Xem mẫu
- Hội thảo quốc gia 2014 về Điện tử, Truyền thông và Công nghệ thông tin (ECIT2014)
Giao thức MAC hợp tác cho hệ thống vô tuyến
phân tán sử dụng hai nút chuyển tiếp
Hoàng Quang Trung Trần Xuân Nam
Trường Đại học Công nghệ Thông tin và Truyền thông Học viện Kỹ thuật Quân sự
Đại học Thái Nguyên, Thái Nguyên 236 Hoàng Quốc Việt, Cầu Giấy
Email:hqtrung@ictu.edu.vn Email:namtx@mta.edu.vn
Tóm tắt—Trong bài báo này, chúng tôi đề xuất một đề xuất trong [3–5] được thiết kế dựa trên cơ chế hoạt
giao thức MAC hợp tác cho hệ thống vô tuyến phân tán động xuyên lớp (cross-layer). Trong công trình [3] Shan
sử dụng hai nút chuyển tiếp. Để nâng cao phẩm chất hệ và các cộng sự đã đề xuất được thuật toán tối ưu phân
thống dưới các tác động của môi trường truyền dẫn như nhóm các tốc độ hợp tác để giảm thời gian mào đầu
pha-đinh, tổn hao đường truyền, chúng tôi thiết kế sơ đồ giao thức, và sử dụng phương thức lựa chọn nút chuyển
giao thức lớp MAC cho phép ứng dụng mã không gian - tiếp phân tán. Giao thức xuyên lớp MAC-PHY1 được đề
thời gian phân tán kiểu Alamouti. Đặc biệt, chúng tôi đề xuất bởi Liu và các cộng sự trong [4] sử dụng phương
xuất thuật toán lựa chọn hai nút trung gian tốt nhất để
pháp lựa chọn nút chuyển tiếp dựa trên một bảng hợp
chuyển tiếp hợp tác dữ liệu từ nút nguồn đến nút đích.
tác (CoopTable). Phương pháp này yêu cầu các nút trong
Ngay cả trong trường hợp kênh truyền chịu tác động xấu,
giao thức của chúng tôi vẫn đảm bảo được độ tin cậy
mạng liên tục thăm dò một cách thụ động các thông tin
truyền dẫn, thông lượng hệ thống cao và độ trễ truyền trạng thái kênh để cập nhật vào bảng hợp tác. Giao thức
dẫn gói tin trung bình thấp khi được so sánh với giao CD-MAC được đề xuất trong [5] cũng đáp ứng được độ
thức truyền thống IEEE 802.11 DCF. tin cậy truyền dẫn và hợp tác hiệu quả nhờ sử dụng mã
khối không gian-thời gian phân tán. Giao thức được đề
xuất trong [6] sử dụng hai nút chuyển tiếp trung gian để
Từ khóa— Giao thức hợp tác xuyên lớp; Giao thức MAC hỗ trợ truyền dẫn dữ liệu thành công từ nguồn đến đích.
hợp tác; Phân tập hợp tác; Mạng vô tuyến phân tán.
Nhìn chung, các giao thức xuyên lớp ở trên đều có khả
năng hỗ trợ tốt về mặt thông lượng cũng như độ tin cậy
I. GIỚI THIỆU của hệ thống so với giao thức truyền thống IEEE 802.11
DCF (DCF: Distributed Coordination Function). Điểm
Ngày nay, truyền thông vô tuyến đang là lĩnh vực giống nhau của các giao thức này là đều sử dụng một
được quan tâm bởi đông đảo giới chuyên môn do các nút trung gian có khả năng tốt nhất để hỗ trợ chuyển
lợi ích mà nó mạng lại đối với nhiều lĩnh vực cuộc sống tiếp hợp tác dữ liệu từ nút nguồn tới nút đích và thiết kế
của con người. Do nhu cầu sử dụng ngày càng cao về phân tập hợp tác dưới sự trợ giúp của nút nguồn. Tuy
chất lượng dịch vụ như tốc độ truyền dữ liệu, độ tin cậy nhiên, trong các điều kiện kênh thực tế, khoảng cách
cũng như khả năng đáp ứng các dịch vụ truyền dữ liệu từ nút nguồn tới nút đích thường khá xa và chất lượng
lớn, thời gian thực hay đa phương tiện, bài toán được kênh rất kém so với các kênh từ nút nguồn đến nút trung
đặt ra cho các nhà nghiên cứu là cần phải quan tâm gian và từ nút trung gian đến nút đích. Để sử dụng sơ
đến các kỹ thuật cải tiến để nâng cao khả năng truyền đồ mã khối không gian thời gian phân tán hiệu quả thì
dẫn dữ liệu một cách hiệu quả. Để giải quyết vấn đề các đường phân tập liên kết với nút đích cần có phẩm
này, truyền thông hợp tác được đánh giá là một trong chất tương đương. Vì vậy, việc sử dụng hai nút trung
những kỹ thuật có nhiều triển vọng. Trong khi các kỹ gian tốt nhất trong mạng để chuyển tiếp hợp tác là cần
thuật phân tập hợp tác mang lại khả năng làm giảm các thiết khi sử dụng kỹ thuật mã khối không gian thời gian
ảnh hưởng của kênh như pha-đinh hay suy hao truyền phân tán, ví dụ như mã Alamouti phân tán.
