Множественный доступ в широкополосных беспроводных сетях специального назначения

His

СТАНДАРТЫ БЕСПРОВОДНОГО ШИРОКОПОЛОСНОГО ДОСТУПА

Множественный доступ в широкополосных беспроводных сетях специального назначения

Описана модель развития мультисервисных сетей в рамках проекта АМ5. Приведена модель доступа пользователей сети широкополосного беспроводного доступа к ее ресурсам для многоскачковых сетей, а также методика получения вероятностных оценок потери пакетов в них.

Ключевые слова: управление услугами, элементы информационной инфраструктуры, терминал, контейнер, услуга, широкополосный беспроводный доступ, экспертные оценки.

Павлович АА, Мясникова А.И.,

ФГУП "НИИ "Рубин"

В контексте дальнейшего технологического развития телекоммуникационной отрасли в рамках проекта AMS (Advanced Multimedia System), необходимо переосмысление процесса управления предоставлением услуг должностным лицам органов государственной власти (ДЛ ОГВ) в системе связи специального назначения (СССН), предназначенной для обеспечения информационного обмена между территориальными органами власти и органами управления министерств и ведомств при совместном решении задач в различных условиях обстановки. В частности, концепция AMS предполагает принцип декомпозиции, согласно которой пользователь имеет персональное терминальное устройство, называемое контейнером (container) [1].

Неотъемлемой частью СССН является мультисервисная сеть широкополосного доступа, в том числе и беспроводного. Тогда очевидно, что одним из типов контейнеров будет мобильное устройство, позволяющий ДЛ ОГВ получить доступ к широкому спектру услуг. Совокупность контейнера и зарегистрированных в нем приложений называется AMS Assemblage — сборка AMS, конфигурация которой и опре-

деляет, какие услуги доступны пользователю устройства-контейнера (рис. 2).

Из рисунка видно, что компоненты AMS Assemblage могут присутствовать в одном устройстве (концепция мультимедийного терминала), однако на практике они могут находиться и в физически разнесенных устройствах. Функциональная структура AMS Assemblage подразумевает деление на два основных уровня: транспортный и приложений. Транспортный уровень состоит из подуровней сигнализации и передачи данных. Уровень приложений представляет собой набор приложений, каждое из которых выполняет какую-то задачу, например, аутентификация, тарификация, определение местоположения или управление конфигурацией.

При этом приложения могут взаимодействовать друг с другом как локально (активировать элемент интерфейса, скопировать файл), так и удаленно (при голосовой и видеосвязи, при передаче данных), а также одновременно локально и удаленно, например, перевести голосовой вызов с мобильного телефона на стационарный, перенести видеосессию с коммуникатора на телевизор и т. п.

РИс.1. Взаимодействие приложений в AMS

Multiple access on the broadband wireless networks of a special purpose

Pavlovich A.A., Myasnikova A.I.,

The Federal State Unitary Enterprise "Scientific Research Institute "Rubin"

Abstract

Described the model of multi-service networks within the framework of AMS. A model of user access broadband wireless access to its resources for mesh networks, as well as a technique to obtain probabilistic estimates of packet loss in them.

Keywords: Service Management, elements of the information infrastructure of the term, container, service, broadband wireless access, and expert assessment.

Наукоёмкие технологии в космических исследованиях Земли № 2-2010

STANDARDS FOR BROADBAND WIRELESS ACCESS

LES

Следует отметить, что с учетом возросших требований к перечню услуг, удельный вес различных видов трафика значительно меняется, причем мультимедийный трафик поглощает значительную часть пропускной способности сетей и повышает требования к качеству информационного обмена. Особенно актуальна эта задача применительно к мультисервисным сетям беспроводного широкополосного доступа, функционирование которых зависит от условий распространения радиоволн, а также наличия как непреднамеренных, так и преднамеренных помех [2,3], что требует оценки уровня помехозащищенности приема сигналов.

Радиус действия отдельного терминала определяется пороговым значением мощности сигнала Pc пор, обеспечивающим правильный

прием пакета в точке приема. При этом в зоне радиодоступа, ограниченной радиусом R, вероятность ошибки при поэлементном приеме пакетной информации не превышает минимально допустимое значение pk min, фактически определяющее возможность предоставления той или иной услуги. Очевидно, что если исключить влияние местности и помех, зона доступности к определенному перечню услуг (относительно базовой станции) может быть представлена в виде совокупности Ф = {Ф^ ...Фк, •••Фк}, состоящей из К подзон, в которых обеспечивается передача пакетов с определенной полосой пропускания, то есть К определяет доступный перечень разнородных услуг

q = {Q^.Q^.Q^.

