Sân vận động, hội nghị, giao thơng cơng cộng cũng là mơ hình cho các mạng WLAN thế hệ tiếp theo nhƣ: xe lửa, xe buýt và máy bay sẽ cung ứng dịch vụ truy cập Internet băng thơng rộng. Trong những tình huống, mật độ ngƣời sử dụng có thể cao đáng kể, với một số ngƣời trên một mét vng. Một sự phối hợp AP thơng minh có thể giúp cải thiện việc tái sử dụng không gian và việc sử dụng hiệu quả một giao thức truy cập trung bình có thể giúp hỗ trợ nhiều ngƣời sử dụng đồng thời.
Cuối c ng, trong tòa nhà chung cƣ, chúng ta có thể tìm thấy nhiều mạng WLAN độc lập và không đồng nhất, chồng chéo, bao gồm cả mạng WLAN tầm ngắn mà cung ứng tốc độ truyền dẫn cao trong không gian nhỏ [7]. Trong kịch bản này, mỗi WLAN có cấu hình độc lập, mà việc lựa chọn kênh, chiều rộng kênh và truyền tải điện năng đƣợc thiết lập một cách ngẫu nhiên hay chỉ đơn giản là các giá trị thiết lập sẵn. Vì vậy, mạng WLAN tự trị phải có khả năng thực hiện phân cấp: tự cấu hình và tự thích ứng cơ chế thơng minh để giảm thiểu nhiễu trong WLAN cũng phải c ng tồn tại với các mạng không dây khác hoạt động trong băng tần ISM, chẳng hạn nhƣ cảm biến khơng dây và mạng cá nhân. Ngồi ra, trong tƣơng lai hiện đang xem xét khai thác việc triển khai mạng LTE trong băng tần ISM [8], đƣợc biết đến nhƣ LTE-khơng có giấy phép, vì vậy mở ra những thách thức chung sống hơn nữa cho mạng WLAN.
Hoặc ứng dụng truyền hình tƣơng tác và hội nghị trực tuyến đƣợc dự đoán sẽ thống trị việc sử dụng Internet trong tƣơng lai. Hai ví dụ về các ứng dụng địi hỏi thơng lƣợng của một số Gbps là Định nghĩa hội nghị truyền hình nhiều bên trong mơi trƣờng kinh doanh, trong đó có thể giúp giảm việc đi lại và các cuộc họp không cần thiết, và các ứng dụng giải trí thực tế ảo tại nhà, bao gồm văn hóa, phim và trị chơi. Ngồi ra, trang web đang cung ứng dịch vụ trải nghiệm đa phƣơng tiện khi di chuyển xa, nơi văn bản phong phú, hình ảnh, âm thanh và nội dung video tƣơng tác với nhau. Hơn nữa, file lƣu trữ, quản lý và đồng bộ trong các đám mây đang trở thành tiêu chuẩn về quản lý nội dung và các thế hệ. Những ứng dụng đƣợc băng thơng địi hỏi và yêu cầu cả hai độ tin cậy và độ trễ hạn chế.
4.2 CÁC YÊU CẦU ĐẶT RA
Dựa trên các kịch bản nói trên và dự kiến trƣờng hợp sử dụng, có bốn yêu cầu quan trọng đối với IEEE 802.11ax-2019 sửa đổi.
1. C ng tồn tại: các mạng WLAN hoạt động nhƣ các thiết bị khơng có giấy phép trong băng tần ISM (Industrial, khoa học và y tế). Do đó, IEEE 802.11ax-2019 sửa đổi phải bao gồm các cơ chế cần thiết để c ng tồn tại cả với các mạng không dây khác cũng hoạt động ở đó và với các thiết bị đƣợc cấp phép.
2. Thông cao: Cải thiện cả hệ thống và ngƣời d ng đòi hỏi việc sử dụng các nguồn lực cải tiến của kênh. IEEE 802.11ax-2019 nhằm mục đích cho một băng thông tăng 4 lần so với IEEE 802.11ac-2013. Để đạt đƣợc mục tiêu này, một số công nghệ không dây mới nhƣ Dynamic CCA, OFDMA (Orthogonal Frequency Division Multiple Access), và kỹ thuật đa ăng ten tiên tiến có thể đƣợc sử dụng.
