Khi MH tham gia vào quá trình truyền dữ liệu, nó sẽ được cấp phát một cặp kênh (fi và fi+m ,với i=1,2,3…,m) bất kì nào đó trong số 2m kênh vô tuyến mà mạng WLAN hộ trợ và một cặp khe thời gian (tk mod m và t(k+1) mod m với k=1,2,...) cho tuyến lên và tuyến xuống tương ứng. Chỉ sau khi nhận được dữ liệu từ kênh fi trên tuyến xuống trong khe thời gian t(k mod m), thì khi đó MH mới có thể bắt đầu được phép truyền dẫn các gói thông qua kênh đường lên fi+m trong khe thời gian kế tiếp t(k+1) mod m.
Mọi BS đều hộ trở tất cả các kênh, tuy nhiên mỗi BS chỉ được sử dụng ở một khe thời gian đã được gán định sẵn, hình 3.2 là một ví dụ với m = 5. Trong tất cả các khung thời gian, mỗi khe thời gian và mỗi kênh chỉ được sử dụng duy nhất một lần. Các picocells liền kề nhau không được dùng lại mã FS trùng nhau nhằm tránh nhiễu đồng kênh có thể gây ra cho hệ thống. Một mã FS chỉ được sử dụng cho một picocell và có thể được tái sử dụng bởi một picocell khác nhưng phải đảm bảo khoảng cách giữa chúng đủ lớn để có thể tránh nhiễu. Một vấn đề quan trọng trong giao thức này đó chính là vấn đề đồng bộ. CS và MH phải nhận biết chính xác các khe thời gian. Tuy nhiên, hoạt động đồng bộ của tất cả các ô được thiết lập bởi kiến trúc tập trung. Để đồng bộ với các BS, các CS bắt đầu đo khoảng thời gian truyền tín hiệu đến BS rồi truyền ngược về CS gọi là RTT (round-trip time). Lúc đó CS có thể ấn định được khoảng thời gian truyền từ CS tới BS đó là RTT/2 để đồng bộ các BS.
Nguyên lý chuyển tần số trong giao thức MAC không phải là hoàn toàn xa lạ, nó đã được áp dụng rộng rãi trong các hệ thống nhảy tần, ví dụ như Bluetooth. Tuy nhiên trong mạng WLAN giao thức MAC có một số điểm khác biệt so với hệ thống nhảy tần truyền thống là:
- Trong hệ thống nhảy tần thì các BS và MH sẽ thay đổi tần số theo một quy luật cho trước (gọi là mã giả ngẫu nhiên), tuy nhiên trong giao thức MAC thì chỉ có các BS hiệu chỉnh tần số của nó còn MH vẫn giữ nguyên cặp tần số hoạt động của nó.
- Giao thức MAC được kết hợp với kiến trúc mạng tập trung ở CS nên có thể tránh được hiện tượng nhiễu đồng kênh, tránh được việc sử dụng hai mã FS trùng nhau trong các picocells liền kề. Do đó trong hệ thống WLAN sử dụng giao thức MAC ta thường sử dụng khái niệm chuyển đổi tần số (frequency swiching) thay cho khái niệm nhảy tần (frequency hopping).
3.2.3.3. Sự chuyển giao trong giao thức MAC
Một đặc điểm quan trọng của giao thức MAC chính là quá trình chuyển giao khi
MH di chuyển từ BS này sang BS khác là rất đơn giản và nhanh. Thời gian chuyển giao chỉ mất tối đa (2n+1) khe thời gian. Nhờ đó giao thức này được sử dụng trong mạng WLAN nhằm giảm bớt sự phức tạp của các MH. Một ví dụ chuyển giao khi MH di chuyển từ BS này sang BS khác như trong hình 3.3 với m = 5.
Có thể bạn quan tâm!
-
Công Nghệ Truyền Sóng Vô Tuyến Trên Sợi Quang - Rof -
(A) Không Có Điện Áp. (B) Có Điện Áp Điều Khiển. -
Các Cấu Hình Trong Tuyến Rof.(A) Eom, Tín Hiệu Rf Được Điều Chế. -
Rof Ứng Dụng Cho Mạng Truy Nhập Vô Tuyến Ở Ngoại Ô, Nông Thôn -
nghiên cứu về kỹ thuật truyền sóng vô tuyến qua sợi quang Radio over Fiber - RoF - 9 -
nghiên cứu về kỹ thuật truyền sóng vô tuyến qua sợi quang Radio over Fiber - RoF - 10
Xem toàn bộ 89 trang tài liệu này.