dẫn thì kỹ thuật hợp tác chuyển tiếp có thể nâng cao
độ sử dụng tuyến dẫn tới thông lượng hệ thống được Trong bài báo này, chúng tôi đề xuất thuật toán lựa
cải thiện. Các đề xuất trong [1],[2] đã chứng minh được chọn hai nút trung gian tốt nhất để tham gia vào quá
lợi ích của việc sử dụng kỹ thuật phân tập hợp tác và trình chuyển tiếp hợp tác dựa trên sơ đồ mã khối không
mã không gian-thời gian phân tán có thể đáp ứng bậc 1 MAC-PHY biểu thị xuyên lớp giữa phân lớp điều khiển truy nhập
phân tập đầy đủ. Để đồng thời có được cả độ tin cậy môi trường MAC (Medium Access Control) và lớp vật lý (Physical
truyền dẫn và thông lượng hệ thống, các giao thức được layer
ISBN: 978-604-67-0349-5 298
- Hội thảo quốc gia 2014 về Điện tử, Truyền thông và Công nghệ thông tin (ECIT2014)
gian thời gian phân tán kiểu Alamouti. Giao thức đề
xuất có ưu điểm: (1) Sử dụng phương thức lựa chọn nút Nút trung
chuyển tiếp phân tán để có được khả năng linh hoạt với gian
các điều kiện kênh thay đổi tức thời; (2) Thay vì việc H3 H4
phải sử dụng một khung điều khiển có kích thước đáng H1 Nút trung
kể để chỉ thị từ nút chuyển tiếp tối ưu như một số giao gian
thức trước đó, giao thức đề xuất sử dụng tín hiệu xung
Direct path
đáp ứng có độ dài ngắn (cỡ hai khe thời gian hẹp trong S D
tiêu chuẩn IEEE 802.11 DCF) để mang lại độ tin cậy
truyền dẫn cũng như giảm được mào đầu giao thức đáng
kể; (3) Giao thức đề xuất khai thác tối đa khả năng của Nút trung
H2
gian
mạng để chuyển đổi giữa hai chế độ truyền dẫn hợp tác Hn
sử dụng hai nút chuyển tiếp (khi môi trường có mật độ H5
Nút trung
lớn các nút trung gian) và chế độ truyền dẫn hợp tác gian
chỉ sử dụng một nút chuyển tiếp khi môi trường mạng
chỉ tồn tại một nút trung gian tốt nhất. Để đánh giá
phẩm chất của giao thức đề xuất, chúng tôi thực hiện
Hình 1. Mô hình mạng vô tuyến hợp tác
mô phỏng và so sánh với giao thức truyền thống IEEE
802.11 DCF dựa trên tham số về thông lượng hệ thống
và độ trễ gói tin trung bình.
là tốc độ truyền dẫn tải tin từ nguồn đến đích. Trong
Phần còn lại của bài báo được trình bày như sau. Mục
đó, Rc1 , Rc2 tương ứng là tốc độ truyền dữ liệu từ nguồn
II trình bày mô hình của hệ thống nghiên cứu và các
tới nút chuyển tiếp tối ưu, và từ nút chuyển tiếp tối ưu
thuật toán điều khiển truy nhập môi trường liên quan.
đến nút đích. M tốc độ hợp tác khả dĩ được phân thành
Chúng tôi mô tả đề xuất giao thức hợp tác và phân tích
G nhóm ưu tiên, mỗi nhóm ưu tiên sẽ tồn tại ng ≥ 1
phẩm chất hệ thống ở Mục III. Mục IV trình bày kết
quả mô phỏng đánh giá chất lượng. Cuối cùng, mục V thànhP viên (có khả năng hỗ trợ truyền dẫn tốc độ hợp
G
là các kết luận được rút ra ở Mục IV. tác), g=1 ng = M .Thuật toán phân nhóm các tốc độ
hợp tác được thực hiện giống như trong [3]. Để lựa
chọn nút chuyển tiếp tốt nhất (được gọi là Helper tối
II. MÔ HÌNH HỆ THỐNG VÀ THUẬT TOÁN ưu), chúng tôi thiết kế giao thức hoạt động như sau:
Mỗi một nút trung gian bất kỳ trong mạng nghe dò
Chúng tôi xem xét một mô hình mạng vô tuyến hợp
thông tin trạng thái kênh trong quá trình trao đổi các
tác phân tán (Hình 1) gồm nút nguồn và nút đích được
khung điều khiển giữa nút nguồn và nút đích diễn ra.