3. Tiết kiệm năng lƣợng: Mục tiêu trong IEEE 802.11ax-2019 để không tiêu thụ nhiều năng lƣợng hơn so với những cải tiến trƣớc đó, xem xét sự gia tăng thơng lƣợng gấp 4 lần đã nói ở trên, địi hỏi cải tiến kiến trúc phần cứng năng lƣợng thấp mới [9] và chức năng MAC.
4. Khả năng tƣơng thích ngƣợc: Bởi vì các mạng WLAN IEEE 802.11ax- 2019 cũng phải hỗ trợ các thiết bị sử dụng bất kỳ trƣớc IEEE 802.11 PHY/sửa đổi
MAC, cơ chế cũng phải đƣợc thực hiện để làm cho nó tƣơng thích ngƣợc (ví dụ, tiêu đề và tốc độ truyền dẫn khung thông thƣờng).
4.3 KHÁI NIỆM VÀ TÍNH NĂNG MỚI TRONG CÁC CẢI TIẾN
IEEE 802.11ax-2019 sửa đổi có thể bao gồm một số tính năng kỹ thuật mới so với chuẩn cải tiến IEEE 802.11ac-2013. Trong phần này, cung cấp cái nhìn sâu sắc vào hiệu suất QoS tiềm năng của IEEE 802.11ax-2019 và hạn chế. Tất cả các kết quả số đƣợc trình bày trong phần này đƣợc thu đƣợc bằng cách sử dụng các mơ hình phân tích và các thơng số từ [10], trừ trƣờng hợp đƣợc quy định.
4.3.1 TÁI SỬ DỤNG KHÔNG GIAN.
Trong kịch bản mật độ dày đặc, kết hợp sử dụng CSMA/CA, một CCA bảo thủ và một mức cơng suất phát cao có thể dẫn đến tình huống với tái sử dụng khơng gian hạn chế. Một cấu hình yêu cầu các mức công suất cả CCA và truyền giảm thiểu nhiễu trong các mạng WLAN, hỗ trợ tốc độ truyền dẫn cao hơn. Các lựa chọn thay thế có thể đƣợc tối ƣu bằng tốc độ truyền dẫn cá nhân và số lƣợng đƣợc truyền đi đồng thời tối đa hóa thơng khu vực bao gồm thích ứng tự động các mức công suất phát, mức CCA và việc sử dụng truyền hƣớng dựa trên hiệu suất mạng quan sát.
Hình 4.2: Thơng lƣợng khơng tƣơng ứng giữa các mạng WLAN.
Hình 4.2 (a) cho thấy ba mạng WLAN lân cận. Các kênh đƣợc sử dụng mạng WLAN đƣợc thể hiện trong hình 4.2 (b). Bởi vì các mạng WLAN A và C, B và C, một phần chia sẻ các kênh, làm chồng chéo lên nhau. Các AP là bên trong phạm vi cảm nhận sóng mang của ngƣời khác nhƣ thể hiện trong hình 4.2 (a), dừng backoff nếu một trong hai đã truyền. Mặc d WLAN C sử dụng các kênh rộng nhất, nó đạt đƣợc thông lƣợng thấp nhất vì tr ng lặp với mạng WLAN A và B độc lập giữa chúng Hình 4.2 (c)
4.3.2. CƠNG SUẤT TRUYỀN NĂNG LƢỢNG THÍCH ỨNG VÀ MỨC CCA
Làm giảm công suất truyền đƣợc sử dụng trong một mạng WLAN nhằm giảm khu vực ảnh hƣớng của nó, mà lợi ích đạt đƣợc từ việc tái sử dụng khơng gian. Tuy nhiên, nó có thể dẫn đến một số lƣợng lớn các lỗi gói tin và tỷ lệ truyền thấp, cũng nhƣ tăng số lƣợng các nút ẩn.