Hình 3.3: Độ trễ chuyển giao trong giao thức MAC
Độ trễ chuyển giao (thand) được hiểu là khoảng thời gian truyền gói dữ liệu ở tuyến lên thành công khi MH di chuyển từ Picocell cũ sang Picocell mới. Độ trễ chuyển giao tối thiểu được cho bởi:
2tf + ts ≤ min( thand) ≤ 2tf + (m – 1)ts (3.1) Với tf = m.ts → (2m + 1)ts ≤ min( thand) ≤ (3m – 1)ts (3.2)
Theo công thức trên ta thấy độ trễ của quá trình chuyển giao không chỉ phụ thuộc vào ts mà còn phụ thuộc vào số lượng kênh m.
Cơ chế chuyển giao xảy ra như sau: Đầu tiên tại picocell 1, các MH nhận tín hiệu cho
phép ở khe thời gian có tô màu đen và trả lời lại bằng tại các khe thời gian có đường gạch chéo. Lúc này MH sẽ sử dụng cặp tần số (f1, fm+1 ) cho 2 chiều lên và xuống. Khi MH di chuyển từ picocell 1 sang picocell 2 thì nó vẫn sử dụng cặp tần số này cho việc truyền dữ liệu. Tất nhiên là khi qua picocell khác, do tính trực giao (được điều khiển bởi CS) nên nó sẽ hoạt động ở khe thời gian khác nhưng vẫn không thay đổi cặp tần số (đặc điểm của giao thức MAC). Khi MH đến vùng biên giới của cả 2 picocell thì nó
đồng thời nhận được cả 2 khe thời gian. MH sẽ tiếp tục liên lạc với trạm gốc BS ở picocell 1 cho đến khi thiết lập kênh mới với picocell 2 được thiết lập. Đến khi kết nối với picocell 1 thật sự bị mất do đi quá tầm phủ sóng thì nó mới bắt đầu yêu cầu picocell 2 cấp cho nó một kênh để hoạt động, công việc này đã được MH chuẩn bị từ khi nhận được tín hiệu của picoceel 2. Việc cấp băng thông cho MH sẽ được thực hiện ở khung tiếp theo. Ta thấy thời gian chuyển giao tối thiểu là 2m +1 khe thời gian.
Hình 3.4: MH dùng cặp tần số (ƒ1,ƒm +1) khi di chuyển từ picocell 1 sang picocell 2
Khi một MH mới bắt đầu gia nhập vào mạng WLAN thì công việc đầu tiên của nó là thực hiện đồng bộ với CS, sau đó nó chọn một kênh bất kỳ ngẫu nhiên nếu nó có khả năng thay đổi kênh tần số hoặc là sử dụng một kênh định trước nếu nó không có khả năng thay đổi kênh. Tiếp đó MH lắng nghe ở những khe thời gian tuyến đường xuống. MH sẽ nhận được một tín hiệu trong khe thời gian nào đó của khung và ấn định khe thời gian cho MH hoạt động. Sau khi nhận được gói tin ấn định khe thời gian, nó
sẽ bắt đầu gởi tín hiệu xác nhận ngay ở khe tiếp theo trong tuyến đường lên để gia nhập vào mạng và bắt đầu truyền nhận dữ liệu trên kênh đã được ấn định.
3.2.3.4. Các thông số quan trọng của giao thức MAC
Trong giao thức bàn cờ mà ta đang xét, có ba thông số quan trọng mà ta cần quan tâm trong quá trình tính toán thiết kế hệ thống đó chính là số lượng kênh m, độ rộng khe thời gian Ls và trễ chuyển giao thand .
