FMAC: Ένα ευέλικτο πρωτόκολλο πολλαπλής πρόσβασης για συστήματα ασύρματων επικοινωνιών Σοφικίτης Ηλίας

Τετάρτη, 15 Ιουλίου Κύρια σημεία παρουσίασης Εισαγωγή Περιγραφή του πρωτοκόλλου FMAC Εκτίμηση της απόδοσης Ανάλυση σταθερότητας Σημαντικά χαρακτηριστικά του FMAC Επεκτάσεις - Συμπεράσματα

Τετάρτη, 15 Ιουλίου Εισαγωγή (1/1) Γενικά για το FMAC Στο FMAC, κάθε σταθμός μπορεί να μεταδώσει μόνο σε προκαθορισμένα slots Το FMAC αποφεύγει τις συνεχόμενες συγκρούσεις ανάμεσα στους ίδιους σταθμούς

Τετάρτη, 15 Ιουλίου Το πρωτόκολλο FMAC (1/9) FMAC και σχήματα συναγωνισμού Ένα σχήμα συναγωνισμού (contention scheme) πρέπει να ικανοποιεί τις συνθήκες:  Ένας ενεργός σταθμός επιτρέπεται να διαγωνίζεται έως ότου να διασφαλίσει ένα slot  Οι ομάδες των διαγωνιζόμενων σταθμών πρέπει να διαφοροποιούνται σε συνεχόμενα slots Το FMAC, σε αντίθεση με άλλα πρωτόκολ- λα, ικανοποιεί και τις δύο συνθήκες

Τετάρτη, 15 Ιουλίου Το πρωτόκολλο FMAC (2/9) Finite Projective Planes FMAC: Finite Projective Plane-Based Multiple-Access Mechanism Ένα finite projective plane N σημείων αποτελείται από Ν ομάδες σημείων Κάθε ομάδα σημείων αποτελείται από m + 1 σημεία, όπου m 2 + m + 1 = N Το m καλείται τάξη του f.p.p.

Τετάρτη, 15 Ιουλίου Το πρωτόκολλο FMAC (3/9) Finite Projective Planes Δύο οποιεσδήποτε ομάδες ενός finite projective plane έχουν ακριβώς ένα κοινό σημείο Παράδειγμα f.p.p. επτά σημείων (m=2): (1,2,3), (1, 4, 5), (1, 6, 7), (2, 4, 6), (2, 5, 7), (3, 4, 7) και (3, 5, 6)

Τετάρτη, 15 Ιουλίου Το πρωτόκολλο FMAC (4/9) Γενική περιγραφή Για να εφαρμοστεί η θεωρία των finite projective planes στο μηχανισμό συναγωνισμού, γίνονται τα εξής:  Επιλέγεται ένα f.p.p. Ν σημείων, όπου Ν ο αριθμός των σταθμών  Σε κάθε σταθμό ανατίθεται μία ομάδα του f.p.p.  Ένας σταθμός εκπέμπει μόνο στα slots που αντιστοιχούν με τους αριθμούς που περιέχει η ομάδα που του έχει ανατεθεί

Τετάρτη, 15 Ιουλίου Το πρωτόκολλο FMAC (6/9) Περιγραφή Οι σταθμοί αριθμούνται από 0 έως Ν-1 Κάθε ενεργός σταθμός μπορεί να μεταδώσει σε ορισμένα μόνο δικαιούμενα slots με πιθανότητα p Αν υπάρξει σύγκρουση, ο κάθε σταθμός επαναμεταδίδει στο επόμενο δικαιούμενο slot με πιθανότητα q (p ≤ q ≤ 1)

Τετάρτη, 15 Ιουλίου Το πρωτόκολλο FMAC (5/9) Παράδειγμα λειτουργίας Πακέτο για μετάδοση έχουν οι: 0, 4, 5, 6, 7, 11, 12

Τετάρτη, 15 Ιουλίου Το πρωτόκολλο FMAC (7/9) Σύνοψη 1. Κάθε σταθμός που θέλει να μεταδώσει, μπορεί σε ένα από τα δικαιούμενα slot s με αρχική πιθανότητα p. Γενικά το p είναι αντιστρόφως ανάλογο του αριθμού των ενεργών σταθμών 2. Κάθε σταθμός κρατά τον αριθμό του τρέχοντος slot και μπορεί οποτεδήποτε να γίνει ενεργός 3. Όταν το frame φτάσει στο τέλος του, ο αριθμός των slots μηδενίζεται 4. Σε κάθε σύγκρουση, για την πιθανότητα επαναμετάδοσης q ακολουθείται μία από δύο πιθανές πολιτικές

Τετάρτη, 15 Ιουλίου Το πρωτόκολλο FMAC (8/9) Πολιτικές επαναμετάδοσης Πολιτική Α: Ομοιόμορφη μείωση της πιθανότητας επαναμετάδοσης q i+1 = 1 – Δ, όπου Δ=(1-p)/(m-1) Πολιτική Β: Εκθετική μείωση της πιθανότητας επαναμετάδοσης q i+1 = q i – (q i -p)/2 = (p+q i )/2  Η πιθ. επαναμετάδοσης μειώνεται κάθε φορά κατά το ήμισυ της διαφοράς της προηγούμενης πιθ. επαν/σης και της p