đặt cách nhau khoảng cách d, các nút trung gian (láng
Dựa trên các thông tin trạng thái kênh, nút trung gian
giềng) giữa nguồn và đích được phân bố ngẫu nhiên
ước lượng các tham số và tính toán để xác định vị trí
trong một diện tích hình tròn có đường kính từ nút nguồn
tốc độ hợp tác Rh của nó trong vùng hợp tác (được định
đến nút đích. Giả định rằng kênh truyền giữa hai nút bất
nghĩa là một tập gồm 3 tham số R ∈ {R1 , Rc1 , Rc2 }
kỳ trong mạng là kênh pha-đinh Rayleigh và có tổn hao
thỏa mãn tốc độ truyền dẫn hợp tác phải luôn lớn hơn
đường truyền theo mô hình che khuất có phân bố log-
tốc độ truyền dẫn theo đường trực tiếp R1 . Khi đó, nút
normal (log-normal shadowing). Hai nút bất kỳ trong
trung gian thuộc vùng hợp tác gửi đi một tín hiệu chỉ
mạng có thể liên kết với nhau ở tốc độ cơ bản là 2 Mbps.
thị trợ giúp HI (Helper Indication) tới nút nguồn để chỉ
Tốc độ cơ bản được sử dụng để truyền các khung điều
báo tồn tại ứng viên chuyển tiếp (Helper). Nút Helper
khiển, trong khi các khung dữ liệu được truyền sử dụng
có chỉ số nhóm ưu tiên thứ g gửi đi một tín hiệu chỉ thị
chế độ truyền dẫn đa tốc dựa trên điều chế và mã hóa
nhóm GI (Group Indication) sau một khoảng thời gian
thích ứng ở lớp vật lý. Trong thiết kế giao thức, tốc độ
chờ là Tfb1 (g) = (g − 1)tfb , trong đó tfb là thời gian khe
truyền dẫn được lựa chọn trên cơ sở giá trị tỷ số công
lùi (backoff slot-time) nếu như nó không phát hiện được
suất tín hiệu trên công suất tạp âm (SNR) trung bình
tín hiệu GI nào trước đó của nhóm có mức ưu tiên cao
của kênh.
hơn. Một nút trung gian có chỉ số nhóm ưu tiên thứ g và
chỉ số thành viên m sẽ gửi đi một tín hiệu chỉ thị thành
A. Thuật toán lựa chọn nút chuyển tiếp tối ưu viên MI (Member Indication) sau khoảng thời gian chờ
Tfb2 (g, m) = (m − 1)tfb , 1 ≤ m ≤ ng nếu nó không
Định nghĩa tốc độ truyền dẫn hợp tác tương đương: phát hiện được tín hiệu MI nào trước đó. Các Helper
W Rc1 Rc2 thành viên thuộc nhóm ưu tiên cao nhất khi đó được
Rh = W W
= (1) lựa chọn để tiếp tục tham gia vào quá trình tranh chấp
+ Rc1 + Rc2
Rc1 Rc2 trong K khe thời gian hẹp. Chúng tôi thiết kế để các
ISBN: 978-604-67-0349-5 299
- Hội thảo quốc gia 2014 về Điện tử, Truyền thông và Công nghệ thông tin (ECIT2014)
Helper tối ưu (có cùng khả năng hỗ trợ tốc độ hợp tác nguồn nhận đúng cả hai tín hiệu HR1 ,
cao nhất) này lựa chọn ngẫu nhiên vị trí khe thời gian và HR2 .
hẹp thứ k để gửi đi tín hiệu chỉ thị chấp nhận chuyển c) Nếu HI không được thăm dò bởi nút
tiếp thông qua tín hiệu xung đáp ứng. Cụ thể, Helper nguồn, chế độ truyền dẫn trực tiếp sẽ
tối ưu nào có chỉ số k nhỏ nhất sẽ gửi đi tín hiệu HR1 , được kích hoạt.
