Ultra Wide Band – UWB (6.)

Za razliku od tehnologije neprekidnih talasa koja koristi sinusne talase za kodovanje informacija, UWB tehnologija koristi veoma kratke, ispod nano sekunde, impulse male energije s naglim vremenom uspona i padova, što rezultuje talasima koji zauzimaju nekoliko gigaherca propusnog opsega. Pošto je signal vrlo retko raspoređen preko celog propusnog opsega, gustina snage je veoma niska. Vreme akvizicije UWB signala je veće zbog kombinaciji slabe energije po impulsu i vrlo kratkog trajanja impulsa. U okruženju s višestrukim pristupom ovo može ozbiljno da deluje na efikasnost MAC protokola. Zbog toga je neophodno proučavati uticaj velikog vremena akvizicije signala na performanse uključujući propusnu moć, kašnjenje, dodatnu akviziciju (Rangnekar i saradnici). Drugi pristup zasniva se na sakupljanju višestrukih paketa viših nivoa u jedan veliki „burst“ frejm MAC nivoa (Lu i saradnici).

Tajming akvizicije obično koristi zaglavlje u sistemima paketa podataka. U aplikacijama velike brzine prenosa zahteva se efikasnost zaglavlja da bi se smanjilo gubljenje propusne moći. Razmotrimo 1024-bajtni prenos korisnog tereta pri 100 Mbps. 10 mikrosekundi zaglavlja iznosi preko 11%, a podiže se na 34% pri brzini od 500 Mbps. Prilagođeni filter ili korelacioni prijemnik je optimalan za akviziciju sekvenci zaglavlja od jednog korisnika. Analogni korelatori koriste se zato što digitalni filteri nisu pogodni za brzine odabiranja preko GHz, koje ne može da podrži trenutni stepen razvoja ADC. Srednje vreme akvizicije zavisi od propusnog opsega i trajanja impulsa UWB signala. Disperzivna priroda višestrukih putanja može se koristiti za poboljšanje performansi akvizicije.

Neki od algoritama raspodele (po Rangnekaru) su:

– Single CТA (CТA-1) – svaka konekcija povezana je s jednim zagarantovanim vremenskim slotom za svaki superfrejm. Broj CAT-ova rezervisanih u svakom superfrejmu, a time i veličina superfrejma, zavisi od broja konekcija u tom pikonetu.

– Višestruka CТA (CТA-M) – svaka konekcija je pridružena određenom vremenskom slotu u istom superfrejmu. Nacrti standarda preporučuju da ako se višestruki CAT-ovi pridružuju konekciji, onda bi vremenski slot trebalo da se prostire duž celog superfrejma. Odatle se vremenski slotovi raspoređuju na osnovu round robin(cirkularnog, pri čemu svi delovi uzimaju podjednako učešće) mehanizma dok se postigne maksimalna veličina superfrejma ili kada nema više paketa u baferu. Maksimalni broj vremenskih slotova koji je dodeljen svakoj konekciji zavisi od broja konekcija u određenom pikonetu u određenom trenutku.

– Susedni (granični) CТA (CТA-C) – svakoj konekciji pridruženo je više susednih vremenskih slotova. Broj susednih vremenskih slotova je ograničen presetkonstantom, maxContiguousCТA. Zavisno od broja konekcija u pikonetu, svakoj konekciji mogu biti dodeljeni višestruki blokovi susednih vremenskih slotova. Ovi blokovi dodeljuju se svakoj konekciji prema round-robinmehanizmu, dok veličina superfrejma ne dostigne maksimalnu vrednost.

Tabela 2.2- Simulacioni parametri i njihove vrednosti

Ovde su predstavljene performanse dobijene pomoću diskretnog simulacionog modela. Raznoliki su parametri sistema kao, na primer, broj čvorova u pikonetu, vreme akvizicije, propusni opseg kanala i vreme pristizanja paketa. Vrednosti parametara za simulaciju nalaze se u gornjoj tabeli i zasnivaju su na podacima iz standarda 802.15.3. Iskoršćenje superfrejma data je jednačinom

(2.5)

gde je  T_d – vreme prenosa podataka, T_a – vreme akvizicije,  T_b – vreme prenosa beacona koje zavisi od broja konekcija u tom superfrejmu, – vreme pristupa konekciji koje je konstantno, – SIFS vremenski period koji je konstantan, – zaštitno vreme koje je takođe konstantno, n je broj akvizicija signala koje se zahtevaju i zavise od same raspodele, i m je broj ЦТA-ova smeštenih u jednom superfrejmu.

