بخشی از مقاله
*** این فایل شامل تعدادی فرمول می باشد و در سایت قابل نمایش نیست ***
تاثيرطول فيبرنوري برعملکردسيسيتم هاي راديويي مبتني برفيبر
چکيده
اين مقاله روي اختلال کارايي ناشي ازمحدوديت تحميل شده بوسيله لايه MAC به هنگام استفاده ازفيبرنوري براي گسترش استانداردn٨٠٢١١ شبکه تحقيق ميکند و نشان ميدهدکه گذردهي داده باافزايش طول فيبرکاهش مي يابد.درانتقال بسته هاي UDP بيشينه گذردهي براي دسترسي پايه و RTS.CTS به ترتيب تا ١٦.٦% و ١٨.٦% به تدريج کاهش مي يابد.اما براي انتقال بسته هاي TCP کاهش گذردهي به ترتيب براي زماني که تاخيرفيبراز٠ تا٢٢.٥ميکروثانيه با استفاده ازمکانيسم پايه ٢١.٣% خواهد بود و براي زماني که تاخيرفيبراز٠ تا ١٨ميکروثانيه با استفاده ازمکانيسم RTS.CTS ٢٢ % خواهد بود (يعني طول فيبربه ترتيب از٠ تا ٤.٣ کيلومتربراي مکانيسم پايه واز٠ تا ٣.٥ کيلومتربراي مکانيسم RTS.CTS افزايش مي يابد)
کلمات کليدي: راديو مبتني بر فيبر (RoF) ،WLAN ، استاندارد n ٨٠٢.١١ ، انتقال بي سيم ، انتقال TCP
معرفي
راديو مبتني برفيبر نسبتا فن آوري اميدوار کننده براي ادغام شبکه هاي بي سيم و سيمي است [١]. دليل اصلي براي چنين ملاحظه اي ممکن است براي نشان دادن امکان ارائه خدمات به مشتريان با دو روش ارتباطي مشترک نسبت داد. اتصال شبکه بي سيم کاربران نهايي را از محدوديت هاي لينک فيزيکي شبکه آزاد مي کند، ضمنا شبکه هاي نوري تقريبا مقدار بي حد و حصري پهناي باند دارند. بنابراين شبکه هاي RoF بهترين مشتريان جهان را با اجازه دادن به آنها براي حفظ تحرک خود در حالي که به آنها پهناي باند لازم براي کاربردهاي ارتباطي و سرگرمي در حالحاضر و در آينده (براي مثال ويدئو در تقاضا DTV ٣، کنفرانس ويدئويي ، و غيره ) را مي دهدپيشنهاد مي کند[٢]. علاوه بر اين شبکه هاي RoF انعطاف پذيري جغرافيايي بيشتري در مقايسه با روش هاي ديگر فراهم مي کند .چنين توپولوژي شبکه ممکن است در مکان هايي مانند ساختمان هاي بزرگ، مترو و تونل ها که در آنجا چنين فن آوري براي افرادي که براي غلبه بر مشکل محدوديت پهناي باند و مسائل مربوط به تحويل است تلاش مي کنند مفيد باشد [١ ٢] درشکل ١ پيکربندي نوعي از شبکه محلي بي سيم (WLAN) بر اساس شبکه هاي RoF را نشان مي دهد.
شبکه هاي WLAN مبتني بر فيبر به چهار قسمت تقسيم مي شود ١- سايت مرکزي (CS) ٢- لينک هاي نوري؛ ٣ واحد آنتن از راه دور ) (RAUو ٤- واحد پايانه سيار(MTU).DL( downlink ) سيگنال مدوله شده ليزر در سايت مرکزي (CS)را گرفته و بر روي لينک هاي نوري به واحد آنتن از راه دور ( RAU)مي فرستد و سپس درRAU ، اين سيگنال DL تبديل به RF شده و سپس توسط يک ديود حساس به نور (PD) تقويت شده وسپس از راه هاي بي سيم به واحد پايانه سيار(MTU) فرستاده مي شود. براي UL سيگنالهاي بي سيم درناحيه MTU آنتن RAU گرفته مي شود،تقويت شده و ليزر RAU آن را مدوله مي کند،اين سيگنالهاي مدوله شده از طريق لينک نوري به CS فرستاده مي شود که در آنجا بوسيله ديود حساس به نور CS شناسايي شده و به WLAN AP منتقل مي شود. امکانپذيري معماري فوق با استفاده از فيبر چند حالته (MMF) نشان داده شده است [٣- ٤] که نشان مي دهد طول فيبر مي تواند در طيف وسيعي از ٣٠٠ متر تا چند کيلومتر باشد [٤].