các Helper tối ưu khác phải chờ hết khoảng thời gian 5) Phản hồi của nút đích: Nếu nút đích giải mã
HR1 mới được gửi đi tín hiệu HR2 dựa trên vị trí khe chính xác dữ liệu được gửi đến từ nguồn, nó gửi
thời gian k (bé thứ 2). Khi xuất hiện tín hiệu HR2 , các phản hồi lại bằng một khung ACK, nếu không
Helper tối ưu còn lại được thiết kế để từ bỏ quá trình giải mã đúng, quá trình truyền dẫn được khởi
tranh chấp. Như vậy, chỉ có hai Helper tối ưu có cùng tạo lại từ đầu.
tốc độ hợp tác cao nhất được lựa chọn theo phương thức
phân tán. B. Phân tích thời gian truyền dẫn mào đầu và tải tin
1) Trường hợp 1 – Không hợp tác: Sau khi nút
III. GIAO THỨC HỢP TÁC ĐỀ XUẤT
nguồn nhận được khung CTS từ nút đích, nó
A. Mô tả giao thức gửi khung dữ liệu qua đường truyền trực tiếp
mà không thực hiện hợp tác. Khi đó, thời gian
1) Khởi tạo tại nút nguồn: Sau khoảng thời gian truyền dẫn mào đầu và tải tin tương ứng là
back-off, nút nguồn khởi tạo liên kết với nút T1,P = R W
và T1,O = TRTS + TCTS + TD,O +
đích thông qua thủ tục RTS/CTS. Khi đó nút 1
TACK + 4TSIFS + 4σ, trong đó W là độ dài tải
nguồn gửi quảng bá khung RTS đến các cả nút
tin; TRTS , TCTS , TACK , TSIFS và TD,O tương
nguồn và các nút trợ giúp tối ưu (H1) và (H2)
ứng là khoảng thời gian của các khung RTS,
ở tốc độ cơ bản.
CTS, ACK, khoảng thời gian liên khung (SIFS)
2) Đáp ứng của nút đích: Khi nút đích nhận được
và mào đầu khung dữ liệu; σ thời gian lan
khung RTS, nó gửi quảng bá khung đáp ứng
truyền.
CTS. Khung CTS này giúp nút nguồn có thể
2) Trường hợp 2 – Không tồn tại Helper: Nếu
tính toán được tốc độ truyền dẫn trực tiếp R1
nút nguồn không thăm dò được tín hiệu HI,
bằng cách ước lượng giá trị tỷ số công suất tín
chế độ truyền dẫn trực tiếp sẽ được kích hoạt.
hiệu trên công suất tạp âm (SNR) trung bình
Thời gian truyền dẫn tải tin và mào đầu trong
của kênh trực tiếp từ nguồn đến đích.
trường hợp này tương ứng là T2,P = T1,P là
3) Xử lý tại nút Helper: Trong quá trình diễn ra
T2,O = T1,O + THI , trong đó, THI là chu kỳ
sự trao đổi RTS/CTS, các nút trung gian thăm
thời gian của tín hiệu HI.
dò các thông tin trạng thái kênh để tính toán
3) Trường hợp 3 – Chế độ truyền dẫn hợp tác với
và xác định tốc độ hợp tác mà nó có khả năng
một nút chuyển tiếp: Nếu chỉ tồn tại một nút
hỗ trợ (thuộc nhóm ưu tiên thứ g, thành viên
Helper tối ưu, có chỉ số nhóm g, chỉ số thành
thứ m) để quyết định gửi đi các tín hiệu chỉ thị
viên m, nút Helper tối ưu này gửi đi tín hiệu
tồn tại Helper (HI), tín hiệu tranh chấp nhóm
HR1 tại khe thời gian thứ k được lựa chọn ngẫu
(GI), và tín hiệu tranh chấp thành viên (MI).
nhiên trong K khe thời gian hẹp mà không
Dựa trên chỉ số khe thời gian được lựa chọn
xảy ra xung đột tranh chấp. Khi đó thời gian
ngẫu nhiên, các Helper sẽ tính toán và quyết
truyền dẫn tải tin và mào đầu tương ứng là:
định gửi đi tín hiệu đáp ứng HR1 hay là HR2
T3,P = RWC1 + RWC2 = RWh and T3,O (g, m, k) =
ở các vị trí thời gian xác định.
4) Xử lý tại nút nguồn: Khi nút nguồn và nút đích T2,O + Tfb1 (g) + TGI + Tfb2 (g, m) + TMI + K ·
nhận được tín hiệu HI, nó tiếp tục chờ để nhận tfb + THR1 + TD,O + 2TSIFS + 2σ. Trong đó,
các tín hiệu GI, HI, HR1 và HR2 . Ngay sau THR1 là thời gian truyền tín hiệu HR1 . K là
khi nút nguồn nhận được tín hiệu HR2 , nó gửi số khe thời gian dành cho quá trình tranh chấp
quảng bá dữ liệu đồng thời đến Helper 1 và ngẫu nhiên.