Ngồi ra, để giảm diện tích các ảnh hƣớng trong lƣu lƣợng các mạng WLAN lân cận và tăng cơ hội của mỗi WLAN để truyền tải, các nút trong một mạng WLAN có thể làm tăng mức độ thích ứng với BĐKH của họ, do đó địi hỏi một mức năng lƣợng cao hơn trong các kênh để xem xét nó nhƣ là chiếm đóng và tạm dừng việc đếm ngƣợc backoff. Trong [11], tăng thông lƣợng trọng yếu không thể đạt đƣợc bằng cách điều chỉnh các mức CCA trong một kịch bản mạng WLAN.
Nhƣợc điểm của việc tăng mức độ thích ứng với BĐKH là một lần nữa can thiệp cao hơn mà một nút có thể đáp ứng, mà có thể gây hại trong một số trƣờng hợp
4.3.3 BEAMFORMING
Truyền đa hƣớng đồng nhất lan truyền năng lƣợng trong tất cả các hƣớng, trong đó lấp đầy các kênh năng lƣợng trong khu vực là không cần thiết. Tập trung năng lƣợng hƣớng tới đích mong muốn cải thiện việc tái sử dụng khơng gian vì các thiết bị đƣợc đặt ở các hƣớng khác sẽ đƣợc xem nhƣ các kênh rỗi và bắt đầu truyền riêng của họ đồng thời. Tuy nhiên, tƣơng tự nhƣ các trƣờng hợp trƣớc đây, những nút bên ngoài ch m tia năng lƣợng cũng có thể trở thành các nút ẩn.
4.3.4 TEMPORAL EFICIENCY
Các backoff đếm ngƣợc, tiêu đề gói tin, khơng gian interframe, va chạm và truyền lại là một phần nội tại của chƣơng trình truy cập kênh CSMA/CA, nhƣng giảm hiệu lực thời gian một nút dành truyền dữ liệu mỗi khi nó truy cập kênh. IEEE 802.11ax-2019 bao gồm một số giải pháp để giảm thiểu các giá trị nhƣ vậy.
4.3.5 KIỂM SỐT GĨI
Trao đổi gói tin kiểm sốt chung giữa AP và Stas bao gồm việc trao đổi RTS/CTS để tránh các nút ẩn và ACK để xác nhận việc tiếp nhận các gói dữ liệu.
Ngồi ra, một số tính năng kỹ thuật mới đƣợc mơ tả trong phần tiếp theo cho phép truyền đa ngƣời d ng có thể yêu cầu một trao đổi thƣờng xuyên của các gói điều khiển để đồng bộ hóa tất cả tham gia Stas, do đó cũng làm tăng chi phí quản lý các gói điều khiển.
4.3.6 PACKET HEADERS, AGGREGATION & PIGGY-BACKING
Packet tập hợp đã đƣợc giới thiệu trong IEEE 802.11n-2009 để giảm tổng thời gian bằng cách kết hợp các gói tin ngắn vào một gói dài hơn. Sử dụng gói tập hợp, nhiều gói tin đƣợc truyền với backoff, DIFS, SIFS, PHY tiêu đề duy nhất và ACK.
Các chi phí quản lý tiêu đề gói tin có thể giảm bằng cách hỗ trợ tiêu đề kích thƣớc biến và sử dụng chỉ yêu cầu rộng tối thiểu cho mỗi gói. Ngồi ra, việc sử dụng các danh định ngắn hơn thay vì địa chỉ MAC đƣợc coi là đầy đủ.
Hơn nữa, ACK với DATA sẽ cải thiện tính hiệu quả, mặc d một số thay đổi trong bối cảnh hiện tại của Allocation Vector Network (NAV) là bắt buộc bởi vì thời gian truyền tải đầy đủ là không biết đến ngƣời khởi xƣớng truyền.
