گره‌‌‌، زمانبندي، BS، متمرکز، زمانبندی

بخش دوم شامل پیغام MSH-DSCH127 است. تعداد پنجرههای زمانی بخش زمانبندی توزیع شده به وسیله پارامتری به نام MSH_DSCH_NUM تعیین میشود. این پارامتر[a168] مقداری مابین 0 تا 15 میگیرد.
پیغامهای MSH-CSCF و MSH-CSCH از جمله پیغامهای مدیریتی همه پخشی MAC بوده که برای زمانبندی متمرکز در مد مش ارسال میشود. پیغام MSH-CSCF که به وسیله BS ایجاد میشود، اطلاعات پیکربندی کانال و درخت مسیریابی را در خود دارد. براساس اطلاعات مربوط به درخت مسیریابی که در پیغام MSH-CSCF است، همه SSها یک درخت مسیریابی که در آن BS ریشه درخت و SSها فرزندان آن هستند را نگهداری می‌کنند. SSها به وسیله پیغام MSH-CSCH پهنای باند درخواستی خود را به BS میدهند. BS نیز از این پیغام برای واگذاری پهنای باند درخواستی به SSها استفاده میکند. همچنین اطلاعات مربوط به تغییر در درخت مسیریابی در MSH-CSCH می‌باشد.
[a169] MSH -DSCH یک پیغام مدیریتی از نوع همه پخشی در لایه MAC است که برای زمانبندی توزیع شده هماهنگ در مد مش ارسال میشود. در زمانبندی توزیع شده هماهنگ128، تمام گره‌‌‌ها برای مطلع ساختن همسایههای خود از زمانبندی ایستگاه ارسال کننده، در بازههای زمانی منظم این پیغام را ارسال میکنند. پروتکل هماهنگی میان گره‌‌‌ها در استاندارد آورده شده است.
مابین هر دو فریمی که حاوی زیرفریم کنترل شبکه هستند، به تعداد مشخصی فریم با زیرفریم کنترل زمانبندی ارسال میشود، این تعداد را پارامتر شبکه[a170]، SCHEDULING_FRAME ، تعیین میکند. برای مثال اگر این پارامتر معادل 3 باشد، مابین هر دو فریم متوالی که حاوی زیرفریم کنترل شبکه هستند، 3×4 فریم کنترل زمانبندی ارسال میشود.
تعداد پنجرههای زمانی در یک زیرفریم کنترلی، معادل MSH-CTRL-LEN است، که عددی مابین 0 تا 15 میباشد. MSH-CTRL-LEN پارامتری است که به وسیله زیرفریم پیکربندی شبکه در سطح شبکه پخش میشود. در یک زیرفریم کنترلی هرپنجره زمانی معادل 7 سمبل OFDM است. از این 7 سمبل، 4 سمبل برای ارسال اطلاعات و 3 سمبل به عنوان محافظ استفاده میشوند. هر پنجره زمانی میتواند یک پیغام کنترلی (سیگنالینگ) را حمل کند.
زیرفریم دیتا
از زیرفریم دیتا، برای حمل ترافیک کاربر استفاده میشود. در این زیر فریم به پنجرههای زمانی، پنجره زمانی[a171] خرد129 گفته میشود. نرخ ارسالی که یک پنجره زمانی خرد میتواند فراهم آورد، به فاکتورهای مختلفی بستگی دارد. برای مثال میتوان از[a172] مدولاسیون و روش کدینگ (MCS) مورد استفاده توسط فرستنده برای ارسال دیتا به گیرنده را[a173] نام برد. هر گره‌‌‌ به طور پویا و براساس کیفیت سیگنال دریافتی در لایه فیزیکی، MCS را تغییر میدهد. یک زمانبندی شامل اختصاص یک یا چندین پنجره زمانی خرد است. طول این پنجرهها در یک زیرفریم دیتا (تعداد سمبلهای OFDM درون هر پنجره زمانی خرد)، به تعداد کل سمبلهای OFDM در فریم مش و تعداد پنجرههای زمانی در زیرفریم کنترلی (MSH-CTRL-LEN) بستگی دارد. تعداد کل سمبلهای OFDM در فریم مش خود به طول فریم و پهنای باند مورد استفاده بستگی دارد. جدول(3-3) تعداد کل سمبل های OFDM در فریم مش با توجه به طول فریم و پهنای باند کانال را نشان میدهد.