Τετάρτη, 15 Ιουλίου Το πρωτόκολλο FMAC (9/9) Υλοποίηση του FMAC σε κινητό περιβάλλον Στατική προσέγγιση κατανομής των κλειδιών (κλειδιά: ομάδες ενός f.p.p.)  Ο διαχειριστής κλειδιών διαχειρίζεται τα κλειδιά  Σε κάθε σταθμό δίνεται ένα μόνιμο κλειδί  Υπάρχουν δεσμευμένα ειδικά κλειδιά που τα χρησι- μοποιούν νέοι σταθμοί για να αποκτήσουν μόνιμα  Αν ένα μόνιμο κλειδί δε χρησιμοποιείται, ο διαχειριστής δίνει αλλού Δυναμική προσέγγιση:  Τα δεσμευμένα κλειδιά ανήκουν στο σταθμό μόνο κατά τη διάρκεια της μετάδοσης

Τετάρτη, 15 Ιουλίου Εκτίμηση της απόδοσης (1/7) Περιγραφή του μοντέλου 1. Ν σταθμοί στο σύστημα (το Ν επιλέγεται ώστε η πιθ. να συναγωνίζεται μόνο ένας σταθμός σε κάθε slot να μεγιστοποιείται) 2. R ενεργοί σταθμοί 3. Αρχική πιθ. μετάδοσης p και πιθ. επαναμετάδοσης q 4. Υποτίθεται ότι p=q 5. Κάθε μήνυμα που στέλνεται είναι σταθερού μήκους και ισούται με τη διάρκεια ενός slot επί το ρυθμό του καναλιού

Τετάρτη, 15 Ιουλίου Εκτίμηση της απόδοσης (2/7) Throughput Throughput: Η πιθ. να ανταγωνίζεται μόνο ένας σταθμός σε κάθε slot (ο αριθμός των ενεργών σταθμών σε κάθε slot είναι (m+1)R/N), οπότε: Όταν pR(m+1)/N=1, το Τ μεγιστοποιείται και ισούται με (1-p) (1/p)-1

Τετάρτη, 15 Ιουλίου Εκτίμηση της απόδοσης (3/7) Throughput Το Throughput εξαρτάται μόνο από την πιθ. μετάδοσης Το Ν επιλέγεται ώστε να ικανοποιούνται οι: pR(m+1)/N=1 m 2 + m + 1 ≥ R

Τετάρτη, 15 Ιουλίου Εκτίμηση της απόδοσης (4/7) Μη βέλτιστη τιμή πιθανότητας p Στην πράξη ισχύει ότι q>p, οπότε το throughput μειώνεται Λύσεις: Αύξηση του p ή μείωση του q Throughput για μη βέλτιστες τιμές της πιθ. p, αν (p non –p)/p=0,1:

Τετάρτη, 15 Ιουλίου Εκτίμηση της απόδοσης (5/7) Επίδραση της κινητικότητας των χρηστών Ο αριθμός των ενεργών σταθμών, άρα και η βέλτιστη τιμή του m, μεταβάλλονται συνεχώς Ο σταθμός βάσης παρακολουθεί το throughput  Αν συμβαίνουν πολλές συγκρούσεις, δίνει εντολή στους σταθμούς να αυξήσουν την τάξη του f.p.p.  Αν υπάρχουν πολλά άδεια slots, η τάξη του f.p.p. μειώνεται

Τετάρτη, 15 Ιουλίου Εκτίμηση της απόδοσης (6/7) Μέση καθυστέρηση Επιλέγεται η τιμή του Ν που μεγιστοποιεί το throughput, που είναι Τ=(1-p) (1/p)-1 Η πιθ. επιτυχούς μετάδοσης S για ένα σταθμό σε ένα slot είναι:

Τετάρτη, 15 Ιουλίου Εκτίμηση της απόδοσης (7/7) Μέση καθυστέρηση Όταν ένας σταθμός χάνει ένα slot, πρέπει να περιμένει κατά μ.ό. για m slots. Η μέση καθυστέρηση είναι: ή Εφόσον, ισχύει D=m/S. Τελικά:

Τετάρτη, 15 Ιουλίου Ανάλυση σταθερότητας (1/1) Όταν το p είναι μεγάλο, μπορεί να υπάρχουν πολλές συγκρούσεις. Μία λύση σε αυτό είναι η αύξηση του m Πρέπει ~pR(m+1)/N=1 (~p η μέση τιμή των πιθ. p) Αρχικά το m αυξάνεται, αλλά ισχύει ~p≈N/R(m+1) Η πολιτική επαναμετάδοσης μπορεί να επηρεάσει τον υπολογισμό της τιμής του m

