WOJSKOWA AKADEMIA TECHNICZNA
INSTYTUT SYSTEMÓW ŁACZNOŚCI WYDZIAŁU ELEKTRONIKI
ZAKŁAD RADIOKOMUNIKACJI I WALKI RADIOELEKTRONICZNEJ
PORÓWNANIE EFEKTYWNOŚCI
WYBRANYCH METOD DOSTĘPU
DO KANAŁU RADIOWEGO
(Instrukcja laboratoryjna)
Warszawa 2006
3
1. Cel ćwiczenia
Celem ćwiczenia jest zapoznanie słuchaczy z popularnymi metodami dostępu do kanału
radiowego, ocena ich efektywności przy określonych kryteriach, a także pokaz niektórych
możliwości programu MATLAB w wersji 7.1 w zastosowaniach symulacyjnych.
2. Wprowadzenie
W systemie komunikacji bezprzewodowej informacje przesyłane są między wieloma
użytkownikami przy pomocy fal radiowych. Natura kanału radiowego sprawia, że nadawany
sygnał dociera do wszystkich odbiorników. Własnością tego kanału jest również istnienie
interferencji między nadawanymi sygnałami. Z tych względów dla prawidłowej komunikacji
konieczne jest stosowanie odpowiednich metod dostępu do kanału. Kontrola dostępu i metody
przydziału dostępu do kanału radiowego wielu użytkownikom są niezmiernie ważne dla
prawidłowego działania sieci bezprzewodowych o dowolnej topologii.
2.1. Podział metod dostępu do kanału radiowego
Oddzielenie sygnałów jest łatwe do osiągnięcia w metodach dostępu na stałe
przypisujących zasoby kanału (częstotliwość, czas lub obie wielkości) poszczególnym
użytkownikom na określonej z góry zasadzie. Istnieją trzy tego typu metody dostępu: FDMA,
TDMA i CDMA. Dla strumienia danych o stałym natężeniu, metody na stałe przypisujące
zasoby kanału pozwalają bardzo efektywnie wykorzystać te zasoby.
Wielodostęp z podziałem częstotliwościowym FDMA (ang. Frequency Division Multiple
Access) jest techniką wykorzystującą dobrze znany schemat zwielokrotnienia z podziałem
częstotliwości FDM (ang. Frequency Division Multiplexing). W tej technice wielodostępu
pasmo częstotliwości jest dzielone na podpasma, które są przydzielane na stałe różnym
użytkownikom. Każdy z nich może korzystać z przydzielonego pasma częstotliwości
w sposób nieograniczony w czasie.
Wielodostęp z podziałem czasowym TDMA (ang. Time Division Multiple Access) jest
techniką wykorzystującą zwielokrotnienie z podziałem czasu TDM (ang. Time Division
Multiplexing). Polega ono na tym, że każdy z użytkowników ma do dyspozycji całe dostępne
pasmo, przez ściśle określony przedział czasu, nazywany szczeliną czasową. Niepokrywające
się szczeliny czasowe poszczególnych użytkowników tworzą kanały ortogonalne.
4
Odseparowanie sygnałów może być również dokonane poprzez przypisanie każdemu
z użytkowników charakterystycznej sekwencji kodowej. Dzięki niej w odbiorniku można
wyodrębnić sygnały pochodzące od poszczególnych użytkowników. W metodzie tej zwanej
wielodostępem z podziałem kodowym CDMA (ang. Code Division Multiple Access)
użytkownicy korzystają z całego dostępnego pasma, bez ograniczeń czasowych. W metodzie
wielodostępu CDMA wyróżnić można dwie techniki CDMA: z bezpośrednim rozpraszaniem
DS-CDMA (ang. Direct Sequence CDMA) i ze skakaniem po częstotliwościach FH-CDMA
(ang. Frequency Hopping CDMA).
2.2. Podział protokołów dostępu do kanału radiowego
Dla ruchu pakietowego transmitowanego w paczkach metody dostępu przydzielające na
stałe zasoby kanału mogą nie być efektywne i powodować marnotrawienie zasobów kanału
przez większość czasu. W takim przypadku lepsze wykorzystanie kanału można osiągnąć,
jeśli dostępne zasoby kanału są rozdysponowywane w oparciu o dostęp losowy (ang. random
access).
