رفتار گذاری تداخل در شبکه های موج میلیمتری و اثر آن در کنترل دسترسی محیط
چکیده
سامانه های مخابراتی موج میلیمتری (mmWave) از تعداد زیادی عناصر آنتن استفاده می کنند که به طور بالقوه می توانند بر میرایی شدید کانال با استفاده از تشکیل پرتو باریک غلبه کنند. عملیات پرتو باریک در شبکه های mmWave تداخل چندکاربره را نیز کاهش می دهد، و مفهوم شبکه های محدود به نویز را ایجاد می کند که در مقابل شبکه های محدود به تداخل قرار می گیرند. رژیم محدود به نویز یا محدود به تداخل توجه زیادی به توان عملیاتی لایه کنترل دسترسی به منابع (MAC) و تخصیص منابع و راهکارهای مدیریت تداخل را برمی انگیزاند. اما این رژیم ها هنوز در رهیافتهای امروزی طرح لایه MAC mmWave نادیده گرفته می شوند در حالی که نتایج بالقوه فاجعه باری در عملکردهای مخابراتی دارند. در این مقاله، ما این رژیم ها را با توجه به احتمال برخورد و توان عملیاتی بررسی می کنیم. ما عبارتهای با شکل بسته برای احتمال برخورد و توان عملیاتی شبکه های mmWave موقتی تحت ALOHA شکافدار را استخراج می کنیم. تحلیل جدید بیان می کند که شبکه های mmWave می توانند یک رفتاری گذاری غیر قابل صرف نظر از رژیم محدود به نویز به رژیم محدود به تداخلداشته باشند که وابسته به چگالی فرستنده ها، چگالی و اندازه موانع، احتمال ارسال، پهنای پرتو عامل و توان ارسال هستند. این نوع رفتار گذاری یک چارچوب جدید از روند تخصیص منابع هیبریدی را ملزم می کند که شامل فازهای بدون مجادله و مبتنی برمجادله است با تحقق به محض درخواست فاز بدون مجادله. علاوه بر این، فرایند اجتناب از برخورد مرسوم در فاز مبتنی بر مجادله باید به دلیل رفتار گذاری تداخل و بیشینه کردن عملکرد تأخیر/توان عملیاتی شبکه های mmWave بازنگری شود. ما نتیجه می گیریم که، اگر چه طرحواره های هیبریدی مناسبی بررسی شده اند، اما جدیت رفتار گذاری می تواند به طور چشمگیری عملکرد تأخیر/توان عملیاتی شبکه های mmWave را کاهش می دهد.
1- مقدمه
نیازهای فزاینده برای داده های با آهنگ بسیار زیاد و طیف قابل دسترس محدود در سامانه های بی سیم در باندهای UHF (زیر 3 GHz) انگیزه استفاده از مخابرات موج میلیمتری (mmWave) برای پشتیبانی از داده های با نرخ چند گیگابایت را ایجاد می کند. مخابرات MmWave بسیاری از کاربردهای متنوع را پشتیبانی می کند از جمله باجه های بی سیم کوتاه برد Gbps، واقعیت افزوده، دسترسی بیسیم کلان در ماکان عمومی شلوغ، ارتباطات میان- و درون وسایل نقلیه، ارتباطات بیسیم در مراکز داده و تخلیه جلو و عقب همراه. این کاربرد وسیع فعالیت های استاندارد سازی بسیاری را بر انگیخته است از جمله ، کنسرسیوم ، اتحاد بی سیم گیگابیت (WiGig) و اخیرا IEEE 802.11ay که در می سال 2015 برقرار شد. کمیته مخابرایت فدرال در ایالات متحده و Ofcom در بریتانیا نیز پرسشنامه مجزایی در اوایل 2015 چاپ کردند که بررسی کنند که آیا باندهای mmWave باید برای خدمات رادیویی همراه هدفگذاری مجدد بشوند یا خیر [4], [5]. این گونه شواهد درباره علاقه محیط دانشگاهی، صنعتی و افراد حکومتی به روشنی نشان می دهد که فناوریهای مخابرات mmWave از مهمترین مؤلفه ها برای شبکه های بی سیم آینده است [6]–[11].
Abstract
Millimeter wave (mmWave) communication systems use large number of antenna elements that can potentially overcome severe channel attenuation by narrow beamforming. Narrow-beam operation in mmWave networks also reduces multiuser interference, introducing the concept of noise-limited wireless networks as opposed to interference-limited ones. The noise-limited or interference-limited regime heavily reflects on the medium access control (MAC) layer throughput and on proper resource allocation and interference management strategies. Yet, these regimes are ignored in current approaches to mmWave MAC layer design, with the potential disastrous consequences on the communication performance. In this paper, we investigate these regimes in terms of collision probability and throughput. We derive tractable closed-form expressions for the collision probability and MAC layer throughput of mmWave ad hoc networks, operating under slotted ALOHA. The new analysis reveals that mmWave networks may exhibit a non-negligible transitional behavior from a noise-limited regime to an interference-limited one, depending on the density of the transmitters, density and size of obstacles, transmission probability, operating beamwidth, and transmission power. Such transitional behavior necessitates a new framework of adaptive hybrid resource allocation procedure, containing both contention-based and contention-free phases with on-demand realization of the contention-free phase. Moreover, the conventional collision avoidance procedure in the contentionbased phase should be revisited, due to the transitional behavior of interference, to maximize throughput/delay performance of mmWave networks. We conclude that, unless proper hybrid schemes are investigated, the severity of the transitional behavior may significantly reduce throughput/delay performance of mmWave networks.
I. INTRODUCTION
Increased demands for extremely high data rates and limited available spectrum for wireless systems in the UHF bands (below 3 GHz) motivate the use of millimeter wave (mmWave) communications to support multi-gigabit data rates. MmWave communication can support many diverse applications including Gbps short range wireless kiosks, augmented reality, massive wireless access in crowd public places, intra- and intervehicles connections, wireless connections in data centers, and mobile fronthauling and backhauling. This vast range of applications has led to several standardization activities such as ECMA 387 [1], IEEE 802.15.3c [2], IEEE 802.11ad [3], WirelessHD consortium, wireless gigabit alliance (WiGig), and recently IEEE 802.11ay, established in May 2015.1 The Federal Communications Commission in the USA and the Ofcom in UK also published individual notice of inquiries in early 2015 to investigate if the mmWave bands should be re-purposed for mobile radio services [4], [5]. Such evident interests in academia, industry, and regulatory bodies clearly show that mmWave communication technologies will be major components of future wireless networks [6]–[11].
چکیده
مقدمه
مدل سامانه
تحلیل برخورد
تحلیل تأخیر و توان عملیاتی
محدود به نویز یا محدود به تداخل
پروتوکل تخصیص منابع مناسب
برخورد آگاهانه MAC هیبریدی
ملاحظات نتیجه گیری
Abstract
INTRODUCTION
SYSTEM MODEL
COLLISION ANALYSIS
THROUGHPUT AND DELAY ANALYSIS
Noise-limited or Interference-limited
Proper Resource Allocation Protocol
Collision-aware Hybrid MAC
CONCLUDING REMARKS
- ترجمه فارسی مقاله با فرمت ورد (word) با قابلیت ویرایش، بدون آرم سایت ای ترجمه
- ترجمه فارسی مقاله با فرمت pdf، بدون آرم سایت ای ترجمه