پروتکل MAC مبنی بر SDMA برای شبکه های بی سیم ad hoc با آنتن های هوشمند

چکیده

کلیدواژه ها

مقدمه

تحقیق مرتبط

IEEE 802.11

MAC جهت دار (D-MAC)

Lal’s MAC

پروتکل MAC مبنی بر SDMA پیشنهادی

دست دادن اصلاح شده RTS/CTS

جدول شعاعی

شکل 1 دست دادن پروتکل MAC

شکل 2. فرمت فریم اصلاح شده CTS

شکل 3. فرمت فریم BDTS

جدول 1. جدول شعاعی گره A

جدول 2. جدول شعاعی گره B

جدول 3. جدول شعاعی گره C

جدول 4. جدول شعاعی گره D

پیشرفت در شبکه های بی سیم ad hoc

مشکل پایانه پنهان به دلیل RTS/CTS شنیده نشده

شکل 5. NAV از RTS/CTS/BDTS

مشکل پایانه آشکار

ناشنوایی

مشکل پایانه پنهان به دلیل عدم تقارن در بهره 

ارزیابی عملکرد

شکل 6. نمونه ای از مشکل پایانه پنهان به دلیل RTS/CTS شنیده نشده

شکل 7 مثالی از مشکل پایانه پنهان به دلیل عدم تقارن در بهره

محیط شبیه سازی

نتایج شبیه سازی

یک توپولوژی تصادفی

شکل 8 توان عملیاتی متوسط در مقابل تعداد گره ها

شکل 9 بهره وری شبکه در مقابل تعداد گره ها

شکل 10 یک توپولوژی شبکه با 25 گره

شکل 11 توان عملیاتی متوسط در مقابل طول بسته داده

شکل 12 زمان انتقال در مقابل طول بسته داده

شکل 13 توپولوژی شبکه با 25 گره و 4 جریان داده به صف

شکل 14 توان عملیاتی متوسط در مقابل تعداد گره ها

شکل 15 توان عملیاتی متوسط در مقابل طول بسته های داده

شکل 16. زمان مانتقال در مقال طول بسته داده

نتیجه گیری

یک شبکه ی ad hoc از یک مجموعه از دستگاه های بی سیم تشکیل می شود. دستگاه های بی سیم بدون کمک ایستگاه های بیس قادر به برقراری ارتباط با یکدیگر می باشند. دسترسی چندگانه بخش فضایی (SDMA) یک تکنولوژی جدید طراحی شده برای بهینه سازی عملکرد سیستم های برقراری ارتباط سیار آینده و فعلی می باشد. در این مقاله، یک پروتکل MAC مبنی بر SDMA (S-MAC) برای شبه های بی سیم ad hoc با آنتن های بی سیم پیشنهاد می شود. این پروتکل پیشنهادی سیستم SDMA را به کار می گیرد تا اجازه ی دریافت بیش از یک بسته را از فرستنده های جداشده به صورت فضایی، بدهد. استفاده از تکنولوژی SDMA یک دسترسی بدون برخورد را برای واسطه ارتباطی مبنی بر مکان یک گره ارائه می کند. این پروتکل پیشنهادی مشکل پایانه پنهان، مشکل پایانه آشکار و مشکل ناشنوایی را حل می کند. نتایج شبیه سازی، اثرگذاری S-MAC پیشنهادی را در بهبود توان عملیاتی و افزایش استفاده مجدد کانال فضایی نتیجه می دهد.