Jeśli ruch pakietowy generowany jest w postaci paczek i w czasie jego przesyłania
powstaje wiele kolizji, wówczas można zastosować sterowany dostęp do medium
transmisyjnego. Polega on na narzuceniu pewnej dyscypliny na sieć złożoną z niezależnych
użytkowników. W metodach sterowanego dostępu do medium tylko jeden użytkownik ma
zgodę na dostęp do medium w danej chwili.
Technika odpytywania stosuje scentralizowany system sterowania dostępem do kanału.
Wybrana stacja w sieci cyklicznie odpytuje pozostałe stacje w celu określenia czy posiadają
dane do transmisji. Technika odpytywania wymaga stałej wymiany informacji między stacją
sterującą a pozostałymi stacjami.
Ogólnie, metody rozwiązywania konfliktów można podzielić na dwie grupy, w których
użytkownicy zachowują się w sposób bierny bądź czynny. Użytkownicy bierni oczekują na
otrzymanie pozwolenia na transmisję. Za wysłanie pozwoleń odpowiedzialna jest stacja
centralna lub jeden z wyróżnionych użytkowników. Użytkownicy aktywni podejmują decyzję
o transmisji pakietu na własną rękę opierając się na dostępnej informacji o stanie systemu.
Regułę, według której odbywa się podejmowanie decyzji o transmisji pakietu, nazywa się
regułą dostępu do kanału lub protokołem wielodostępu.
5
W niniejszym ćwiczeniu badane będą protokoły pracujące na zasadzie losowego dostępu
do kanału, tzn. próby wysłania pakietu podejmowane przez terminale będą procesem
losowym.
Najprostszym, chociaż również najmniej efektywnym protokołem dostępu przypadkowego
jest tzw. czysty protokół ALOHA (ang. pure ALOHA). Zgodnie z jego zasadą działania
(rys. 2.1) użytkownicy transmitują pakiety zaopatrzone w blok detekcji błędów natychmiast,
gdy mają coś do wysłania. Kolizje pomiędzy pakietami zdarzają się wtedy, gdy co najmniej
dwa z nich chociaż częściowo nakładają się w czasie (na rysunku pakiety nr 2 i 3). Odbiór
każdego z pakietów musi być potwierdzony. Jeśli pakiet ACK (ang. Acknowledgment) nie
dotrze do nadawcy w określonym czasie, nadawca traktuje wysłany pakiet jako stracony
w wyniku kolizji i wysyła go ponownie z losowo wybranym opóźnieniem. Pakiet nr 3
wysyłany jest z opóźnieniem równym t
1
. Pakiet nr 2 zostanie retransmitowany, lecz po innym,
losowo dobranym czasie. Dzięki takiemu roywiyaniu można chociaż częściowo uniknąć
powtarzania się kolizji.
Rys. 2.1. Zasada działania protokołu ALOHA
Wzrost liczby użytkowników oraz wzrost ruchu generowanego przez każdego z nich
będzie powodował coraz częstsze nakładanie się na siebie pakietów a tym samym wzrost
prawdopodobieństwa wystąpienia kolizji.
Przepływność systemu ALOHA wyrażona jest wzorem 2.1:
G
e
G
S
2
(2.1)
gdzie: S – przepływność
G - całkowity ruch w odniesieniu do pojemności kanału
Pochodna dS/dG jest równa zero dla G=0,5 zatem maksimum przepływności S występuje
dla wartości G=0,5. Tak więc system ALOHA osiąga maksymalną wartość przepływności
równą 1/(2e) = 0,184. Innymi słowy najlepsze wykorzystanie kanału, jakie możemy osiągnąć
wynosi 18,4 procent.
Pakiet nr 1
Czasy rozpoczęcia transmisji kolejnych pakietów
Kolizja
Retransmisja
pakietu nr 3
Czas
t
1
Pakiet nr 2
Pakiet nr 3
Pakiet nr 4
6
Całkowicie niezsynchronizowany dostęp do kanału zdefiniowany przez protokół ALOHA
można zmodyfikować dzieląc czas na odcinki – tzw. szczeliny. Ich długość jest równa
czasowi transmisji pojedynczego pakietu, przy założeniu stałej długości pakietów. Nadajnik
użytkownika musi być zsynchronizowany ze szczelinami czasowymi i przesyłać swoje
pakiety w ich ramach. Jeśli każdy z użytkowników będzie rozpoczynał transmisję zawsze na
początku szczeliny, wówczas dwa pakiety mogą uczestniczyć w kolizji tylko wtedy, gdy
całkowicie nałożą się na siebie (a nie częściowo jak to jest w protokole ALOHA) –
rysunek 2.2. Dzięki temu rośnie efektywność wykorzystania kanału (przedział czasu,
w którym transmitowany pakiet jest podatny na kolizję ulega skróceniu z 2T do T).