جدول 3-3- تعداد کل سمبل هاي OFDM در فريم مش با توجه به طول فريم و پهناي باند کانال([ 39])
سمبل های OFDM
20M Hz BW
10M Hz BW
مدت زمان فریم
(میلی ثانیه)
1600
تعداد سمبلهای OFDM درون یک پنجره زمانی خرد از رابطه (3-1) محاسبه میشود:
(3-1) (سمبل)دیتا فریم زیر در خرد زمانی‌های پنجره طول =(فریم در OFDM های سمبل تعداد-7×(MSH-CTRL-LEN) )/256
استاندارد 802.16 تعداد پنجرههای زمانی خرد در زیرفریم دیتا را به این دلیل محدود به 256 میکند که فیلدهای بسته‌های کنترل زمانبندی، 8 بیت طول دارند. ممکن است باتوجه به طول فریم و زیر فریم کنترلی تعداد پنجرههای زمانی خرد کمتر از 256 شود. تعداد واقعی پنجرههای زمانی در زیر فریم دیتا از رابطه (3-2) به دست میآید:
(3-2) دیتا فریم زیر در زمانی پنجره‌های واقعی تعداد=⌊ ┤ (فریم در OFDM های سمبل تعداد-7×(MSH-CTRL-LEN) )/(دیتا فریم زیر در خرد زمانی پنجره‌های طول ) ├ ⌋
برای مثال، اگر طول فریم برابر 10 میلیثانیه، پهنای باند OFDM برابر 20 مگاهرتز و MSH-CTRL-LEN برابر 10 باشد، طول یک پنجره زمانی خرد از رابطه (3-1) معادل 3 محاسبه میشود. همچنین باتوجه به رابطه (3-2)، 243 پنجره زمانی خرد در زیر فریم دیتا خواهیم داشت.
ارسال هجمه‌های[a174] دیتا[a175] به اندازه 2 یا3 سمبل محافظ OFDM سربار دارد. تعداد سمبلهای محافظ و طول پنجرههای زمانی خرد، درشتدانگی تخصیص پهنای باند را تحت تاثیر قرار میدهند. برای مثال فرض کنیم مدولاسیون BPSK-1/2 استفاده میشود، طول فریم برابر 10 میلیثانیه، طول پنجرههای زمانی خرد معادل 3 سمبل OFDM و هرارسال دیتا 3 سمبل محافظ سربار دارد. با این فرضیات و باتوجه به جدول 3-2 کوچکترین بسته دیتا 36 بایت بوده (36=(8/96) ×3) که نیاز به دو پنجره زمانی خرد دارد. 3 سمبل محافظ معادل یک پنجره زمانی خرد است که سربار ارسال میباشد. لذا 100% سربار ارسال داریم. اندازه بسته بعدی 72 بایت است که در 3 پنجره و پس از آن بستهای به اندازه 108 بایت بوده که در چهار پنجره ارسال میشود. سربار ارسال در این دو حالت به ترتیب 50% و 33% میباشد. همچنین این درشتدانگی گویای این مطلب است که پهنای باندی که تخصیص داده میشود بایستی با گامهای 28.8kbps افزایش یابد.
