в том числе особенности различных типов физического уровня. Поскольку модели OPNET DOCSIS воссоздают функциональные возможности MAC в крупных деталях, то при определенных модификациях этих моделей можно полагаться на них и при проведении исследований эфирного интерфейса WirelessMANTM. Для этого необходимо заменить модель PHY уровня на основе шины в OPNET на соответствующие модели радиоканалов. Были также по необходимости изменены параметры отрезков коаксиальной линии для того, чтобы удовлетворить новым требованиям проектирования. Хотя OPNET обеспечивает детальный анализ PHY уровня посредством выделения различных свойств PHY уровня на различных участках коаксиальной линии, предпочли все же не использовать большинство из них. Это решение было основано на том факте, что допустимо было игнорировать некоторые особенности, такие как усиление антенны и интерференцию, при настоятельной необходимости моделирования воздействий различных других помех, таких как потери в радиолинии и шумы земли, используя такие инструменты как MATLAB. Кроме того в модель канала были включены фединги и многолучевость. За счет использования MATLAB для моделирования этих аспектов на PHY уровне удалось обеспечить большую гибкость модели. В результате моделирования с помощью MATLAB были вычислены таблицы коэффициентов ошибок (BER), которые использовались при расчете коэффициента ошибок в OPNET на отрезке коаксиального кабеля. При использовании MATLAB для вычисления BER  можно в процессе моделирования также учесть эффект кодирования FEC. Затем результирующей таблицей BER просто заменяют таблицы модуляции в OPNET. Последующие этапы исправления ошибок сопровождаются снижением пропускной способности радиолинии даже в тех случаях, если единственный бит является ошибочным.

Модели OPNET DOCSIS были разработаны таким образом, чтобы обеспечивалась возможность выполнения измерений в различных пунктах и определения того, существует ли возможность соединения сети через шину передатчика и приемника. Это доставило некоторые трудности при изменении архитектуры поддерживающего радиолинию узла. Кроме того, замена в процессе моделирования шины связи радиолинией приводит к некоторым прерывающим связь ошибкам. В результате на данный момент в моделях узла были сохранены Приемник Шины (OPC_OBJTYPE_BURX) и  Передатчик Шины (OPC_OBJTYPE_BUTX) и просто изменены участки коаксиальной линии таким образом, чтобы они напоминали участки радиолинии. Самой существенной модификацией, которую необходимо было сделать для осуществления такой модели, было то, что необходимо было поддерживать две величины BER в коаксиальной линии, - одну для восходящей линии, другую -  для нисходящей. Хоть это и является парадигмой по умолчанию в радио-моделях, модели на основе шины обычно поддерживают только единственную величину BER, а именно, BER шины. Поэтому в модель связи по шине, которая использовалась в последующем моделировании, были введены два BER.   

Распределение ошибок по участкам коаксиальной линии сначала определялось направлением потока для каждого пакета, а затем замещалось соответствующим ему BER. Несмотря на то, что данная модель для удобства использует связь по шине, внутреннее представление участков коаксиальной линии заставляет их вести себя как участки радиолинии. Как указывалось выше, величины BER для моделей OPNET были вычислены с помощью MATLAB.

Для изучения функционирования стандарта использовался сценарий, показанный на рис. 1. При моделировании использовалась простейшая из топологий точка-многоточка, состоящая из одной BS и двух SS. Используется метод FDD. В начале моделирования BS посылает информацию MAP  нисходящей линии (DL_MAP) вместе с информацией синхронизации. SS воспринимают информацию синхронизации и после ее приема обрабатывают сообщения BS. BS также передает Описатель Восходящего Канала (UCD) для всех SS. SS изучают конфигурацию восходящего канала после получения UCD и впоследствии посылают BS запрос о диапазоне (RNG_REQUEST). BS использует этот запрос для того, чтобы определить задержку распространения между каждой SS и BS и повторно посылает эту информацию в интервале ответа (RNG_RESP) к SS с целью выбора момента времени передачи кадра для компенсации задержки. BS тогда посылает MAP с реальными возможностями для соревнования между SS. В зависимости от вида планирования обслуживания эти возможности могут или не могут использоваться. SS запрашивают BS о возможности передачи, а BS передает сообщения MAP, содержащие информацию о грантах. SS тогда передают данные, касающиеся восходящей линии, которые основываются на сообщении MAP.


Рисунок 1. Схема моделирования.