W przypadku wystąpienia kolizji użytkownicy podejmują kolejne próby skorzystania z kanału
po pseudolosowym odstępie czasu. Tak więc prawdopodobieństwo, że obaj skorzystają z tej
samej szczeliny czasowej jest niewielkie.
Rys. 2.2. Zasada działania protokołu S-ALOHA
Wprowadzenie pewnego uporządkowania w proces emisji pakietów przyczynia się do
polepszenia protokołu ALOHA.
Opisana metoda nosi nazwę „szczelinowa” ALOHA (S-ALOHA – ang. slotted ALOHA).
Równanie opisujące przepływność systemu szczelinowa ALOHA (S-ALOHA) ma
następującą postać:
G
e
G
S
(2.2)
Dzięki wprowadzeniu prostej modyfikacji protokołu ALOHA maksymalna przepływność
wzrasta dwukrotnie i wynosi dla szczelinowego ALOHA 1/e=0,368 (dla G=1). W systemie
tym możemy osiągnąć 36,8 procentowe wykorzystanie kanału.
Użytkownicy systemu wysyłający swoje pakiety stosując protokół ALOHA nie biorą pod
uwagę tego, co robią inni użytkownicy. Gdyby najpierw „nasłuchiwali" kanał w celu
określenia jego stanu, a dopiero po stwierdzeniu, że nie jest on zajęty przez innego
użytkownika nadawali swój pakiet, liczba kolizji znacznie by się obniżyła. Protokoły, które
stosują powyższą zasadę nazywane są protokołami wielodostępu z detekcją nośnej (CSMA –
Stacja B
Stacja A
Stacja C
Stacja D
Kolizja
Czas
7
ang. Carrier Sense Multiple Access). Wybrane protokoły tego typu są stosowane
w bezprzewodowych sieciach pakietowych i bezprzewodowych sieciach LAN.
W ćwiczeniu badana będzie wersja protokołu CSMA znana jako nonpersistent CSMA
(nieuporczywy CSMA). W protokole tym, jeśli terminal stwierdza, że kanał jest zajęty, czeka
przez losowy odcinek czasu, aby stwierdzić ponownie stan kanału. Jeśli kanał jest wolny,
pakiet zostanie bezzwłocznie wysłany – rysunek 2.3.
Rys. 2.3. Zasada działania protokołu nonpersistent CSMA
Przepływność systemu wykorzystującego protokół nieuporczywy CSMA można określić
wzorem:
G
a
G
a
e
a
G
e
G
S
2
1
(2.3)
Gdzie:
S – przepływność kanału
G – oferowany ruch
a - znormalizowane opóźnienie propagacji
Opóźnienie wynikające z czasu propagacji zależy od odległości pomiędzy terminalami
i punktem dostępu. W większości przypadków zakłada się, że czas propagacji jest taki sam
dla całego systemu i przyjmuje się jedną znormalizowaną wartość opóźnienia propagacji
pakietów od access pointa do każdego terminala (a).
Protokołami zbliżonymi do CSMA są protokoły ISMA (ang. Inhibit Sense Multiple
Access). Różnica między nimi polega na tym, że w systemach radiowych wykorzystujących
protokoły ISMA stosuje się dodatkowy kanał informujący o zajętości kanału głównego. Gdy
stacja bazowa odbiera pakiet w kanale głównym od jednego z terminali, do wszystkich
pozostałych terminali w kanale dodatkowym wysyła informację o zajętości kanału głównego
(„busy”) powstrzymując je od nadawania. Po zakończeniu odbioru pakietu stacja bazowa
wysyła sygnał informujący o zwolnieniu kanału („idle”). Pozostałe terminale rozpoczynają
Czas
Stacja A nadaje
Stacja B nasłuchuje
i opóźnia moment nadawania
Stacja B nasłuchuje
i nadaje pakiet
8
nadawanie swoich pakietów na zasadzie podobnej jak w przypadku protokołu np-CSMA.