استاندارد IEEE 802.16 تقسیم پنجرههای زمانی یک زیرفریم دیتا به دو بخش را مطرح میکند که به شیوه «پارتیشن130» معروف باشد. پنجرههای زمانی در بخش اول به وسیله مکانیزم زمانبندی متمرکز، زمانبندی میشوند. پنجرههای زمانی در بخش دوم به وسیله مکانیزم زمانبندی توزیع شده، زمانبندی میشوند. هنگامی که پیکربندی اولیه شبکه مش بیسیم صورت میگیرد، ماکزیمم درصدی از پنجرههای زمانی در یک زیرفریم دیتا که به وسیله مکانیزم زمانبندی متمرکز زمانبندی میشوند (MSH-CSCH-DATA-FRACTION)، به وسیله پیغام MSH-NCFG در شبکه پخش میگردد. شکل (3-13) این مطلب را نشان میدهد. در روش پارتیشن، تنها یکبار هنگامی که شبکه مش بیسیم پیکربندی میشود، پنجرههای زمانی برای زمانبندیهای متمرکز و توزیع شده رزرو میشوند و تا پیکربندی بعدی تغییر نخواهند کرد.
شکل ‏313- تخصيص پنجره هاي خرد در روش پارتيشن کردن
این روش، راه حل بهینهای نمیباشد. زیرا ممکن است الگوی ترافیک در تعیین کرانههای پارتیشن به صورت دقیق در نظر گرفته نشده باشد و بکارگیری پنجرههای زمانی، بهینه نباشد. در [40] با تمرکز بر این موضوع که روش پارتیشن کردن قابل انعطاف نیست، روشی به نام CDC131 پیشنهاد شده است. دراین روش با اعمال تغییر در زمانبندی متمرکز، SSها تعداد پنجرههای زمانبندی شده با مکانیزم متمرکز را محاسبه میکنند. در پریود زمانبندی بعدی SSها میتوانند پنجرههای زمانی آزاد را که می توانند برای زمانبندی توزیع شده استفاده شوند، معین کنند. از آنجا که هر دو زمانبندیهای متمرکز و توزیع شده مدنظر میباشد، این روش ترکیبی از روشهای متمرکز و توزیع شده میباشد.
نحوه ورود یک گره‌‌‌ به شبکه
از آنجا که 802.16 پروتکلی بدون تصادم132 و مبتنی بر TDMA است، برای اطمینان از اینکه گره‌‌‌های جدید در ارسالهای جاری اختلال ایجاد نکنند، نیاز به مکانیزمی دقیق برای ورود یک گره‌‌‌ به شبکه و سنکرون شدن آن با شبکه مش است. این مکانیزم، گامهایی که باید یک گره‌‌‌ برای ورودبه شبکه طی کند و کانالهای منطقیای که در هرگام اجازه دسترسی به آنها را دارد را مشخص مینماید شکل(3-14) در ادامه به این مراحل پرداخته میشود.
شکل ‏314-مراحل ورود يک گره‌‌‌ به شبکه[36]
1- جستجو برای شبکه فعال و سنکرون سازی با شبکه : گره‌‌‌ کاندید (گره‌‌‌ی که میخواهد به شبکه مش وارد شود) باگوش کردن به بستههای MSH-NCFG ارسالی توسط گره‌‌‌های شبکه، خود را باکرانه فریمهای شبکه سنکرون می‌کند. همچنین اطلاعاتی در مورد شبکه (پارامترهای پیکربندی شبکه) را از بستههای MSH-NCFG میگیرد.
2- تعیین گره[a176] اتصال: گره‌‌‌ کاندید اولین گره‌‌‌ی از شبکه که دو بسته MSH-NCFG از آن دریافت میکند را به عنوان گره‌‌‌ی که پتانسیل اسپانسرشدن دارد، در نظر میگیرد. سپس با ارسال یک بسته MSH-NENT به آن گره‌‌‌ علاقه‌مندی خود را اعلام میکند. اگر این گره‌‌‌ درخواست گره‌‌‌ کاندید را پذیرفت، اسپانسر گره‌‌‌ کاندید میرساند و با ارسال یک تاییدیه در بستههای MSH-NCFG، آن را به اطلاع گره‌‌‌ کاندید میرساند و[a177] بازهای از پنجرههای زمانی در کانال دیتای خود را به گره‌‌‌ کاندید اختصاص میدهد.