В реальных условиях существует задача рационального распределения общего ресурса, в случае, когда пользователи услуг сети находятся в различных условиях ведения связи (удаленности абонентов от точки доступа, условий распространения радиоволн, воздействия помех, требований к предоставлению услуг, приоритета пользователей, требований по своевременности, достоверности и т.д.). Очевидно, что наибольший интерес представляет определение практической пропускной способности сети [4, 5]. Так, согласно модели Бьян-ки при распределенном механизме управления доступом DCF (distributed coordination function), моменты времени t и (f + 1) соответствуют началам следующих друг за другом виртуальных слотов (ВС). Предполагается, что в начале ВС каждая станция пытается отправить пакет с вероятностью Т, определяемой согласно выражения (1]):

Assemblage

Приложение 1

Приложение 2

Интерфейс приложения

Приложение п

Ï

API

____Терминал

1 Приложение 1 j i_ Транспортный агент

I Приложение 2 j^..^. I Приложение nj i_ Реестр приложений

Менеджер

Устройство, содержащее приложения

AMS

сессия

Устройство, содержащее контейнер

Рис. 2. AMS сборка

т=-

2 q

q(1 - + w0[1 - p- p(2p)m (1 + pm- ')]

где q = 1-2p, W0 — минимальный размер конкурентного окна; m — max число попыток передачи; m' — номер попытки передачи при max размере конкурентного окна, m < m'; p — условная вероятность потери пакета.

При нахождении терминалов в зоне взаимной радиовидимости (функция DCF) попытки передачи происходят в одинаковых для всех узлов временных интервалах и условная вероятность потери пакета вычисляется как:

p = 1 -

n—1

где n — общее количество терминалов (контейнеров) [3].

В многоскачковых сетях (при отсутствии взаимной радиовидимости), могут возникать потери пакетов из-за работы протокола MAC [4]. Для рассмотрения влияние работы протокола MAC на условную вероятность p, рассмотрим упрощенную модель физического уровня: дальность передачи Rj каждого узла фиксирована, и все узлы передают с одинаковой мощностью. Только терминалы в пределах подзоны Фк от передающего терминала могут правильно принимать и декодировать пакеты; дальность контроля несущей каждым узлом фиксирован в пределах радиуса R- нет эффекта энергетического захвата: пакет не может быть получен узлом, если он коллизирует ходя бы с одним пакетом, переданным любым узлом в пределах данного радиуса; канал связи без ошибок: полученный пакет всегда декодирует-

ся правильно при отсутствии коллизий. Введение этих ограничений позволит выделить проблемы, связанные непосредственно с работой протоколов MAC уровня в сетях с произвольным множественным доступом, например 802.11 DCF [5].

Можно определить четыре различных категории потерь пакета из-за работы протокола MAC: 1) потери из-за коллизий между скоординированными терминалами, происходящие из-за коллизии при одновременном получении пакетов от нескольких терминалов, находящихся в зоне радиовидимости; 2) потери из-за информационной асимметрии: связь l(i,j), страдает из-за связи l'(i',j') по причине эффекта информационной асимметрии, если удовлетворены следующие геометрические зависимости: d(i,j) > Re, d(i,i') > R<; передающие терминалы связей l и Г вне зоны радиовидимости друг друга; d(j,i') > Re-: принимающий терминал l находится в зоне радиовидимости передающего l'; d(i,j ) > R-, принимающий l' не находятся в зоне радиовидимости передающего терминала l', где d = (m,n) — евклидово расстояние между узлами m и n. Вероятность потери пакета обозначим p(a'l); 3) потери из-за близких скрытых терминалов. Подобные потери происходят между двумя связями l(i,j) и l(i',j') когда: d(i,i') > R-: передающие терминалы l и Г вне зоны радиовидимости; d(i,j') < R-: принимающий l находится в зоне радиовидимости терминала l'; d (i,j') < R-принимающая станция l находятся в зоне радиовидимости станции l, pn^ — вероятность потери пакета; 4) потери из-за удаленных скрытых терминалов происходят между двумя связями l(i,j) и l'(i',j') когда d(i,i') > R- передающие терминалы l и l' вне зоны радиовидимости;

High technologies in Earth space research № 2-2010

His

С(/,/") > принимающий терминал I находится вне зоны радиовидимости передающего терминала I'; С(,/'') < ^ принимающий терминал I' находятся в зоне радиовидимости терминала I.