4.3.7 TRUYỀN LẠI HIỆU QUẢ
Lỗi gói tin cũng là một nguyên nhân cần thiết để yêu cầu truyền lại đầy đủ của các gói dữ liệu. Việc sử dụng các ARQs dự phòng dựa trên cộng dồn có thể giảm thời gian dành cho việc truyền phát lại, mặc d nó làm phức tạp thêm trong cả hai bộ truyền dẫn và nhận hoàn thành firm ware sử dụng một cửa sổ tranh backoff nhỏ; ở đây, việc sử dụng các STR có thể dẫn đến tăng trọng yếu. Do đó, cơ chế truy cập kênh đặt biệt nên đƣợc xem xét trong IEEE 802.11ax-2019 sửa đổi trong trƣờng hợp khả năng STR coi là cuối c ng. Ngoài ra, khả năng STR có thể cho phép các mạng WLAN để thay thế các Collision Avoidance (CA) tính năng của CSMA/CA với Collision Detection (CD) là một, vì va chạm có thể đƣợc phát hiện kịp thời và giải quyết.
Nó có thể đƣợc quan sát cách sử dụng một backoff xác định cho phép dự đoán một nút sẽ truyền lại sau khi truyền tải thành công.
4.3.8 GIAO THỨC MAC KHÔNG XUNG ĐỘT
Xung đột đại diện cho một sự lãng phí nguồn tài nguyên quan trọng của kênh trong mạng WLAN. IEEE 802.11ax-2019 có thể xem xét tăng cƣờng hoặc thay đổi cơ bản giao thức CSMA/CA để giảm thiểu xung đột. Có hai khả năng: di chuyển đến một giải pháp tập trung hoặc tăng cƣờng các giao thức CSMA/CA hiện tại. Do những t y chọn tập trung nhƣ các chức năng phối hợp lai kiểm sốt kênh Access (HCCA) chƣa bao giờ đƣợc thơng qua trong các mạng WLAN, tập trung vào việc nâng cao CSMA/CA xuất hiện hợp lý hơn. CSMA/ECA (CSMA với Enhanced Collision Avoidance) là một ứng cử viên đặc biệt tốt để thay thế CSMA/CA vì nó tƣơng thích ngƣợc, đƣợc thực hiện dễ dàng và nhanh hơn so với CSMA/CA trong tất cả các trƣờng hợp [12].
Hình 4.3 cho thấy các hoạt động cơ bản của CSMA/ECA với STR. So với CSMA/CA, quan sát các sự khác nhau chính của CSMA/ECA là sử dụng của một backoff xác định sau khi truyền thành công. Backoff xác định điều này đảm bảo rằng sau một thời gian, một lịch trình va chạm có thể đạt đƣợc. Ngồi ra, do các AP có thể khảo sát khi Stas truyền, việc sử dụng các STR có thể cung cấp hiệu suất rất lớn.
4.4. MỨC CẢI TIẾN MẠNG WLAN
Kinh nghiệm ngƣời d ng trong mạng WLAN thế hệ tiếp theo sẽ không đƣợc chỉ đơn giản là tăng cƣờng bằng cách tăng mạng và ngƣời d ng có thể đạt đƣợc thông qua nhƣ các tính năng kỹ thuật làm trƣớc đó. Để đạt đƣợc mục tiêu đó, ngồi các IEEE sửa đổi 802.11ax-2019, có IEEE 802.11 sửa đổi khác trong tiến trình.
Feature Amendment objective
Fast handoff between APs IEEE 802.11 ai- 2016
Handoff duration below 100 msec by implementing preemptive channel saneing and user authentication
D2D/WI-FI Direct Wifi Alliance feature
STAs with D2D capability can decide to create their own WLAN to communicate directly
Multi-technology APs & Bridging capabilities
IEEE 802.11
ak-2017 Interconnection of multiple WLANs. Video traffic differntiation IEEE 802.11
aa-2012
Stream prioritization and group-cast mechanisms
AP/Service selection IEEE 802.11 aq-2018
APs provide pre-association information about the services offered to helps STAs to choose between multiple Aps
Hình 4.4: IEEE 802.11 sắp cải tiến.
