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

Παρουσίαση με θέμα: "FMAC: Ένα ευέλικτο πρωτόκολλο πολλαπλής πρόσβασης για συστήματα ασύρματων επικοινωνιών Σοφικίτης Ηλίας."— Μεταγράφημα παρουσίασης:

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

2 Τετάρτη, 15 Ιουλίου 20152 Κύρια σημεία παρουσίασης Εισαγωγή Περιγραφή του πρωτοκόλλου FMAC Εκτίμηση της απόδοσης Ανάλυση σταθερότητας Σημαντικά χαρακτηριστικά του FMAC Επεκτάσεις - Συμπεράσματα

3 Τετάρτη, 15 Ιουλίου 20153 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

4 Τετάρτη, 15 Ιουλίου 20154 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

5 Τετάρτη, 15 Ιουλίου 20155 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.

6 Τετάρτη, 15 Ιουλίου 20156 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)

7 Τετάρτη, 15 Ιουλίου 20157 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

8 Τετάρτη, 15 Ιουλίου 20158 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)

9 Τετάρτη, 15 Ιουλίου 20159 Το πρωτόκολλο FMAC (5/9) Παράδειγμα λειτουργίας Πακέτο για μετάδοση έχουν οι: 0, 4, 5, 6, 7, 11, 12

10 Τετάρτη, 15 Ιουλίου 201510 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

11 Τετάρτη, 15 Ιουλίου 201511 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

12 Τετάρτη, 15 Ιουλίου 201512 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

13 Τετάρτη, 15 Ιουλίου 201513 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

14 Τετάρτη, 15 Ιουλίου 201514 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

15 Τετάρτη, 15 Ιουλίου 201515 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

16 Τετάρτη, 15 Ιουλίου 201516 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:

17 Τετάρτη, 15 Ιουλίου 201517 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

18 Τετάρτη, 15 Ιουλίου 201518 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:

19 Τετάρτη, 15 Ιουλίου 201519 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:

20 Τετάρτη, 15 Ιουλίου 201520 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

21 Τετάρτη, 15 Ιουλίου 201521 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

22 Τετάρτη, 15 Ιουλίου 201522 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

23 Τετάρτη, 15 Ιουλίου 201523 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

24 Τετάρτη, 15 Ιουλίου 201524 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

25 Τετάρτη, 15 Ιουλίου 201525 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

26 Τετάρτη, 15 Ιουλίου 201526 Σημαντικά χαρακτηριστικά (6/7) Χρονικά περιορισμένες υπηρεσίες Κατάλληλη τιμή του Ν ώστε ένας σταθμός να αποκτήσει ένα slot σε ΤΒ slots:

27 Τετάρτη, 15 Ιουλίου 201527 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

28 Τετάρτη, 15 Ιουλίου 201528 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

29 Τετάρτη, 15 Ιουλίου 201529 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

30 ΤΕΛΟΣ