В этом случае пакеты управления, посланные одной приемной станцией, интерферируют с приемом пакетов в другой. Хотя теоретически конфигурация симметрична, потери пакетов неравнозначны, так как узел, начавший передачу первым, может закончить ее успешно. Выражение для полной вероятности потери пакета узла I можно записать так:

p(i) = 1 -[1 -pco(i)][1 -pia(i)] x x[1 - Pnh (i)][1 - Pfh ( i)].

СТАНДАРТЫ БЕСПРОВОДНОГО ШИРОКОПОЛОСНОГО ДОСТУПА

Такая классификация является достаточно исчерпывающей для описания возможных коллизионных потерь между любыми двумя связями в сети беспроводного широкополосного доступа СССН. Совершенно очевидно, что при прямой коррелированности и Ф^, возможно определения вероятности предоставления определенного перечня услуг и формирования алгоритма управления инфокоммуникацион-ными услугами.

Литература

1. Атцик А, Леваков А, Славов и. Есть ли жизнь после NGN, CONNECT, № 5, 2010. — С.132-136.

2. Полонский ан. Оценка влияния непреднамеренна помех на линии многоканальной электросвязи. — Л.: ВАС,1988. — 172 с.

3. Адаптивная компенсация помех в каналах связи / Под ред. Ю.И. Лосева. — М.: Радио и связь, 1988. —208 с.

4. Тобаги ФА Моделирование и анализ характеристик многопролетных пакетных радиосетей Применение методов коммутации пакетов в тактических радиосетях. ТИИЭР том 75, №1, 1987. — С. 162-185.

5. Вишневский В.М. и др. Широкополосные беспроводные сети передачи информации. — М.: Техносфера, 2005.

6. Bianchi G. Performance Analysis of IEEE 802.11 Distributed Coordination Function // IEEE Journal on Selected Areas in Communications 18(3) (March 2000). P. 535-547.

^hV

ПРОМТЕХНИКЯ

НАУЧНО ПРОИЗВОДСТВЕННАЯ ФИРМА

301670, Россия, Тульская область, Новомосковский район, пос. Малиновский, ул. Л.Толстого, 2А

Научно-конструкторское подразделение и производство: Тел.: +7(48762) 9-25-85. Тел./факс: +7(48762) 9-24-30 e-mail: promtechnica@rambler.ru, promtech@novomoskovsk.ru

Отдел рекламы и PR: Тел.:+7 (91 6) 1 81 -36-78. Тел./факс:+7(48762) 9-24-30

e-mail: promt-pr@mail.ru

качество ремонта

КАЧЕСТВ О РЕМОНТА

ОПРЕДЕЛЯЕТ

определит безопасность движения

БЕЗОПАСНОСТЬ ГЦ} И Ж £ H И Я

Научно-производственная фирма "Промтехника" специализируется на разработке и внедрении высокотехнологичного нестандартного оборудования для ремонта и текущего обслуживания функциональных узлов и механизмов железнодорожного транспорта.

Компания производит нестандартное технологическое оборудование по конструкторской документации заказчика.

"Промтехника" создает технологически и конструктивно увязанные автоматизированные комплексы. В каждый такой комплекс входит до двадцати взаимоувязанных машин. Каждый проект уникален и адаптирован под конкретное вагонно-ремонтное предприятие. Технологический проект предприятия уже на стадии принятия решения об инвестициях дает реальное представление как о рентабельности и конкурентоспособности предприятия, так и о степени механизации не только его основных структурных подразделений, но и технологических связей между ними. Научно-конструкторское структурное подразделение НПФ "Промтехника" ежегодно создает до десяти комплексов нестандартного оборудования, предназначенных для модернизации вагонных депо. Всего таких комплексов было создано и внедрено порядка 60 единиц.

Наукоёмкие технологии в космических исследованиях Земли № 2-2010