Τετάρτη, 15 Ιουλίου Σημαντικά χαρακτηριστικά (1/7) Υποστήριξη handoffs σε κυψελωτά δίκτυα Όταν ένας χρήστης ξεκινά εντός της ζώνης κάλυψης, του δίνεται ένα f.p.p. για τη χρήση του σε call setup Όταν γίνεται το handoff, ένα νέο κανάλι και μία νέα ομάδα σημείων δίνονται Το κανάλι επιστρέφεται μετά το πέρας της συνομιλίας, αλλά η ομάδα σημείων κρατείται για μελλοντική χρήση στην ίδια περιοχή κάλυψης

Τετάρτη, 15 Ιουλίου Σημαντικά χαρακτηριστικά (2/7) Υλοποίηση προτεραιοτήτων Σε ένα σταθμό υψηλής προτεραιότητας δίνονται πάνω από μία ομάδες σημείων Μπορεί να γίνει και χρήση ορθογώνιων ομάδων: Μια ορθογώνια ομάδα αποτελείται από τις ομάδες που περιέχουν ένα συγκεκριμένο σημείο Αν σε ένα σταθμό δοθούν όλες οι ομάδες που υπάρχουν σε μία ορθογώνια ομάδα, αυτός θα εκπέμψει εγγυημένα σε ένα συγκεκριμένο slot

Τετάρτη, 15 Ιουλίου Σημαντικά χαρακτηριστικά (3/7) Ετερογενή περιβάλλοντα Διαφοροποιήσεις στην πιθ. μετάδοσης  Έστω ότι υπάρχουν 19 σταθμοί με πακέτο προς μετάδοση, οι 18 με πιθ. 0,2 και ο 1 με πιθ. 0,6  Μέγεθος f.p.p.:21 (δύο ομάδες αχρησιμοποίητες)  Throughput: περίπου 0,4096  Αν συνδυαστούν οι σταθμοί ανά 3, είναι σαν να υπήρχαν 7 σταθμοί με πιθ. μετάδοσης 0,6:  Νέο μέγεθος f.p.p.:7  Throughput: περίπου 0,5248

Τετάρτη, 15 Ιουλίου Σημαντικά χαρακτηριστικά (4/7) Ετερογενή περιβάλλοντα Διαφοροποιήσεις στο μέγεθος των πακέτων  Έστω ότι τα μεγέθη των πακέτων είναι L, L, 2L, 2L, 2L, 2L, …  Τα δύο πρώτα πακέτα μπορούν να συνδυαστούν σε ένα και να συναγωνιστούν μαζί για ένα slot  Το μέγεθος 2L ισούται με το ρυθμό μετάδοσης του καναλιού πολ/νο επί τη διάρκεια ενός slot

Τετάρτη, 15 Ιουλίου Σημαντικά χαρακτηριστικά (5/7) Χρονικά περιορισμένες υπηρεσίες Για ένα f.p.p. Ν σημείων, είναι δυνατό να προσφερθεί χρονικά περιορισμένη υπηρεσία, με εγγύηση ότι ένα slot μπορεί να εξασφαλιστεί σε ένα frame των Ν slots για τουλάχιστον 2m-1 σταθμούς Καθένας από τους 2m-1 ενεργούς σταθμούς μπορεί να αποκτήσει ένα slot το πολύ σε m 2 +1 slots

Τετάρτη, 15 Ιουλίου Σημαντικά χαρακτηριστικά (6/7) Χρονικά περιορισμένες υπηρεσίες Κατάλληλη τιμή του Ν ώστε ένας σταθμός να αποκτήσει ένα slot σε ΤΒ slots:

Τετάρτη, 15 Ιουλίου Σημαντικά χαρακτηριστικά (7/7) Προσέγγιση με αιτήματα εκχώρησης Δύο μέθοδοι  Στη μέθοδο ανταγωνισμού (contention), κάθε σταθμός ανταγωνίζεται για την απόκτηση ενός mini-slot σαν να ήταν κανονικό slot  Στην preallocated μέθοδο, κάθε σταθμός μπορεί να αποκτήσει ένα slot στο προκαθορισμένο mini-slot

Τετάρτη, 15 Ιουλίου Επεκτάσεις (1/1) Το FMAC μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε ΑΤΜ δίκτυα Μπορεί να υποστηρίξει ενοποίηση φωνής και δεδομένων Προσοχή στην επιλογή της διάρκειας του slot, για ικανοποιητικό throughput και σωστό συγχρονισμό Δυσκολίες συγχρονισμού στην πράξη λόγω της φύσης των σημάτων RF και των διαφορών στα ρολόγια των σταθμών

Τετάρτη, 15 Ιουλίου Συμπεράσματα (1/1) Κάθε ενεργός σταθμός ανταγωνίζεται για ένα slot ανάλογα με τις τιμές του f.p.p. που του έχει ανατεθεί Οι συγκρούσεις μειώνονται δραστικά Το throughput είναι συνάρτηση του p και η ελάχιστη καθυστέρηση συνάρτηση των m και p Το FMAC είναι σταθερό, ευέλικτο και μπορεί να προσαρμοστεί σε διαφορετικά περιβάλλοντα

ΤΕΛΟΣ