W ćwiczeniu badany będzie protokół szczelinowy nieuporczywy ISMA (ang. Slotted
nonpersistent ISMA). Podobnie jak w protokole slotted ALOHA czas podzielony jest na
szczeliny, w których wysyłane są pakiety. Poniżej podany jest wzór na przepływność kanału
przy zastosowaniu protokołu dostępu szczelinowy nieuporczywy ISMA:
G
d
G
d
e
d
e
G
d
S
1
(2.4)
Gdzie:
S – przepływność kanału;
G – oferowany ruch;
d – znormalizowany czas propagacji
Pomimo tego, że terminale są na bieżąco informowane o stanie kanału, kolizje zdarzają się
ze względu na opóźnienia propagacyjne pomiędzy poszczególnymi terminalami a punktem
dostępu. Opóźnienie to (d) jest dwa razy większe niż w systemach CSMA, ponieważ access
point musi najpierw odebrać sygnał od terminala a następnie wygenerować sygnał o zajętości
kanału do pozostałych terminali. Przewaga protokołów ISMA nad CSMA polega na tym, że
w tych drugich część kolizji była spowodowana tzw. zjawiskiem ukrytych stacji. Sytuacja
taka miała miejsce, gdy terminale znajdowały się w takiej odległości od siebie, że były poza
wzajemnym zasięgiem, lub znajdowała się między nimi przeszkoda fizyczna, co
uniemożliwiało wykrycie transmisji. Obie te przyczyny kolizji są zlikwidowane w systemach
ISMA.
2.3. Zdefiniowanie kryteriów oceny wybranej metody dostępu
Do oceny efektywności poszczególnych metod dostępu do kanału radiowego
wykorzystane zostaną następujące wielkości:
średni znormalizowany ruch całkowity;
przepływność kanału;
znormalizowany średni czas opóźnienia pakietu.
Powyższe wielkości zostaną omówione na przykładzie systemu wykorzystującego protokół
ALOHA.
Przy założeniu, że proces punktowy, tworzony przez chwile rozpoczęcia transmisji
wszystkich pakietów w kanale modelowany jest jako proces Poisson’a, to
9
prawdopodobieństwo P(K) pojawienia się dokładnie K pakietów w dowolnym przedziale
o czasie trwania T wynosi:
!
)
(
K
e
T
K
P
T
K
(2.5)
Gdzie: P(K) – prawdopodobieństwo pojawienia się K pakietów;
K
= 0, 1, 2, …
- stała dodatnia określająca intensywność przybywania pakietów.
Średnią intensywność przybywania pakietów do systemu
można zdefiniować wzorem:
r
s
(2.6)
Gdzie:
- średnia intensywność przybywania pakietów;
s
- średnia intensywność przybywania pakietów, których transmisja
zakończyła się powodzeniem;
r
- średnia intensywność przybywania pakietów, które zostały odrzucone
w wyniku kolizji.
Przez S oznaczona zostanie średnia wartość znormalizowanego ruchu przesłanego
poprawnie (lub przepływność kanału):
R
L
S
s
/
(2.7)
Gdzie: S
- przepływność kanału;
L
- długość pakietów wyrażona w bitach;
R
- pojemność kanału wyrażona w bitach na sekundę.
We wzorze (2.7) iloczyn L
s
jest średnią wartością ruchu przesłanego poprawnie lub
przepływnością wyrażaną w bitach na sekundę. Znormalizowana przepływność S, wyraża
przepływność w odniesieniu do pojemności kanału.
Średni znormalizowany całkowity ruch oferowany w kanale G można wyrazić jako:
R
L
G
/
(2.8)
Gdzie: G
- średni znormalizowany ruch całkowity;
Oferowany ruch G jest ruchem całkowitym, na który składają się zarówno pakiety nowe,
jak i retransmitowane pakiety, które wcześniej uczestniczyły w kolizji.
10
Czas transmisji każdego pakietu wyraża się wzorem:
R
L
T
/
(2.9)
Gdzie: T
- czas transmisji pakietu wyrażony w sekundach;
Po podstawieniu zależności (2.9) do (2.7) i (2.8) uzyskany zostanie wzór na przepływność
i ruch oferowany w kanale G:
T
S
s
(2.10)
T
G
(2.11)
Przepływność S pakietowej sieci radiowej mierzona jest w Erlangach. Można zauważyć, że
w systemie, w którym nie występują kolizje, przepustowość nie przekroczy 1.