При таком сценарии  SS работает с использованием планирования UGS, при котором моделируются сеансы Протокола Передачи Файла (FTP) между BS и SS. Для определения параметров сеанса FTP используются Модели Прикладной Конфигурации OPNET и Конфигурации Профиля. BS работает как сервер FTP, в то время как SS выполняют операцию «получения» FTP  для загрузки файлов, получаемых от сервера.
Постоянный интерес исследователей был направлен на изучение работы прямого канала IEEE 802.16. Примененный профиль точно соответствовал заданным требованиям. Этот сценарий допускает как фрагментацію, так и конкатенацию. PHS не используется. Так как требовалось обеспечить лишь концептуальные результаты, профили пакетов PHY были максимально просты. Все профили пакетов PHY уровня, в которых использовались QPSK, 16-QAM и 64-QAM, не имели FEC. Был задан канал AWGN без учета эффектов федингов или интерференции. Величины BER для этих профилей получены в готовом виде из решений при использовании MATLAB. Полученные BER для различных величин отношения сигнал/шум (SNR) используются на участках кабельной линии OPNET для оценки потери пакетов. Мы предполагаем, что обе SS равноудалены от BS, и таким образом подвержены тем же самым потерям в линии, а поэтому имеют одно и то же отношение сигнал/шум на входе.
Так как основное внимание в системе было обращено на параметры нисходящего канала передачи, допускалось, что восходящий канал свободен от ошибок. В восходящем канале использовался тип модуляции QPSK и была принята заведомо хорошая величина SNR.


Таблица 1 суммирует параметры, полученные в результате моделирования.

Моделируемый параметрВеличина
Скорость данных в обратном канале40 Мбит/с
Скорость данных в прямом каналеQPSK    -     40Мбит/с
16-QAM  -   80Мбит/с
64-QAM  -   120Мбит/с
Количество байт на один минислот8
Тип дуплексаFDD
Схема сетевого планированияUGS
Размер гранта1024 байта
Профили пакетов PHY уровняQPSK, 16QAM, 64QAM без FEC
Модель используемого радиоканалаAWGN без замираний
Профиль примененияРазмер файла FTP – 100Кбайт
Интервал между запросами – 30 с

Таблица 1. Результаты моделирования.

IV.   Обсуждение результатов.

Для изучения работы нисходящего канала IEEE 802.16 была применена собственная модель трафика FTP. Затем изменялся профиль пакета и соответствующие ему скорости данных в прямом канале. Контролировались три ключевых величины: задержка распространения из начала в конец линии, задержка TCP и пропускная способность на уровне всей линии связи. Задержка на уровне линии связи – это интервал времени между тем моментом, когда пакет послан в линию передатчиком и моментом, когда тот же самый пакет покидает уровень линии связи и передается более высоким уровням в приемнике. В основном она последовательно включает задержку на уровне линии и задержку передачи в среде распространения.

В свою очередь задержка TCP включает любые дополнительные задержки, вызванные потерями пакета и его повторной передачей. Важно иметь в виду, что во всех случаях были приняты постоянные символьные скорости, что приводило при передаче информации в прямом канале к изменению битовых скоростей при изменении схем модуляции.
Величиной, прямо влияющей на параметр TCP, является BER, а не SNR. В свою очередь BER зависит как от модулирующей схемы, так и от SNR. Таким образом, при данном моделировании для различных схем модуляции заданной величине BER соответствуют различные SNR. На рис.2 показана задержка из конца в конец на уровне линии для SS как функция SNR и используемых схем модуляции. Эти результаты показывают предполагаемую тенденцию для параметра задержки на уровне MAC. При изменении профиля пакета в нисходящем канале в направлении от QPSK к 64-QAM скорость данных в эфирном интерфейсе возрастает как функция количества бит на один символ.  Возрастание скорости данных приводит в рассматриваемых кадрах MAC к уменьшению задержек при передаче. Это легко увидеть на кривых задержки для QPSK и 16-QAM. Поскольку предшествующая скорость данных представляет половину от последней, то для нее задержка на уровне линии почти вдвое больше.
На рисунке 3 показана задержка для Протокола Управления Передачей (TCP), наблюдаемая на SS. Опять-таки ожидаемая тенденция наглядно прослеживается. При одинаковых величинах BER различные профили пакетов вызывают одинаковые задержки. Изменения скоростей данных при изменении профилей пакетов не отражены в приведенных результатах исследований по той простой причине, что задержки на уровне линии являются трудно определяемыми и не имеют существенного влияния на изменение задержек TCP.

Интересно проследить на примере рис.2 поведение кривых задержки для различных профилей пакетов. Все три профиля пакетов ясно показывают, каким образом задержка на уровне линии изменяется при реакции TCP на потери пакетов. Вначале для каждой из кривых при ухудшении SNR (и, соответственно, увеличении BER) задержка начинает уменьшаться, пока SNR не достигнет определенной пороговой величины. Если SNR спадает до уровней, при которых BER находится вблизи от 10-5 или 10-4, задержка начинает увеличиваться. Это явление возникает вследствие того, что TCP находится в фазе быстрой повторной передачи [7]. При величинах BER, превышающих 10-5 или  10-4, пакеты начинают быстро спадать, так как сказывается  дополнительная задержка при повторной передаче TCP. Во время этой фазы не происходит спада при прохождении, а продолжается повторная передача потерянных пакетов. Таким образом, размер последовательности и соответствующая ему задержка на уровне MAC увеличивается, увеличивая в свою очередь и задержку из конца в конец линии. При дальнейшем спаде SNR ошибки становятся настолько частыми, что наступает перерыв TCP, и механизм управления накоплением приводит размеры окна накопления к единице и решительным спадам прохождения. Это приводит к быстрому спаду задержки из конца в конец. Как уже было отмечено, эта точка на кривой совпадает с внезапным подъемом задержки TCP.
Из рисунка 3 ясно, что при увеличении BER задержка TCP значительно увеличивается относительно величины, характерной для обычных величин SNR. Например, эта кривая ясно показывает, что профиль пакетов нисходящего потока должен изменяться путем перехода от 64-QAM к 16-QAM в случае, если SNR спадает ниже 19дБ. Вот где RLC стандарта IEEE 802.16 должна сыграть свою роль для достижения эффективного компромисса и повышения надежности линии связи!

