Разработка беспроводной многоканальной системы передачи больших потоков данных реального времени
Дипломная работа - Компьютеры, программирование
Другие дипломы по предмету Компьютеры, программирование
шириной 20 МГц (как в ранних версиях) и 40 МГц. Увеличение ширины канала в два раза увеличивает пропускную способность приблизительно в два раза.
Однако имеются трудности с использованием каналов шириной 40 Мгц в диапазоне 2.4 ГГц, так как в этом диапазоне возможно использование только одного канала такой ширины.
Использование технологии Short GI
Для защиты от межлучевой интерференции при передаче между отдельными символами физического уровня вставляется защитный интервал (guard Interval). Стандарт 802.11n предусматривает режим, в котором защитный интервал уменьшен с 800 микросекунд до 400. При этом пропускная способность возрастает на 11% - с 65 Мбит/с до 72.2 Мбит/с.
Механизмы повышения эффективности канального уровня передачи данных[7]Aggregation - режим передачи нескольких кадров MAC в один блок данных физического уровня (агрегация). Используется для уменьшения накладных расходов, появляющихся при передаче кадров небольшого размера.Acknowledgement - механизм, тесно связанный с предыдущим. При передаче нескольких кадров MAC-уровня с условием запроса подтверждения, подтверждение высылается на весь блок, а не на отдельные его части.
Возможность замены SIFS (Short Interframe Space) на RIFS (Reduced Interframe Space). SIFS - это интервал времени, по истечении которого передающая станция может начать передачу следующего кадра данных (если не требуется ответа принимающей станции на предыдущий). Межкадровый интервал SIFS служит для первоочередного захвата среды абонентами, которые продолжают или завершают уже начавшуюся передачу кадра. В стандарте 802.11n появилась возможность замены интервала SIFS уменьшенным интервалом RIFS.Direction Protocol - особенность MAC- уровня, добавляющая к подтверждениям, посылаемым станциями, полезные данные.
Способ доступа к среде
Стандартным способом доступа к среде передачи данных технологии IEEE 802.11n является режим Distributed Coordination Function (DCF)[7] - режим работ сети, в котором все абоненты сети равноправны, и доступ к среде осуществляется по соревновательному принципу. Такой способ доступа к среде также называется конкурентным. При такой организации каждый узел, прежде чем начать передачу, прослушивает среду, пытаясь обнаружить несущий сигнал, и только при условии, что среда свободна, может начать передачу данных. Ясно, что при таком способе доступа будут возникать ситуации, в которых более одной станции начнут передавать одновременно (коллизии). iелью минимизации числа коллизий, используется механизм CSMA/CA (Carrier Sense Multiple Access With Collision Avoidance). Станция, желающая передавать, тестирует канал, и если не обнаружено активности, станция ожидает в течение некоторого случайного промежутка времени, а затем передаёт, если среда передачи данных всё ещё свободна. Если пакет приходит целым, принимающая станция посылает подтверждение. Если передающая станция не получила подтверждения, в силу того, что был поврежден или не был получен пакет данных, делается предположение, что произошла коллизия, и пакет данных передаётся снова через случайный промежуток времени, экспоненциально увеличивающийся с ростом количества попыток передач.
Плюсом такого подхода является простота реализации и достаточная эффективность в приложениях, некритичных к задержкам в передаче данных.
Существенным минусом данного режима является непригодность для передачи потоковых данных, поскольку задержки в передаче не детерминированы и может сложиться ситуация, в которой абонент может замолчать достаточно надолго, что неприемлемо для решения задач реального времени.
При решении поставленной задачи необходимо проанализировать используемый протокол передачи данных, определить наиболее подходящую конфигурацию сети, принимая во внимание параметры физического и канального уровней. Также важно определить логику работы сети и разработать механизмы управления работой устройств, находящихся в сети.
Раздел 1. Проектные альтернативы, обусловленные стандартом 802.11n
При разработке архитектуры возможно использование различных проектных альтернатив, предоставляемых стандартом IEEE 802.11n. Необходимо выбрать следующие настройки сети наиболее подходящие для решаемой задачи:
Топология сети
Способ доступа к среде
Используемый диапазон частот
Ширина используемых каналов
Технология MIMO
Использование технологии Short GI
Режим совместимости
Топология:
В условиях решаемой задачи существуют несколько передающих станций, которые доставляют поток информации на одну приемную станцию. Таким образом, очевидной топологией для этого является звезда.
Технология MIMO
Возможные варианты использования технологии MIMO в сравнении с передачей данных между устройствами, не поддерживающими данную технологию.
Таблица 2 - Возможные варианты использования технологии MIMO
ТипКоличество передающих антеннКоличество принимающих антеннПропускная способностьДистанция устойчивой передачи данныхMIMOНесколькоНесколькоБольшаяБольшаяMISO(Multiple Input Single Output)НесколькоОднаТакая жеБольшаяSIMO (Single Input Multiple Output)ОднаНесколькоТакая жеБольшая
Фактически, использование технологии MIMO является некоторым масштабированием системы. Поэтому, на данном этапе разработки нет смысла задействовать сразу несколько каналов, поскольку процесс передачи потока принципиально не изменяется. К тому же, одним из требований к абонентским передающим устройствам является малое энергопотребление, однако, оно линейно возрастает при увеличении количества передающих антенн. Таким образом, приходим к