W systemie ALOHA użytkownicy transmitują pakiety nie zwracając uwagi na innych
współużytkowników sieci. Prawdopodobieństwo, że dwa pakiety nie nałożą się na siebie jest
równe prawdopodobieństwu, że T sekund przed i T sekund po rozpoczęciu przesyłania
danego pakietu nie rozpocznie się transmisja żadnego innego pakietu. Zatem dla każdego
pakietu potrzebny jest odstęp 2T sekund. Prawdopodobieństwo P
s
, że pakiet o długości T
zostanie przesłany pomyślnie jest równe prawdopodobieństwu P(K=0), że dokładnie K=0
innych pakietów jest transmitowanych w przedziale czasu 2T. Podstawiając do (2.5) K=0
i czas równy 2T uzyska się zależność:
T
T
s
e
e
T
K
P
P
2
2
0
!
0
2
)
0
(
(2.12)
Prawdopodobieństwo P
s
może być wyrażone w funkcji intensywności ruchu, którego
transmisja zakończyła się powodzeniem
s
oraz intensywności ruchu całkowitego w sieci
:
/
s
s
P
(2.13)
Po przekształceniu (2.12) i (2.13) otrzyma się:
T
s
e
2
(2.14)
Podstawiając równania (2.10) i (2.11) do (2.14) wyznaczona zostanie przepływność
systemu ALOHA:
G
Ge
S
2
(2.15)
Jeżeli oferowany ruch jest bardzo mały G ≈ 0, to będzie bardzo mało kolizji, a tym samym
bardzo mało retransmisji. W takim przypadku S ≈ G. Przy bardzo dużym ruchu G można
11
spodziewać się dużej liczby kolizji i retransmisji, zatem przepustowość będzie wynosiła
S << G, dążąc do zera.
Zależność (2.15) została już przytoczona wcześniej w rozdziale drugim jako wzór (2.1).
Wzory (2.2), (2.3) i (2.4) określają zależności na przepływności w systemach: szczelinowa
ALOHA, nieuporczywy CSMA oraz szczelinowy nieuporczywy ISMA.
Kolejnym parametrem, który będzie brany pod uwagę przy ocenie efektywności systemu
jest znormalizowany średni czas opóźnienia pakietu. Czas jaki jest potrzebny do przesłania
jednego pakietu jest to czas, jaki upływa od wygenerowania pakietu przez terminal do
odebrania go przez punkt dostępu. Jest on zależny od czasu generacji pakietu, czasu jego
transmisji do punktu dostępu oraz czasu jego odebrania przez punkt dostępu. Czas
generowania pakietu zależy z kolei od jego długości.
Jeżeli oznaczyć przez d
p
długość pakietu wyrażoną w symbolach, a przez V
s
szybkość
transmisji jednego symbolu wyrażoną w symbol/sekundę, to czas przesłania jednego pakietu
T
p
wynosi:
s
p
p
V
d
T
(2.16)
Czas przesłania wszystkich pakietów wynosi:
N
T
T
p
N
(2.17)
Gdzie: N
- ilość wszystkich pakietów;
Rzeczywisty czas przesłania wszystkich pakietów T
c
będzie dużo większy z uwagi na
konieczność retransmisji pakietów, które brały udział w kolizji. Iloraz wartości T
c
i T
N
określa znormalizowany średni czas opóźnienia pakietu D
t
(od ang. delay time – czas
opóźnienia):
N
c
t
T
T
D
(2.18)
12
3. Wykonanie ćwiczenia
3.1. Zapoznanie się ze stanowiskiem laboratoryjnym
Stanowisko laboratoryjne oparte jest na programie napisanym w języku MATLAB,
uruchamianym na komputerze klasy PC z zainstalowanym oprogramowaniem MATLAB
w wersji 7.1. Program należy uruchomić za pomocą skrótu umieszczonego na pulpicie przez
„kliknięcie „ ikony:
Po uruchomieniu programu należy otworzyć plik C:\Laboratorium\Porównanie
efektywności metod dostępu\interfejs.m. Plik ten może znajdować się w innym miejscu,
wskazanym przez prowadzącego ćwiczenie.
Interfejs należy uruchomić przez naciśnięcie ikony „Run”, tak jak pokazano poniżej.
Rys. 3.1 Wygląd okna programu MATLAB 7.1
13
Uruchomiony zostanie interfejs programu symulacyjnego. Jego wygląd przedstawia
rysunek 3.2.