Trong cấu hình mà nhiều AP sẽ đƣợc sử dụng để đáp ứng một v ng phủ sóng rộng và tốc độ dữ liệu cao hơn bằng cách triển khai nhiều mạng WLAN lân cận,
một cơ chế cho phép handoff nhanh chóng giữa các AP là cần thiết vì sự chậm trễ lớn hiện nay khi một STA sẽ chuyển sang một AP mới là không thể chấp nhận. IEEE 802.11ai-2016 sửa đổi mục tiêu thách thức này. Nó nhằm mục đích cung cấp một thời gian handoff dƣới 100 msecs bằng cách thực hiện cảm biến kênh ngăn ngừa và xác thực ngƣời d ng. Lựa chọn thay thế dựa trên các mạng ảo hóa và phần mềm cũng là một lựa chọn thú vị khi họ có thể tập trung tất cả các quyết định, bao gồm cả các handoff giữa AP chồng chéo.
Thiết bị đến thiết bị (D2D) truyền thơng, mà cịn đƣợc gọi là Wi-Fi Direct trong bối cảnh IEEE WLAN, cũng sẽ là một yếu tố quan trọng trong mạng WLAN thế hệ tiếp theo [15]. Ví dụ về các D2D truyền thơng là những file đồng bộ hóa với một đĩa cứng gắn ngoài và tin tức trao đổi giữa một điện thoại di động và một máy chiếu/TV thông minh. Việc sử dụng các thông tin liên lạc D2D sẽ làm giảm lƣợng đƣờng truyền cần thiết cho mỗi đƣờng truyền bằng cách cho phép tốc độ dữ liệu cao hơn và tránh việc sử dụng các AP là một relay. Ch m là một tính năng thú vị cho truyền thơng D2D bởi vì nó có thể cho phép truyền đồng thời bên trong cùng WLAN của nhóm khác nhau của các nút.
IEEE 802.11ax-2019 nhằm mục đích hoạt động trong băng tần 2,4 GHz và 5 GHz, bởi thay thế và tích hợp các chuẩn IEEE 802.11n-2009 và sửa đổi IEEE 802.11ac-2013. Trong một vài năm, mỗi AP duy nhất rất có thể sẽ thực hiện hai trƣờng hợp IEEE 802.11ax-2019 mà hoạt động độc lập ở mức 2,4 và 5 GHz, với một trƣờng hợp IEEE 802.11ah-2016 tại 1 GHz cho M2M và thông tin liên lạc tầm xa và một IEEE 802.11ad-2012 (hoặc IEEE 802.11ay-202x tƣơng lai) tại 60 GHz cho thơng tin liên lạc sóng ngắn rất nhanh. Trong tình huống này, STAs của bất kỳ của những mạng sẽ có thể giao tiếp với các STAs trong bất kỳ của mạng WLAN khác. Đây là mục tiêu của IEEE 802.11ak-2017 sửa đổi, trong đó tập trung vào việc tăng thêm khả năng bắc cầu vào các mạng WLAN.
Cuối c ng, các mạng WLAN thế hệ tiếp theo sẽ sử dụng lƣu lƣợng dữ liệu khác nhau, kiểm soát lƣu lƣợng đăng nhập và cơ chế groupcast từ IEEE 802.11e- 2007, IEEE 802.11ae-2012 và IEEE 802.11aa 2012 sửa đổi để hỗ trợ đa phƣơng
tiện truyền thơng với u cầu đảm bảo QoS. Ngồi ra, tiến bộ hơn nữa trong cơ chế tiết kiệm năng dự kiến sẽ giữ mức tiêu thụ năng lƣợng thấp nhƣ WLAN.
Tất cả những giải pháp cải tiến phục vụ một số lợi ích thực hiện bằng cách cải thiện việc tái sử dụng không gian và sử dụng quang phổ. Việc thực hiện và sử dụng các nghiên cứu đột phá nhất để cải tiến trong các mạng WLAN thế hệ tiếp theo cũng sẽ giúp sự phát triển và thực hiện các sửa đổi vừa đƣợc phê duyệt hoặc đang tiến triển khác, bằng cách phát triển các cơ chế thơng minh để cải thiện sự hịa hợp và hợp tác giữa các mạng WLAN.
4.5. MARKOV CHAIN
Markov Chain là một dãy X X1, 2,X3... gồm các biến ngẫu nhiên theo thời
gian rời rạc với tính chất markov. Không gian trạng thái S là tập tất cả các giá trị có
thể có của các biến, gọiXnlà trạng thái của quá trình (hệ) tại thời điểm n. Nếu việc