3- تشخیص هویت133: گره‌‌‌ کاندید از کانال دیتای گره‌‌‌ اسپانسر برای گرفتن تاییدیه هویت از BS، استفاده مینماید. پس از گرفتن تایید، میتواند ازکانال پخش فراگیر برای پیکربندی و زمانبندی استفاده کند. همچنین کانال اسپانسر را با ارسال بسته MSH-NENT در کانال پایه، خاتمه میدهد.
4- رجیستر کردن و زمانبندی: پس از این مرحله به گره‌‌‌ تازه وارد شناسه داده میشود و با تخصیص پهنای باند به آن، می‌تواند از کانال دیتا استفاده نماید.
الگوی زمانبندي مبتني بر استاندارد IEEE 802.16
همان طور که اشاره شد در بحث زمانبندي در مد مش استاندارد 802.16 با دو موضوع روبرو هستيم:
1 . زمانبندي ارسال پيغام‌هاي کنترلي.
2. زمانبندي ارسال ديتا.
در متن استاندارد 802.16 الگوريتم زمانبندي براي ارسال پيغام‌هاي کنترلي در مد مش تعريف شده است. در ارتباط با زمانبندي ارسال ديتا، اگرچه نحوه سيگنالينگ و ساختار پيغامهاي کنترلي‌ که ممکن است به اين منظور بکار گرفته شود مشخص شده است، جزئيات الگوريتم زمانبندي و نحوه دسترسي کارا و عادلانه گره‌‌‌ها به کانال و رزرو پنجره‌هاي زماني زير فريم ديتا در متن استاندارد نيامده و به زمان پياده‌سازي استاندارد موکول شده است. در اين پايان نامه تمرکز بر روي مکانيزم‌هاي زمانبندي به منظور تخصيص پنجره‌هاي زماني براي ارسال ديتا است.
لایه MAC چگونگي رقابت گره‌‌‌هاي بی‌سیم[a178] و به اشتراک گذاشتن منابع محدود راديويي را مشخص مي‌کند. لذا نقش تعيين کنندهاي در ارتباطات بی‌سیم دارد. بطور کلي، يک گره‌‌‌ بی‌سیم نمي‌تواند همزمان[a179] در يک پهناي باند سیگنال[a180] ارسال و دريافت کند. بنابر اين تشخيص تداخل در هنگام ارسال مشکل است. لذا ارسال همزمان ترمينالهاي پنهان مي‌تواند باعث بروز تداخل شود. علاوه بر اين، مشکل ترمينال‌هاي مخفي134 نيز کارايي سيستم را کاهش مي‌دهد. بنابراين هدف اوليه پروتکل‌هاي MAC در شبکه‌هاي مش بی‌سیم، اجتناب از تداخل و انجام ارسال‌هاي همزمان است. معيارهاي کارايي در طراحي MAC گذردهي، تاخير، عدالت، پشتيباني از خدمات سرویس و آسيب پذيري لينک هستند. MAC در شبکه‌هاي بی‌سیم، بر اين مبنا که دسترسي به رسانه مشترک به صورت متمرکز و يا توزيع شده کنترل مي‌شود، به دو گروه MAC متمرکز و MAC توزيع شده دسته‌بندي مي‌شود.
MAC متمرکز معمولا براي شبکه‌هاي مبتني بر ساختار اوليه135، که اطلاعات کل شبکه در MAC کنترل[a181] کننده مرکزي نگهداري شده و توان پردازشي زيادي وجود دارد، طراحي می‌شود. کنترل کننده مرکزي اطلاعات ترافيک و کانال را از گره‌‌‌هاي سيار جمع‌آوري مي‌کند و منابع را به وسيله مکانيزم‌هاي سرشماري136، رزرو يا درخواست-
تخصيص137 به گره‌‌‌ها اختصاص مي‌دهد. از سوي ديگر MAC توزيع شده براي شبکه‌هايي که فاقد زير ساخت اوليه138 مي‌باشند، مانند شبکه‌هاي موردي139 که فاقد يک کنترل کننده[a182] مرکزي هستند، مناسب است. در اين شبکه‌ها هر گره‌‌‌ بر اساس ديد محلي خود از کانال دسترسي خود به کانال را تعيين مي‌نمايد.