Rys. 3.2 Wygląd interfejsu uruchamiającego program symulacyjny
W białych polach znajdują się dane wejściowe ustalające warunki symulacji. Po
każdorazowej zmianie danych wejściowych, przed uruchomieniem symulacji należy
wyczyścić rejestr przyciskiem. W przeciwnym wypadku niektóre dane nie zostałyby
zmienione wypaczając w ten sposób uzyskane wyniki. Przy wprowadzaniu wartości
szybkości bitowej i symbolowej trzeba zachować zasadę, że szybkość bitowa jest
wielokrotnością szybkości symbolowej, czyli iloraz szybkość symbolowa/szybkość bitowa
jest liczbą naturalną. Poniżej podane są dopuszczalne wartości danych wejściowych:
długość pakietu = 32; 64; 128,
szybkość bitowa = 256; 512; 1024; 2048,
szybkość symbolowa = 128; 256; 512; 1024
Symulację uruchamiamy przyciskiem „Start”. Należy pamiętać, że zmieniając liczbę
wysłanych pakietów wydłużamy lub skracamy czas symulacji. Jest on również zależny od
parametrów użytego komputera. Przy szybszym procesorze celowym jest zwiększenie liczby
wysłanych pakietów. Wydłuży to, co prawda, czas symulacji, jednak otrzymane wyniki są
14
bardziej wiarygodne i charakteryzują się mniejszym „rozrzutem” co daje w efekcie bardziej
wygładzone wykresy.
Po zakończeniu symulacji wyniki zostaną przedstawione za pomocą dwóch wykresów:
zależności przepływności kanału w funkcji średniego oferowanego ruchu oraz średniego
czasu opóźnienia pakietu w funkcji średniego oferowanego ruchu.
Funkcja fig pozwala na włączenie siatki oraz znaczne powiększenie wykresów, co ułatwia
odczytywanie z nich uzyskanych wyników – rysunek 3.3.
Rys. 3.3 Odczytywanie danych z wykresu z wykorzystaniem okna fig.
3.2. Porównanie różnych protokołów dostępu do kanału radiowego
Przy danych początkowych, tak jak na rysunku 3.2 przeprowadzić symulacje dla
wszystkich protokołów dostępu. Odczytać maksymalną wartość przepływności oraz
odpowiadającą jej wartość średniego ruchu w kanale. Z zależności średniego opóźnienia
pakietu od średniego ruchu odczytać wartość, przy której opóźnienie zaczyna gwałtownie
rosnąć. Dane zapisać w tabeli 3.1.
15
Tabela 3.1. Porównanie protokołów p-ALOHA, s-ALOHA, np-CSMA i snp-ISMA
Dane wejściowe:
liczba użytkowników
=
liczba wysłanych pakietów =
długość pakietu
=
efekt progowy
= 0
szybkość bitowa
=
szybkość symbolowa
=
znormalizowane opóźnienie propagacji=
Protokół
dostępu
Maksymalna
wartość
przepływności
Wartość oferowanego ruchu
w kanale, dla którego
przepływność osiąga
maximum
Wartość oferowanego
ruchu w kanale, dla
którego średnie
opóźnienie pakietu
gwałtownie rośnie
p-ALOHA
s-ALOHA
np-CSMA
snp-ISMA
3.3. Wpływ efektu progowego na jakość systemu
Przy zachowaniu danych wejściowych jak w punkcie 3.2 powtórzyć symulacje
z włączonym efektem progowym. Dane wpisać do tabeli 3.2. Porównać wyniki z tabel 3.1
i 3.2.
Tabela 3.2. Porównanie protokołów p-ALOHA, s-ALOHA, np-CSMA i snp-ISMA z efektem progowym
Dane wejściowe:
liczba użytkowników
=
liczba wysłanych pakietów =
długość pakietu
=
efekt progowy
= 1
szybkość bitowa
=
szybkość symbolowa
=
znormalizowane opóźnienie propagacji=
Protokół
dostępu
Maksymalna
wartość
przepływności
Wartość oferowanego ruchu
w kanale, dla którego
przepływność osiąga
maximum
Wartość oferowanego
ruchu w kanale, dla
którego średnie
opóźnienie pakietu
gwałtownie rośnie
p-ALOHA
s-ALOHA
np-CSMA
snp-ISMA
16
Przy dowolnie wybranym protokole dostępu wykonać symulacje zmieniając wartość
progu. Wyjaśnić wpływ wartości progu na uzyskane wyniki.