یک شبکه بی سیم ad hoc، شبکه ای از دستگاه های بی سیم خود سازمانده است که قادر به برقراری ارتباط مستقیم با یکدیگر می باشد [1-3]. هر گره در یک شبکه بی سیم ad hoc، هم به عنوان یک میزبان و هم به عنوان روتر عمل می کند. دو گره می توانند مستقیماً ارتباط برقرار کنند اگر در محدوده انتقال همدیگر باشند. طراحی IEEE 802.11 یک آنتن تم جهتی را در لایه فیزیکی فرض می کند. سیستم های آنتن موجود با آنتن های تک جهتی در شبکه های بی سیم ad hoc تجهیز می شوند. بنابراین گره های سیار یک کانال بی سیم واحد را به اشتراک می گذارند. استفاده از آنتن های تک جهتی باعث به کارگیری کمتر کانال فضایی می شود زیرا تنها یک جفت از گره های برقراری ارتباط می تواند داده را در همان زمان منتقل کند. ایده های جدید راجع به افزایش توان عملیاتی شبکه با استفاده از آنتن های هوشمند که به گره ها اجازه انتقال بسته ها در کانال های فضایی مختلف را می دهند پیشنهاد شده اند. آنتن های هوشمند [4-6] می توانند توان عملیاتی شبکه را به صورت کارآمدتر از آنتن های تک جهتی در شبکه های بی سیم ad hoc تقویت کنند [7-10]. آنتن های هوشمند مزیت هایی را پیشنهاد می کنند که استفاده مجدد فضایی از انال بی سیم و بسط محدوده انتقال را تقویت می کنند. استفاده از مزیت های آنتن های هوشمند در شبکه های بی سیم ad hoc نیازمند یک پروتکل کارآمد MAC می باشد. در این مقاله، یک طرح جدید MAC برای بهبود عملکرد توان عملیاتی شبکه و به کارگیری کانال فشایی پیشنهاد می شود. در مطالعات اخیر، چند پروتکل MAC پیشنهاد کرده اند که به طور مناسب IEEE 802.11 را برای آنتن های جهتی تطبیق می دهد. با این حال انتقال های جهت دار در شبکه های بی سیم ad hoc منجر به مشکلات جدی اطلاعات مکانی می شود [11,12]. فرستنده باید مکان گیرنده را برای برگرداندن شعاع در جهتی مناسب قبل از انتقال فریم های درخواست فرستادن (RTS) بداند. این فرستنده الگوهای مناسب شعاع را بسته به مکان گیرنده ایجاد می کند. برخی مطالعات فرض می کنند که مکان یک گره می تواند با استفاده از سیستم مکان یابی جهانی (GPS) به دست آید [3,7,13,14]. سایر مطالعات انتقال داده از طریق لایه مسیریابی را به منظور به دست آوردن اطلاعات راجع به مکان گیرنده یا مکان گیرنده در نظر می گیرند. در [15] فریم های RTS به صورت تک جهتی به منظور یافتن مکان یک گیرنده فرستاده می شوند. Korakis و همکاران [11] یک پروتکل Mac را برای به کارگیری کامل آنتن های جهت دار پیشنهاد کردند که کل منطقه حول فرستنده را به منظور یافتن مکان یک گیرنده یا فرستنده اسکن می کند. اگرچه این طرح سعی در بسط محدوده ارتباطی دارد، انتقال مدول زمان تاخیر را افزایش می دهد و باعث اورهد کنترل بزرگی می شود. Ko و همکاران یک پروتکل MAC را پیشنهاد کردند که از قابلیت انتقال جهت دار یک آنتن جهت دار برای بهبود کارآمدی پهنای باند استفاده می کند که MAC جهت دار نامیده می شود [7]. Lal و همکاران یک پروتکل MAC را پیشنهاد کردند که خلق کانال های فضایی طراحی شده برای گسترش توان عملیاتی برای شبکه های ad hoc را به کار می گیرد [9]. این طرح از تکنولوژی دسترسی چندگانه بخش فضایی (SDMA) با آنتن های هوشمند استفاده می کند. باقی این مقاله به شرح زیر سازماندهی می شود. در بخش 2، تحقیق مرتبطی ارائه می گردد. بخش 3 پروتکل MAC مبنی بر SDMA پیشنهادی را به طور دقیق توصیف می کند. در بخش 4، عملکرد پروتکل پیشنهادی با سایر پروتکل های MAC از طریق شبیه سازی مقایسه می شود. نتایج در بخش 5 ارائه می شوند.