هدف از زمانبندي، اختصاص پنجره‌هاي زماني در زير فريم ديتا به گره‌‌‌هاي شبکه به گونه‌اي است که ارسال دو گره‌‌‌ در يک پنجره زماني، باعث بروز تداخل نشود. همانطور که اشاره شد، زمانبندي به دو روش متمرکز و توزيع شده انجام می‌شود. در مکانيزم متمرکز ، BS مسئول زمانبندي ارسال‌ها در کل شبکه است. در مکانيزم توزيع شده، ارسال‌ها به شکل کاملا توزيع شده و بدون نياز به تعامل با BS زمانبندي مي‌شوند. ترافيک شبکه مش بی‌سیم را مي‌توان در دو دسته مختلف جاي داد: ترافيک اينترانت و ترافيک اينترنت. ترافيک اينترانت، به ترافيک ميان دو SS که در يک شبکه مش مشابه قرار دارند، گفته مي شود. ترافيک اينترنت نيز به ترافيک ميان SS و سرور کاربردي‌140 در اينترنت اطلاق مي شود. لذا بسته‌ها بايد از طريق BS به شبکه خارجي هدايت شوند. يک زير فريم ديتا مي تواند بطور همزمان ترافيک اينترانت و اينترنت را حمل کند. زمانبندي توزيع شده براي انتقال ديتا بين دو SS که در يک شبکه مش بی‌سیم مشابه قرار دارند، بکار ميرود. در مقابل، زمانبندي متمرکز امکان ارتباط BS مش و SS را فراهم مي‌ آورد. لذا 802.16 براي تخصيص پنجره‌هاي زماني در زير فريم ديتا، مکانيزم زمانبندي توزيع شده را براي ترافيک اينترانت و مکانيزم زمانبندي متمرکز را براي ترافيک اينترنت پيشنهاد مي‌کند. از آنجا که ترافيک اينترنت (مابين BS و SSها ) عمده ترافيک شبکه را تشکيل مي‌دهد، مکانيزم زمانبندي متمرکز، مکانيزم غالب مي‌باشد. لازم است زمانبندي پنجره‌هاي زماني در يک زير فريم ديتا[a183]، براي هر دو نوع ترافيک، به گونه‌اي صورت گيرد که بکارگيري پنجره‌هاي زماني بهينه باشد[4و17].
زمانبندي متمرکز و توزيع شده، سطوح متفاوتي از کيفيت سرويس را فراهم مي‌آورند. لينک‌هايي که با مکانيزم متمرکز زمانبندي مي‌شوند، پهناي باند برايشان به وسيله BS تضمين شده است. تضمين گام به گام پهناي باند در درخت مسيريابي براي مکانيزم متمرکز،امکان تضمين کيفيت سرويس انتها به انتها براي جريانهاي ترافيکي را فراهم مي‌آورد. در مقابل لينک‌هايي که با مکانيزم توزيع شده زمانبندي مي‌شوند، رفتار گذرايي دارند و پهناي باند تخصيص داده شده به آنها به گره‌‌‌هاي همسايه بستگي دارد. لذا در مکانيزم توزيع شده عدم قطعيت در پهناي باند لينک، کيفيت سرويس best effort را براي اتصال‌هاي انتها به انتها فراهم مي‌آورد. تعيين مينيمم[a184] پنجره‌هاي زماني در زير فريم ديتا که براي زمانبندي متمرکز استفاده مي‌شوند، يکي از موضوعات با اهميت در شبکه‌هاي مش است. با تعيين مينيمم اين پنجره‌ها، علاوه بر اينکه پهناي باند کافي براي سرويس‌هايي که نياز به تضمين پهناي باند دارند اختصاص داده مي شود، پهناي باند بيشتري براي ترافيک best effort باقي خواهد ماند. مکانيزم‌هاي زمانبندي متمرکز و توزيع شده را مي‌توان در يک شبکه و يک فريم، در کنار يکديگر بکار گرفت. در ادامه ساختار زمان‌بندی متمرکز با دقت بیشتری تشریح می‌شود.