Tabela 3.3. Wpływ wartości progu na przepływność i średni czas opóźnienia pakietu
Protokół
–
liczba użytkowników
=
liczba wysłanych pakietów =
długość pakietu
=
efekt progowy
= 1
szybkość bitowa
=
szybkość symbolowa
=
znormalizowane opóźnienie propagacji=
Poziom progu
Maksymalna
wartość
przepływności
Wartość oferowanego ruchu
w kanale, dla którego
przepływność osiąga
maximum
Wartość oferowanego
ruchu w kanale, dla
którego średnie
opóźnienie pakietu
gwałtownie rośnie
10dB
15dB
20dB
30dB
3.4. Wpływ wartości znormalizowanego opóźnienia transmisji na drodze propagacji na
parametry systemu
Badania należy wykonać dla protokołów CSMA i ISMA, zmieniając czas opóźnienia na
drodze propagacji dla wartości a = 0,01 i 0,1s (dla CSMA), oraz d = 0,02 i 0,2s (dla ISMA).
Wyniki umieścić w tabeli 3.4. Wyjaśnić wpływ wartości a i d na uzyskane wyniki. Z jakiego
powodu określając dane wejściowe założono, że d = 2a?
17
Tabela 3.4. Wpływ wartości średniego czasu opóźnienia na drodze propagacji na przepływność i średni
czas opóźnienia pakietu
Dane wejściowe:
liczba użytkowników
=
liczba wysłanych pakietów =
długość pakietu
=
efekt progowy
= 0
szybkość bitowa
=
szybkość symbolowa
=
znormalizowane
opóźnienie
propagacji
Maksymalna
wartość
przepływności
Wartość oferowanego ruchu
w kanale, dla którego
przepływność osiąga
maximum
Wartość oferowanego
ruchu w kanale, dla
którego średnie
opóźnienie pakietu
gwałtownie rośnie
a = 0,01
a = 0,1
d = 0,01
d = 0,1
4. Zagadnienia do kolokwium wstępnego:
1. Dokonać podziału metod dostępu do kanału radiowego;
2. Wymienić i scharakteryzować protokoły dostępu badane w ćwiczeniu;
3. Wymienić cechy różniące protokoły z grupy CSMA od ISMA;
4. Wymienić i opisać wielkości badane w ćwiczeniu, za pomocą których
porównywane będą protokoły dostępu do kanału;
5. Omówić sposób przeprowadzenia pomiarów i wykorzystania otrzymanych
wyników.
18
5. Wzór sprawozdania
INSTYTUT SYSTEMÓW ŁĄCZNOŚCI
Laboratorium radiokomunikacji
Grupa nr: ...........................
Podgrupa w składzie:
1. .......................................
2. .......................................
3. .......................................
4. .......................................
Data wykonania ćwiczenia:
Data oddania sprawozdania:
Ćwiczenie prowadził:
Ocena:
Podpis:
Ćwiczenie nr ......................
Temat: ........................................................................................................................................
Sprawozdanie sporządzone w wyniku wykonanego ćwiczenia powinno zawierać:
Wyniki pomiarów zamieszczone w tabelach;
Końcowe wnioski i spostrzeżenia.
19
Literatura:
1. K. Wesołowski. Systemy radiokomunikacji ruchomej. Wydawnictwa Komunikacji
i Łączności, Warszawa, 2003
2. J. Kołakowski, J. Cichocki, UMTS, System telefonii komórkowej trzeciej generacji.
Wydawnictwa komunikacji i łączności. Warszawa 2003
3. B. Mrozek, Z. Mrozek, Matlab I Simulink. Poradnik użytkownika, Helion, Gliwice 2004.
4. H. Harada, R. Prasad, Simulation and Software Radio for Mobile Communications,
Universal Personal Communications
5. Matlab. The Language of Technical Computing, The Math Works Inc. 2000,
6. Simulink. Dynamic System Simulation for Matlab, The Math Works Inc. 2000,
7. Internet
http://www.invocom.et.put.poznan.pl/~invocom/C/P1-4/p1-4_pl/,
http://wireless.per.nl/reference/chaptr06/csma/isma.htm,
http://pl.wikipedia.org/wiki/Matlab,