Svaki superfrej ima samo jednu instancu  T_b  i više instanci  T_a, i T_b, gde su vrednosti i Tb konstantne. Veća vrednost  T_arezultira manjim iskorišćenjem po frejmu. Za 500 Mbps kanal sa Ta od 5 ms i maksimalnom veličinom superfrejma od 65535 ms može da bude najviše 1259 CAT-ova po superfrejmu. Svaki CAT za 2032-bajtni paket prođe za 32,9 ms. Na osnovu ove vrednosti i opisa u gore navedenoj tabeli, možemo da očekujemo da će iskorišćenje biti oko 61%, ali će se vreme protoka povećati na 25 mikrosekundi, a broj CAT-ova po superfrejmu opada na 905 i iskorišćenje je 44%. Za 100Mbps kanal može da se predvidi da će iskorišćenje pasti sa 88% na 80% ako se vreme priticanja poveća sa 5 na 25 ms. Ovi pasivni efekti vremena protoka još više su izraženi kod kanala s većim brzinama prenosa.

Na slici pod a je predstavljeno prosečno kašnjenje paketa MAC protokola u odnosu na vreme akvizicije kanala. Brzina generisanja paketa, za ovaj set simulacija, podešena je na 4000 paketa/s. Maksimalna postignuta brzina za kanal od 500 Mbps, za dati set parametara, bila je 1750 paketa/s za svaki red čekanja. Slično tome, za kanal od 100 Mbps, maksimalna postignuta brzina je 523 paketa/s. Ovaj pad u brzini čini da se znatno povećava prosečno kašnjenje paketa, kako se propusni opseg kanala smanjuje. Prosečno kašnjenje paketa dodatno se povećava s povećanjem vremena akvizicije. Postoji povećanje od 11% za prosečno kašnjenje paketa za kanal od 100 Mbps i povećanje od 50% za kanal od 500 Mbps. Dakle, porast u kašnjenju paketa pogubniji je za kanale s većim propusnim opsegom. Ovo se može izbeći tako što će se rasporediti CТA-ovi za sve konekcije koje su uzastopne. U narednom delu pokazaćemo kako ovakav pristup smanjuje kašnjenje paketa i takođe smanjuje efekte koje izaziva vreme potrebno za akviziciju.

Na slici pod  b i c je predstavljen akvizicioni overhead (AO-acquisition overhead) po paketu i njegovo isko-rišćenje, dobijeno kroz simulacije na osnovu različitih vremena akvizicije. AO je definisan kao procenat vremena u superfrejmu koje je potrošeno na akviziciju signala u odnosu na vremene potrebno za prenos podataka: , gde su T_a, T_d i n vreme akvizicije kanala, vreme potrebno za prenos podataka, i zahte-vani broj akvizicija kanala, respektivno. Meri se računanjem vremena potrošenog na akviziciju signala i vremena potrošenog na prenos podataka za vreme trajanja celokupne simulacije. Naša namera u crtanju ove metrike je da se prikaže iznos izgubljenog vremena u akiziciji signala po paketu prenosa. Slika (b) prikazuje da porast vremena akvizicije znatno utiče na AO. Kanal od 500 Mbps je najviše na gubitku jer se AO povećava za 15%–76% (povećanje od 400%). AO od 76% implicira da protokol utroši skoro istu količinu vremena na akviziciju signala kao i za stvarni prenos podataka. Stoga, postoji mnogo prostora za poboljšanje iskorišćenja ako se AO kontroliše efikasno raspoređenim CТA-ovima.

Sl.2.2- Uticaj vremena akvizicije na a) srednje kašnjenje paketa,

b) akvizicioni overhead (AO) i c) iskorišćenje (l=4000 paketa/s).

Slika (c) potvrđuje naše očekivane vrednosti za U na osnovu izraza (2.5). Ovaj prikaz pokazuje smanjenu količinu protoka u poređenju sa idelanom protokom za svaku vrednost C. Ovo smanjenje uglavnom je posledica toga što je izvesna količina vremena potrošena na akviziciju signala.