زمان‌بندی متمرکز
هنگامي که از زمانبندي متمرکز در مد مش استفاده مي شود، BS مسئول جمع‌آوري درخواست پهناي باند از سوي SSها و مديريت تخصيص منابع راديويي در شبکه مش است. در اين مکانيزم هر SS با توجه به ترافيک ترمينال‌هاي خود، پهناي باند انتها به انتهاي درخواستي خود را تخمين زده و توسط پيغام کنترلي MSH-CSCH:Request آن را براي BS ارسال مي‌کند. پس از جمع‌آوري اين درخواست‌ها BS با توجه به درخت مسيريابي(يا درخت زمانبندي)، ميزان پهناي باند واگذار شده به لينک‌هاي شبکه در درخت مسيريابي را محاسبه مي‌نمايد.
سپس BS نحوه انتساب پهناي باند به گره‌‌‌ها را در قالب پيغام کنترلي MSH-CSCH:Grant در سطح شبکه مش انتشار مي‌‌دهد[a185] و آنرا به اطلاع SS ها مي‌رساند. انتساب پهناي باند به لينک‌ها بايد به گونه‌اي باشد که پهناي باند انتها به انتهاي درخواستي تمام SSها ارضاء شود. لذا کارايي زمانبندي متمرکز به درخت مسيريابي که الگوريتم زمانبندي بر روي آن اجرا مي شود، بستگي دارد. در اين درخت BS ريشه درخت و SS ها فرزندان آن هستند. به منظور کاهش تداخل مابين لينک‌ها، بالانس بار ترافيکي در سطح شبکه، کوتاه کردن پريود زماني درخواست و اعطاء[a186]141 و ساختار درخت مسيريابي نقش کليدي بازي مي‌کنند[a187]. BS به وسيله پيغام MSH-CSCF ، SS ها را از درخت مسيريابي‌ و تغييرات احتمالي آن مطلع مي‌سازد.
قبل از اينکه يک SS (گره‌‌‌ کاندید) روند ثبت نام را براي پيوستن به شبکه آغاز کند، اولين گره‌‌‌ي از شبکه که دو بسته MSH-NCFG از آن دريافت مي‌کند را به عنوان گره‌‌‌ي که پتانسيل اسپانسر شدن را دارد، در نظر مي‌گيرد. سپس با ارسال يک بسته MSH-NENT به آن گره‌‌‌ علاقه‌مندي خود را اعلام مي‌کند. اگر اين گره‌‌‌ درخواست گره‌‌‌ کانديد را پذيرفت، اسپانسر گره‌‌‌ کانديد مي شود و با ارسال يک تاييديه در بسته‌هاي MSH-NCFG آن را به اطلاع گره‌‌‌ کانديد مي‌‌رساند. سپس SS از طريق گره‌‌‌ کانديد پيغام ثبت نام را به BS ارسال مي‌کند. پس از دريافت اين پيغام BS گره‌‌‌ تازه وارد را به عنوان فرزند گره‌‌‌ کانديد، در درخت مسيريابي، تعيين مي‌کند و پس از به روز کردن درخت مسيريابي، آنرا به اطلاع تمام SS مي‌رساند. لذا آنچه که در استاندارد آمده است، ايجاد درخت مسيريابي بطور تصادفي است و يک درخت پوشاي‌142 تصادفي که ريشه آن BS است، تشکيل مي شود. لازم به ذکر است که، تنها گره‌‌‌هايي که تعداد گام‌هاي آنها تا BS کوچکتر از پارامتر HR است مي‌توانند به درخت مسيريابي متصل شوند. اين آستانه جزء پارامترهاي پيکربندي شبکه‌هاي مش بی‌سیم است که در BS تعيين شده و ساير گره‌‌‌ها به وسيله MSH-CSCF از آن مطلع مي‌شوند.
ساختار درخت

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *