CHƯƠNG 2. ỨNG DỤNG CỦA ANTEN TẠO CHÙM TRONG MẠNG MANET
2.3. MANET sử dụng các hệ thống anten tạo chùm
Khả năng của các anten trong việc điều chỉnh năng lượng bức xạ của chúng theo hướng node dự định trong khi ức chế tình trạng nhiễu sóng có thể làm gia tăng đáng kể dung lượng mạng so với mạng được trang bị các anten đẳng hướng bởi vì chúng cho phép các kênh giao tiếp được tái sử dụng.
Các node có anten đẳng hướng giữ các node lân cận ở chế độ chờ trong quá trình truyền dẫn trong khi các node có anten thông minh chỉ tập trung vào các node mong muốn và cho phép các node lân cận giao tiếp.
Do đó, các anten thông minh cùng với giao thức truy cập hiệu quả có thể giúp tạo hiệu suất cao cũng như độ bền vững và tin cậy cho các mạng tùy biến không dây.
Hình 2.4. So sánh hiệu suất mạng sử dụng các anten đẳng hướng và mạng có các anten thông minh. [1]
Hình 2.5. Sơ đồ bố trí 55 node của MANET được sử dụng để thiết kế hệ thống anten thông minh thông lượng cao [1]
A. Mạng không dây
– Một MANET gồm 55 node được phân bố đều trên diện tích 1.000 × 600 m2,thực thi các mạng thông tin, thiết bị, và các giao thức.
Hình 2.6. Ví dụ về 3 node liên hệ với nhau.[1]
Các node mạng không dây được trang bị bốn giàn con phẳng để bao quát tất cả các hướng có thể .
Đặc biệt, mỗi giàn con phẳng trong một node bao gồm một cung từ 900 (từ - 450 đến +450) liên quan đến hướng ngang (θ = 00).
Node A giao tiếp với Node B bằng một chùm búp sóng quét ở θ0, và Node B giao tiếp với Node C bằng một chùm búp sóng quét ở θ1.
Lưu lượng dữ liệu thông qua mỗi node này được mô phỏng theo phân phối Poisson, và mỗi node thay đổi vị trí ngẫu nhiên mỗi khi nó chuyển hai gói dữ liệu liên tiếp payload (tải có ích) – số lượng thông tin có trong gói), để mô phỏng tính di động của các node. Chiều dài của mỗi gói tải có ích là 1024 bit.
B. Giao thức
Các giao thức được sử dụng cho MANET trên giao thức MAC của chuẩn Mạng Cục bộ Không dây IEEE 802.11 và tích hợp tất cả tính năng cần thiết để cho phép các node truy cập vào kênh trong môi trường TDMA.
Ngoài ra, nó tạo điều kiện sử dụng các anten thông minh và gia tăng việc tái sử dụng không gian của các khe TDMA, do đó làm tăng hiệu suất mạng.
Tiếp cận kênh
Khi một node nguồn (SRC) có một gói dữ liệu cần truyền tải đến một node đích (DEST), nằm trong phạm vi sóng vô tuyến đơn chặng, đầu tiên nó sẽ cảm nhận trạng thái của kênh giao tiếp.
Nếu kênh giao tiếp trong trạng thái bận, SRC sẽ đợi cho đến khi kênh trong trạng thái rảnh.
Khi kênh giao tiếp ở trong trạng thái rảnh, SRC sẽ gửi một tín hiệu Request- To-Send (RTS) sử dụng mảng anten ở chế độ gần đẳng hướng. Điều này có thể thực hiệnthông qua việc chỉ có một phần tử hoạt động của mỗi mảng con.
Khi DEST tiếp nhận thành công tín hiệu RTS, trong chế độ gần đẳng hướng, nó sẽ truyền tải tín hiệu Clear-To-Send (CTS) đến SRC.
Anten tạo chùm
Hình 2.7. Biểu đồ định thời gian Giao thức MAC [1]
Khi tất cả các node lân cận nhận được tín hiệu CTS gửi bởi DEST, chúng sẽ
truy cập kênh.
Sau khi SRC nhận tín hiệu CTS, nó sẽ truyền dẫn gói dữ liệu treo cho DEST (RXTRN) trong chế độ gần đẳng hướng.
DEST tiếp nhận RXTRN xác định góc tới của tín hiệu RXTRN sử dụng thuật toán DOA và tính toán các trọng số phức hợp để điều hướng búp sóng tới SRC.
Sau đó, DEST sẽ gửi gói dữ liệu treo cho SRC (TXTRN) trong chế độ anten thông minh (tức là, sử dụng các trọng số tính toán cho mảng được điều hướng đến DEST).
Cuối cùng, sau khi SRC nhận tín hiệu TXTRN, nó cũng tính góc tới của tín hiệu TXTRN sử dụng thuật toán DOA và các trọng số phức hợp để điều hướng búp sóng tới DEST.
Truyền dữ liệu
Khi SRC và DEST hướng đồ thị bức xạ với nhau, thời gian định hướng búp sóng hoàn tất, và truyền dẫn dữ liệu (DATA) bắt đầu.
Tại thời điểm này, kênh được giải phóng cho các node lân cận khác bắt đầu truyền dẫncác tín hiệu RTS của chúng.
Nếu việc truyền dẫn của các node lân cận gây nhiễu trên ngưỡng xác định cho SRC và DEST, một tập hợp các trọng số mới được tính bằng SRC và DEST để đặt các giá trị null theo hướng node gây nhiễu (tức là các SNOI).
Sau khi hoàn tất gói DATA, tín hiệu báo nhận (ACK) được truyền bởi DEST, báo nhận thành công c gói DATA.
Lưu ý rằng các gói dữ liệu treo, RXTRN và TXTRN, là biến số và là một phần của tải có ích
Độ dài của chúng ảnh hưởng đến chiều dài của gói dữ liệu DATA, là thành phần quan trọng bởi vì nó là gói chứa thông tin.
Nếu các gói dữ liệu DATA ngắn thì sẽ có ít thông tin được truyền tải và do đó
dẫn đến thông lượng mạng thấp.
Gói dữ liệu DATA dài, thì sẽ có nhiều thông tin hơn được truyền tải và do đó sẽ đạt được mức thông lượng mạng cao.
Một điểm cần làm rõ là nếu các anten đa hướng được sử dụng thay cho anten thông minh thìkênh giao tiếp sẽ được khóa suốt quá trình truyền dữ liệu DATA.
Không có node trong phạm vi sóng vô tuyến của SRC và DEST được phép truyền dẫn để tránh va chạm gói dữ liệu (tức là, gây nhiễu).
Vì vậy, điều này suy ra rằng các anten thông minh sẽ làm tăng dung lượng mạng bằng cách cho phép kênh giao tiếp liên lạc được tái sử dụng.