موضوع عمده مطرح شده، با گسترش معماري فيبر نوري در ١١. IEEE802 ، تاخير اضافي در اين سيستم به خصوص با کاربردهاي زمان واقعي [٥] است . اگر اين تاخير بيش از حد طولاني باشد،تخريب عملکرد کلي سيستم را به دنبال دارد. هدف کليدي براي حفظ يک سيستم پايدار است که در آن سيگنالينگ لايه MAC را مي توان بدون هيچ گونه وقفه انجام داد.در اين مقاله عملکرد MAC در سيستم RoF پيشنهادي از لحاظ توان عملياتي و طول فيبر ارزيابي شده است . علاوه بر اين ارزيابي ، يک روش که توسط آن حداکثر طول فيبر در يک سيستم استاندارد ٨٠٢.١١ مشخص شده است .
تلاش هاي قابل توجهي براي بررسي چنين سيستمي با دستيابي به نتايج معني داري [٦-٨] انجام شده است . با اين حال، بسياري از اين مطالعات براي ٨٠٢.١١ IEEE بدون در نظرگرفتن نسخه n ٨٠٢.١١ IEEE که به عنوان يکي از نسخه هاي جديد مطرح شده است انجام شد، تاثير طول فيبر نوري بر عملکرد کلي سيستم براي چنين رابطه اي تجزيه و تحليل نشده است . طول فيبر متصل به ٨٠٢.١١ WLAN توسط مکانيزم اختيارشده در ترمينال محدود شده است . بنابراين ، اين مسائل در جزئيات بيشتري در اين مطالعه در نظر گرفته خواهد شد. اين مقاله به شرح زير است : بخش بعدي حالت DCF ١١. IEEE802
در زمينه ي سيستم هاي بي سيم نوري ترکيبي ارائه شده و سپس ، مدل تحليلي آن براي عملکرد توان شبکه هاي n ٨٠٢.١١ IEEE تغذيه شده از فيبر با استفاده از مکانيزم هاي مختلف MAC براي پروتکل هاي (TCP) و (UDP) ، در هر دو مکانيسم دسترسي پايه و RTS.CTS ارائه شده است ، سپس نتايج به دست آمده نشان داده شده است .
٢- حالت هاي دسترسي به شبکه هاي ترمينال
استاندارد دسترسي به ترمينال شبکه (WLAN) ١١. IEEE٨٠٢ [٩] به عنوان يک پروتکل کنترل دسترسي متوسط که يک روش دسترسي چندتايي به کانال با پرهيز از برخورد مشخص شده،ارسال مجدد بسته هايي که برخورد کردهاند بر اساس قوانين backoff نمايي باينري مطرح کرده است [١٠].اين استاندارد همچنين يک تابع هماهنگي نقطه نوري را تعريف کرده است که يک پروتکل MAC مرکزي توانا در حمايت از خدمات بدون برخورد و زمان محدود است .
PCF دو تکنيک براي انتقال بسته ها معرفي ميکند.طرح پيش فرض تکنيک handshaking دوطرفه است که به آن مکانيسم دسترسي پايه مي گوييم .اين مکانيسم ACK هاي توليدشده بعد از انتقال يک فريم که نياز به پاسخ ack دارد، را منقوش مي کند.ايستگاه منبع منتظر فاصله زماني انقضاي ACK مي ماند،اگرجواب ACK در اين فاصله زماني اتفاق نيفتد ايستگاه به اين نتيجه مي رسد که انتقال فريم با شکست مواجه شده است ،و ايستگاه به محض اتمام زمان ACK توليد کننده backoff را درخواست ميکند.انتخاب بعدي تکنيک handshaking چهارطرفه است که به مکانيسم RTS\CTS شناخته شده است .قبل از ارسال يک بسته ،يک ايستگاه عملياتي در حالت RTS\CTS بوسيله ارسال يک فريم خاص RTS ،کانال را رزرو مي کند.ايستگاه مقصد با ارسال يک فريم CTS اعلام مي کند که فريم RTS را دريافت کرده است .بعد از انتقال فريم RTS ،ايستگاه مبدا شروع به شمارش معکوس زمان انقضاي CTS مي کند(زماني که منتظر دريافت فريم CTS مي ماند).اگر در زمان انقضاي CTS جوابي دريافت نکند ايستگاه مبدا فرض مي کند که فريم از دست رفته است از اين رو خودش را براي دوباره فرستادن فريم RTS آماده مي کن .شبکه هاي ديگر که در محدوده شنوايي RTS يا CTS يا هر دو هستند انتقالهايشان را طبق NAV (بردار تخصيص شبکه )به تاخير مي اندازند.اگر مسير فيبر در AP طولاني باشد،گسترش تاخير را به دنبال داردکه باعث مي شود قبل از رسيدن هر (ACK,CTS) به ايستگاه منبع ،زمان انقضاي رفت و برگشت (ACK,CTS) به اتمام برسد.براي غلبه بر اين اختلال زماني مي توان زمان انقضاي رفت و برگشت (ACK,CTS) را افزايش داد تا ايستگاه مدت زمان بيشتري را در انتظار ACK يا CTS بماند.[ ٤،٦ ٨]
٣.مدل تحليلي
براي بررسي حداکثر طول فيبر که به يک سيستم استاندارد n ٨٠٢.١١ گنجانيده شده يک مدل تحليلي ارائه شده است . ترافيک
TCP و UDP در تبادل بسته ها نقش دارند. دسترسي اوليه و حالت هاي RTS .CTS در تجزيه و تحليل اثر تاخير فيبر (طول) بر عملکرد طول فيبر در نظر گرفته شده است . مقادير پارامترهاي اصلي مورد استفاده در اين مدل در جدول ١ داده شده است . [٨]. تجزيه و تحليل به دنبال مدل هاي ارائه شده بيانچي در [٤] است .اين مدل اصلاح شده و توسعه يافته ي سيستم هاي RoF. است . علاوه بر اين ، اثرات انقضاي ACK وCTS و همچنين انتقال بسته TCP مبتني بر طول هاي مختلف فيبر را شامل مي شود.