Рисунок 4 показывает кривые пропускной способности, измеренные для нисходящей линии в SS. Эти результаты показывают, что пропускная способность достигает насыщения на уровне 34 Кбит/с. Это - чрезвычайно низкая величина для высоких скоростей данных, достигаемых на PHY уровне. Причиной этого явления служит то, что предлагаемая системе загрузка Программы Передачи Файлов (FTP) просто слишком низка для того, чтобы управлять системой за пределами этой пропускной способности.
Так как данная работа была сосредоточена на определении результатов только на концептуальном уровне и поскольку продолжительность моделирования при больших загрузках FTP является крайне длительной, для исследований была выбрана слабо загруженная система. Тем не менее, предполагается, что при работе в канале с достаточно высоким SNR будет наблюдаться ожидаемая тенденция к увеличению пропускной способности для более высоких схем модуляции.

Рисунок 2. Задержка из конца в конец на уровне линии для различных SNR

Рисунок 3. Задержка TCP как функция SNR.
Кривые пропускной способности показывают также эффекты поведения TCP. Увеличение пропускной способности замечено в течение фазы быстрой повторной передачи, а решительное снижение пропускной способности наблюдается в течение фазы медленного старта алгоритма контроля накопления TCP.

Рисунок 4. Трафик, принимаемый станцией подписчика как функция SNR.

V. Заключение и план дальнейших работ

В статье представлен достигнутый на настоящий момент времени уровень моделирования параметров радиолинии стандарта IEEE 802.16. Для моделирования эфирного интерфейса WirelessMANTM была расширена и дополнена программа моделирования OPNET.
Для проверки модели использовались только простые профили пакетов. Была продемонстрирована потребность в специальном алгоритме для облегчения адаптивного изменения профиля пакета при передаче в нисходящем канале. Результаты показывают, что на уровне линии задержка из конца в конец не вносит заметного вклада в задержку TCP. Утверждается, что для данного алгоритма задержка TCP может служить достоверной мерой для определения пределов работы данного профиля пакета.
Как упоминалось ранее, для решения поставленной задачи в исследованиях была применена модель участка радиолинии на основе шины. Предполагалось использование данной модели только для фиксированной радиолинии. Результаты, показанные в этой статье, относятся к простым профилям пакетов без FEC. Планировалось рассмотрение возможностей различных схем FEC, стандартизированных в IEEE 802.16. Используемый в данной работе переключатель профилей пакетов представлял собой достаточно грубую структуру. Для реализации в данном алгоритме возможности точной настройки необходимо было исследовать большое количество профилей пакетов. В качестве профиля PHY уровня был принят простой канал AWGN без интерференции или замираний. В дальнейшем следует доработать модель для получения возможности  учета многолучевого режима в канале в соответствии с рекомендациями стандарта.

Как указывалось ранее, в этом сценарии моделирования предполагаемая загрузка была мала. В дальнейшем, прежде чем разработку данного алгоритма можно будет считать завершенной, необходимо обратиться к большим сетям с намного более высокой транспортной загрузкой.

Литература

[1] IEEE 802.16-2001, “IEEE Standard for Local and Metropolitan Area Networks – Part 16: Air Interface for Fixed Broadband Wireless Access Systems,” April 2002.
[2] T. J. Eshler, “Adaptive Protocols to improve TCP/IP Performance in an LMDS Network Using a Broadband Channel Sounder,” M.S. Thesis, Virginia Polytechnic Institute and State University, April 2002.
[3] SCTE DSS 00-05,” Data-Over-Cable Service Interface Specification (DOCSIS) SP-RFIv1.1-I05-000714, "Radio Frequency Interface 1.1 Specification," July 2000.
[4] C. Eklund, R. B. Marks, K. L. Stanwood, and S. Wang, “IEEE Standard 802.16: A Technical Overview of the WirelessMANTM Air Interface for Broadband Wireless Access,” IEEE Communications Mag., June 2002, vol. 40, no. 6, pp. 98-107.
[5] IEEE 802.16.1mc-00/01,”Media Access Control Protocol based on DOCSIS 1.1,” 1999.
[6] G. Sater, Personal communication, May 2002.
[7] L. L. Peterson and B. S. Davie, Computer Networks: A Systems Approach, 2nd Edition, Morgan Kaufman Publishers, 1999. 5



search_ch

mediasat



вверх
Рокс © 2007—2020. Спутниковое телевидение. Все права защищены