www.comptek.ru English CompTek CompTek International
На главную страницуПоискБеспроводные сети		 online
КартаЯндекс
loginподписка

Четвертая ежегодная конференция по беспроводным сетям

Алексей Вомпе, CompTek

Некоторые рекомендации по построению беспроводных городских сетей

Что за проблема?

Где наблюдается?
  • В соте беспроводной городской сети
В чем заключается?
  • Снижение пропускной способности радиосети под нагрузкой
  • Потеря устойчивасти, непредсказуемое поведение

“На столе” все работает...
В чем же проблема?

  • тест Perform3 испытания “на столе“
  • 2 WavePoint точка-точка (синий)
  • 7 WavePoint все со всеми (красный)
  • Красный и синий - полная пропускная способность сети; черный и желтый - на одну станцию

Требование радиовидимости

  • Радиовидимость
    прямая видимость
    диффракционное ослабление (зона Френеля)
  • Нет полной связности среды:
    проблема “невидимого узла”

    • Сота работает в двух режимах:.CSMA/CA и ALOHA

    Нисходящий поток - CSMA/CA
    устойчивая работа
    Восходящий поток - ALOHA
    источник нестабильности

    RadioEthernet и модель OSI

    Методы доступа к беспроводной среде

    • По частоте - Frequency division (FDMA)
    • По времени - Time division (TDMA)
    • По коду - Code division (CDMA)
    • Случайный доступ - (Ethernet&ALOHA)
    • Директивный - Polling (TR)
    • Некоторые комбинации (TDMA/FDMA)

    Методы случайного доступа - Random Access

  • Случайный доступ ALOHA
    (Hawaii, Oahu, 1971, UHF)
  • СSMA/CD (IEEE 802.3)
    Ethernet с обнаружением коллизий
  • CSMA/CA (IEEE 802.11)
    Ethernet с предупреждением коллизий
  • DSMA (Data Sence Multiple Access)

    • ALOHA

    Принцип действия:
    • нет прослушивания среды (бесполезно!)
    • перепосылка пакетов после истечения таймаута
    Разновидности:
  • Простейшая схема ALOHA
    (asynch или pure ALOHA)
  • СSMA/CD (IEEE 802.3)
    (time slotted ALOHA)
  • ALOHA с резервированием полосы
    (reservation ALOHA)

    • CSMA: Схемы CD и CA

    В эфире обнаружение коллизий (CD) невозможно:
    • невозможно обеспечить полнодуплексный доступ к среде (прослушивание одновременно с передачей) альтернатива: системы с разделенными up\down каналами - DSMA
    • нет полной связности среды (прослушивание среды не гарантирует, что среда действительно свободна)
    Схема CD заменяется на CA:
    • снижение вероятности возникновения коллизии
    • уменьшение потерь полосы пропускания от коллизий
    • механизм обеспечение полосой “спрятанного узла”
    • приоритетный доступ к среде

    Сравнение методов доступа к среде

      CSMA/CD
    IEEE 802.3    		 CSMA/CA
    IEEE 802.11    		 ALOHA DSMA
    Прослушивание перед передачей CSMA CSMA Отсутствует Прослушивние сигнального бита
    Прослушивание при передачи CD Отсутствует Отсутствует Прослушивние сигнального бита
    Отказ в случае коллизии Экспоненциальный по IEEE 802.3 Отсутствует Отсутствует Зависит от реализации

    Директивный опрос (Polling)

    • Директивный опрос всех абонентов центральным узлом (топология звезда)
    • Высокая нагрузочная характеристика
    • Реализуется на MAC уровне или выше (беспроводные маршрутизаторы)
    • В сложной частотной и помеховой обстановке - комбинированные решения: прослушивание эфира (Carrier sense) и синхронизация с другими аналогичными системами

    Что дает для решения проблемы
    стандарт IEEE 802.11?

    • MAC - уровень доступа к среде CSMA/CA
      + Перепосылка пакетов на MAC уровне
    • Механизм RTS-CTS-ACK
    • Протокол безконкурентного доступа к среде CFP

    Борьба за канал


    Time
    Antenna Slots = 32(default), 64, 128, 256
    Slot time 50mksec (1mksec - покрываемая зона - 300m)
    IFS (InterFrameSpace):
    DIFS distributed CF
    PIFS PCF во время работы ContentionFreeProtocol
    SIFS short - ACK,CTS, response to polling
    EIFS error correction

    Механизм RTS-CTS-ACK

    Включение RTS-CTS-ACK - для каждой станции персонально:

    • всегда
    • никогда
    • для больших пакетов

    Резервирование полосы для спрятанного узла (но еще не ретрансляция!)

    Механизм безконкурентного доступа к среде (CFP)

    Packet burst
    Приоритетный доступ для приложений, чувствительных ко времени доставки пакета

    Неравномерное деление полосы пропускания
    канала CSMA/CA между узлами

  • Два сценария:
    Проблема “дальнего узла” (захват полосы сильным)
    Никому ничего не досталось - если силы приблизительно равные
  • Поражение ближней (асимметричной) помехой
  • Неправильная балансировка к-та усиления радиоканала

    • Проблема “дальнего узла”

    Причина
  • Большие расстояния (ослабление сигнала, время доставки)
  • Наличие помех
  • Неравные условия доступа к среде
    • Результат
  • Снижение доли пропускной способности канала, приходящейся на “дальний узел”

    • Определение занятости канала
    CCA clear channel assessment

  • DSSS
    1. уровень мощности
    2. несущая
    3. ур мощн + несущая
    Уровень:
    -80dbm (>100mW)
    -76dbm (от 100-50mW)
    -70dbm (50dbm)
  • FHSS
    синхр преамбула -85dbm 90%
    асинхр преамбула -85dbm 70%
    случайный поток бит-65dbm 70%
    если EIRP>100mW то:
    -85-5*log10(P/100mW)dbm

    CCATime = 25mksec

    • Сталкновение траффика в центральной точке


    1 + 4 - встречный поток (2 абонента)
    2 + 3 - раздача из центральной точки (2 абонента)

    ALOHA
    (случайный доступ к среде)

    Нагрузка [Erlang]

    Число станций бесконечно

    Влияние размера пакета на
    производительность радиосети

    @ 1Mbit/sec

    при переходе к 10Mbit/sec все в 10 раз хуже

    t = время прохождения сигнала / длительность передачи пакета

    Безразмерное время прохождения Размер пакета Расстояние
    0,01 64 bytes 1,5 км
    0,1 64 bytes 15 км
    1 64 bytes 150 км

    Диаграмма состояния беспроводной сети

    Критичный параметр:
    доля (скорость)
    восходящего траффика
    в условиях отсутствия
    видимости абонентами
    друг друга

    M/N = const

    грубая оценка:
    14 абонентов/ 7 ~ 2

    Радиоethernet:
    Распространенная ошибка

    Рекомендации

  • PHY
    - однородность по расстоянию
    - однородность по мощности
    - вынос источников большого восходящего трафика в отдельный канал
  • MAC
    - RTS/CTS/ACK (802.11)
    - polling
    - оптимизация размера радиопакета: сборка мелких, фрагментация крупных
  • Уровень приложений: испытания
    - многоточечный тест, эмуляция реальной нагрузки

    • References

    • Wireless Information Networks, K.Pahlavan & A.Levesque, John Wiley, NY, 1995
    На русском языке:

    Home
    Home Адрес, схема проезда Обратная связь
    Copyright © 1996-2004 CompTek
    E-mail:sales@comptek.ru
    Телефон: 7 (095) 785-25-25
    Факс: 7 (095) 785-25-26