تعداد ايستگاه هاي وابسته به يک AP که اشباع شده هستند، به عنوان مثال، آنها هميشه بسته آماده براي انتقال دارند،n در نظر بگيريد. هنگامي که يک بسته اطلاعاتي منتقل شده از يک ايستگاه با حداقل يکي از ١-n ايستگاه هاي باقي مانده،با برخورد مواجه شود،در يک بازه زماني احتمال موفقيت در دريافت از رابطه ي (١) بدست مي آيد:
اين احتمال که براي انتقال يک بسته در يک بازه زماني از يک ايستگاه که به طور تصادفي انتخاب شده بستگي به (٢) دارد :
که مقدار از رابطه (٣) بدست مي آيد :
توان عملياتي نرماليزه شده سيستم است وبه عنوان کسري از زمان کانال که باموفقيت انتقال بيت هاي محموله بار را انجام مي دهد تعريف شده است . براي محاسبه ، براي آنچه که مي تواند در يک انتخاب تصادفي بازه زماني اتفاق بيافتد تجزيه و تحليل شده است . احتمال اين است که حداقل يک انتقال در بازه ي زماني درنظر گرفته شده وجود دارد. از آنجا که هر ايستگاه بر روي کانال در حال رقابت است احتمال هر انتقال است ،پس :
احتمال اين است که انتقال بر روي کانال اتفاق مي افتد يعني دقيقا يک ايستگاه در کانال انتقال انجام مي دهد:
بنابراين ، توان مي تواند محاسبه شود با ٦) :
ميانگين اندازهي محموله بسته داده ها در بيت است . انتقال موفقيت آميز در يک بازه زماني با احتمال اتفاق مي افتد. ميانگين زمان کانالهاي بي سيم مشغول به دليل انتقال موفقيت آميز - و به دليل انتقال ناموفق در حالت عملياتي به مکانيسم و نوع ترافيک بسته استفاده شده توسط سيستم بستگي دارد. اگر روش دسترسي اوليه در طول فيبر، نشان داده شده در شکل ٢ مورد استفاده قرار گيرد، معادله زير به دست مي آيد:
بازه زماني DIFS توسط کاربرهايي که تحت DCF مبادرت به ارسال MPDU١ کنند، استفاده مي شود. کاربري که تحت DCF کار مي کند هنگامي که به وسيله مکانيزم حس کردن کانال تشخيص دهد که کانال آزاد است ، در صورتيکه در طول مدت DIFS کانال آزاد بماند، مي تواند الگوريتم Backoff را شروع کند البته در صورتي که کاربري کانال را در حالت آزاد حس کند ولي بسته قبلي را با خطا از کانال گرفته باشد (البته ممکن است اين بسته مربوط به نود ديگري باشد) بايد بجاي DIFS به اندازه EIFS صبر کند و بعد الگوريتم Backoff را آغاز کند.زير لايه 2PLCP که به عنوان يک رابط مشترک براي لايه کنترل دسترسي استفاده مي شود و به طور کلي در هنگام دريافت يک فريم از لايه کنترل دسترسي ، لايه PLCP ابتدا به اين فريم Preamble و ديگر اطلاعات مورد نياز را به صورت Header اضافه MAC Protocol Data Unit (MPDU) ١ Physical Layer Convergence Protocal (PLCP) 2مي کند و سپس بسته توليديPPDU ٣ را که حاوي تمامي اطلاعات لازم براي همزماني و ديکدينگ مي باشد به زير لايه PMD ارسال مي - کند. از آنجا که هر ايستگاه بر روي کانال در حال رقابت است احتمال هر انتقال است .