Số lượng kênh (m)
Gọi băng thông tổng cộng của hệ thống là BWtotal, băng thông khoảng bảo vệ BWg giả sử bằng không, băng thông cho mỗi kênh tuyến lên và xuống bằng nhau và bằng BWch. Khi đó:
2m.BWch BWtotal
(3.3)
Hình 3.5: Phân bổ băng thôngs
Hơn nữa băng thông của mỗi kênh lại được chia chi sẽ cho n người sử dụng trong hệ thống do đặc điểm của giao thức chuyển giao bàn cờ. Do đó ta có công thức:
2m .BW BW
2
user total
(3.4)
BWtotal
2BW
user
Hay m ( Vì m phải là một số nguyên) (3.5)
Nếu tính theo băng thông cho tuyến lên và tuyến xuống cùng với 2 khoảng băng tần bảo vệ (BWg) thì công thức được viết lại là:
BW
m
total
BWup BWdow 2BWg
(3.6)
Độ rộng khe thời gian (Ls)
Từ giả định rằng MH nhận được kết quả đặt trong khung tiếp theo sau khi nó gửi
một yêu cầu trong khung hiện tại, chúng ta sẽ có được công thức tính độ rộng tối thiểu mỗi khe thời gian được cho như sau:
L (2.t prop t proc).m.BTuser ;
m 3
Trong đó:
s m 2
(3.7)
- Ls : độ rộng khe thời gian tính bằng bits
- tprop : thời gian trễ lan truyền ở cả phần quang lẫn phần không gian tính bằng giây (s)
- tproc : thời gian xử lý thông tin tại CS tính bằng giây( s)
- BTuser : tốc độ truyền dữ liệu của user tính bằng bit/s.
Công thức trên được xây dựng như sau: giả sử MH bắt đầu gởi cho CS một gói thông tin, tại thời điểm t=0, thì CS sẽ nhận được gói đó vào thời điểm t = tprop, sau đó CS sẽ ngưng truyền trong (m-1) khe thời gian sau đó truyền cho MH vào đúng khe thời gian quy định. Trong thời gian đó, CS sẽ xử lý và truyền gói đó đến lại MH, tức là thời gian mà MH nhận được đầy đủ gói thông tin từ CS kể từ khi có yêu cầu sẽ là 2.tprop+ tproc+ts
và khoảng thời gian này phải nhỏ hơn hoặc bằng khoảng (m-1)ts mà MH phải chờ đợi.
Thời gian trễ chuyển giao ( thand)
Thời gian trễ chuyển giao nhỏ nhất phải thỏa mãn điều kiện:
2t prop t proc 2t prop t proc
(2m 1).
m 2
min( thand ) (3m 1).
m 2
(3.8)
m ≤ mmax, BWup = BWdown , BWg = 0 và 2.BTuser = BWup + BWdown
Khi đó
min( thand )
đạt được khi m = mmax.
3.3. ROF TRONG MẠNG TRUYỀN THÔNG ROAD VEHICLE (RVC)
3.3.1. Giới thiệu
Hiện nay nhu cầu về hệ thống giao thông thông minh (TTSs) bằng cách sử các thông tin liên lạc di động mới nhất với công nghệ cao nhất ngày càng tăng. Chính vì vậy đòi hỏi cần phải có một mạng truyền thông di động đáp ứng được các nhu cầu hiện nay. Và mạng truyền thông Road Vehicle đã đáp ứng được yêu cầu trên. Mạng truyền thông Road Vehicle là cơ sở hạ tầng của mạng truyền dẫn thông minh ITS, được ứng dụng cho các phương tiện đang di chuyển có thể truy cập vào mạng, trao đổi thông tin
an toàn, hỗ trợ thoại, dữ liệu, các dịch vụ đa phương tiện như video, thời gian thực khi các MH đang di chuyển. Trên thực tế thì những mạng thông tin di động tế bào hiện nay (như GSM, UMTS…) vẫn không thể cung cấp đủ dung lượng dữ liệu tốc độ cao cho người sử dụng khi di chuyển với tốc độ lớn, do đó các băng tần mm trong khoảng từ 36GHz đến 60GHz đang được xem xét, để ứng dụng cho mạng RVC này. Tuy dải băng tần này có băng thông cao hơn so với băng tần sóng ngắn, nhưng bán kính phủ sóng của các ô nhỏ hơn do suy hao trong không gian. Do đó đặc tính của mạng RVC đó là số lượng BS lớn để phủ sóng hoàn toàn mọi nơi và số lượng người sử dụng lớn, hỗ trợ tính di động. Như vậy kiến trúc mạng đặt ra hai vấn đề sau: thứ nhất mạng phải có giá thành tốt và thứ hai tích hợp khả năng chuyển giao nhanh và đơn giản để phục vụ một số lượng người sử dụng. Vì vậy để giải quyết các vấn đề trên ta áp dụng kỹ thuật RoF vào mạng truyền thông RVC. Trong phần này ta sẽ tìm hiểu đến ứng dụng này.
3.3.2. Kiến trúc mạng
Hệ thống RVC dựa trên kỹ thuật RoF được thể hiện trong hình 3.6, ở đây mỗi một trạm trung tâm CS được kết nối tới một số lượng lớn trạm gốc BS thông qua sợi quang, và mỗi BS ở đây là phục vụ cho mạng RVC với tầm phủ sóng rộng và các đặc tính phù hợp mạng. Hệ thống này chỉ khảo sát các con đường một chiều, với hướng di chuyển của MH đã được CS biết trước. Các CS được kết nối đến mạng đường trục, mạng đường trục có thể là mạng PSTN hay là mạng Internet.
Hình 3.6: Mạng RVC dựa trên kỹ thuật RoF.
Mỗi BS sẽ phủ sóng một khu vực mà ta gọi là ô. Do đặc tính của sóng mm ở
băng tần 36GHz cho đến 60GHz có suy hao lớn nên bán kính của mỗi mỗi ô chỉ nằm trong khoảng từ vài chục đến vài trăm mét và số lượng BS để phủ sóng nguyên con đường là khá lớn. Để đạt được kiến trúc tập trung và cấu trúc BS đơn giản với tầm phủ sóng CS lớn thì áp dụng kỹ thuật RoF ứng dụng vào mạng. Kiến trúc mạng RVC sử dụng kỹ thuật RoF được thể hiện trong hình 3.7.
Hình 3.7: Kiến trúc mạng RVC dựa trên kỹ thuật RoF.
Dựa vào hình vẽ ta thấy cấu trúc BS rất đơn giản chỉ gồm một PD, một LD, một EOM và có thể có một bộ khuếch đại tần số RF. BS không thực hiện bất cứ một chức năng xử lý tín hiệu nào, nó chỉ đóng vai trò trung gian chuyển tải sóng RF giữa BS và MH. Mỗi CS sẽ có rất nhiều bộ thu phát TRX, mỗi TRX phục vụ cho mỗi BS. TRX có thể được trang bị bộ dao động có tần số cố định hay có thể điều chỉnh được. Với bộ dao động RF điều chỉnh được tần số thì hệ thống có khả năng ấn định tài nguyên mềm dẻo hơn.
3.3.3. Hoạt động cơ bản trong mạng
Giả sử 1 CS được kết nối đến N BS dựa trên kiến trúc RoF như trong hình vẽ 3.7 và số lượng BS phủ sóng hoàn toàn con đường. N BS này sẽ được chia làm S nhóm (1 < S < N), trong đó tập hợp các BS trong một nhóm được đặt gần nhau, và tập hợp các vùng phủ sóng của nhóm đó được gọi là vùng ô ảo - VCZ. Kĩ thuật TDMA được sử dụng trong hệ thống với các siêu khung có kích thước cố định, bao gồm M khe thời
gian mà mỗi khe được ấn định cho mỗi VCZ, mỗi khe được lấp đầy một gói dữ liệu có kích thước tối thiểu. Các kênh RF trong một VCZ là tương tự nhau, và các VCZ liền kề không được dùng chung kênh RF để tránh hiện tượng nhiễu đồng kênh. Do đó khi một MH đang di chuyển trong cùng VCZ thì chúng không nhất thiết phải đổi kênh tần số. Nó chỉ phải thay đổi kênh RF khi chuyển sang VCZ khác. Mỗi siêu khung được chia thành các khung nhỏ hơn cho các ô bên trong VCZ, mà mỗi khung bao gồm cả kênh đường lên lẫn đường xuống. Kích thước mỗi khung có thể được thiết kế sao cho cân đối với lưu lượng của mỗi ô.
Hình 3.8 minh họa một VCZ bao gồm 3 ô và 3 khung được ấn định cho mỗi ô trong miền thời gian khi sử dụng cùng một kênh RF. Trong mỗi chu kỳ của khung i thì chỉ có sự trao đổi thông tin của BS i với CS được thiết lập, BS trong một VCZ phải được điều khiển bởi CS để tìm ra khung thời gian thích hợp. Vì vậy mỗi kênh RF được ấn định để tránh hiện tượng nhiễu đồng kênh giữa các ô trong cùng VCZ. Nếu thiết bị đi vào khu vực mà không có chồng lấn giữa 2 ô liên tục thì nó chỉ nhận được một khung trong ô mà nó đang đứng. Trong khi đó, khi nó di chuyển vào vùng chồng lấn của cả 2 ô thì nó sẽ phải “lắng nghe” cả 2 khung trong một thời gian siêu khung. Ví dụ trong hình 3.8, V1 chỉ nhận được khung 1, trong khi đó V2 lại nhận được cả khung 1 và 2 trong siêu khung đó.
Hình 3.8: Ấn định khung trong khi di chuyển.