Helper 2 trong khe thời gian thứ nhất (pha 1). 4) Trường hợp 4 – Chế độ truyền dẫn hợp tác
Có 3 trường hợp có thể xảy ra: với hai nút chuyển tiếp: Nếu số Helper tối ưu
lớn hơn 1, và nút nguồn thăm dò chính xác
a) Chế độ truyền dẫn hợp tác với một nút được hai tín hiệu HR1 và HR2 , chế độ truyền
chuyển tiếp được kích hoạt nếu nút dẫn hợp tác với hai nút chuyển tiếp được kích
nguồn chỉ nhận đúng tín hiệu HR1 , hoạt. Khi đó thời gian truyền dẫn tải tin và
trong khi HR2 không được nhận chính mào đầu tương ứng là: T4,P = min(RW +
1 2
xác (do xung đột hoặc lỗi truyền dẫn). C1 ,RC1 )
W
b) Chế độ truyền dẫn hợp tác với hai nút min(RC21 ,R2 ) and T4,O (g, m, k) = T2,O +
C2
chuyển tiếp được kích hoạt nếu nút Tfb1 (g) + TGI + Tfb2 (g, m) + TMI + k1 .tfb +
ISBN: 978-604-67-0349-5 300
- Hội thảo quốc gia 2014 về Điện tử, Truyền thông và Công nghệ thông tin (ECIT2014)
Random
Backoff
SIFS
SIFS
SIFS
SIFS
NAV RTS DATA
Nguồn Time
SIFS
SIFS
CTS ACK
Đích K khe
Time
thời gian
HI GI MI
H
SIFS
NAV
.. .. .. R DATA
Chuyển (RTS) 1
tiếp 1
Time
Chờ
HI GI MI HR1
H
NAV
.. .. .. R DATA
Chuyển (RTS) 2
tiếp 2 Tranh chấp Tranh chấp Time
các nhóm thành viên
HI
NAV NAV NAV
Các nút ứng viên (RTS) max(MI+HR2) (HR2)
chuyển tiếp khác
Time
NAV NAV NAV NAV
Nút không (RTS) (HI) max(GI+MI+HR2) (HR2)
có khả năng Time
chuyển tiếp
Hình 2. Chế độ truyền dẫn hợp tác sử dụng hai nút chuyển tiếp
Random
Backoff
SIFS
SIFS
SIFS
SIFS
NAV RTS DATA DATA
Nguồn Time
SIFS
SIFS
CTS ACK
K khe
Đích thời Time
gian
HI GI MI
H
SIFS
NAV
.. .. .. R DATA
Chuyển (RTS) 1
tiếp 1 Tranh chấp Time
Tranh chấp
các nhóm thành viên
HI
NAV NAV NAV
Các nút ứng viên (RTS) max(MI+HR1) (HR1)
chuyển tiếp khác Time
NAV NAV NAV NAV
Nút không (RTS) (HI) max(GI+MI+HR1) (HR1)
có khả năng Time
chuyển tiếp
Hình 3. Chế độ truyền dẫn hợp tác sử dụng một nút chuyển tiếp
THR1 + k2 .tfb + THR2 + TD,O + 2TSIFS + 3σ. thành công), nút nguồn không giải mã chính
Trong đó, THR1 , THR1 tương ứng là thời gian xác được tín hiệu HR1 , giao thức chuyển sang
1 2
truyền tín hiệu HR1 và HR2 ; RC1 , RC1 tương chế độ truyền dẫn trực tiếp. Khi đó thời gian
ứng là tốc độ truyền dữ liệu từ nút nguồn đến truyền dẫn tải tin và mào đầu tương ứng là:
1 2
Helper1 và Helper2; RC2 , RC2 tương ứng là T5,P = T1,P và T5,O (g, m, k) = T2,O +
tốc độ truyền dữ liệu từ Helper1 và Helper2 Tfb1 (g) + TGI + Tfb2 (g, m) + TMI + k1 · tfb +
đến nút đích. THR1 + TSIFS + σ.
5) Trường hợp 5 – Truyền dẫn hợp tác không
thành công: Khi xảy ra xung đột truyền dẫn
tín hiệu HR1 (Helper tối ưu tranh chấp không
ISBN: 978-604-67-0349-5 301
- Hội thảo quốc gia 2014 về Điện tử, Truyền thông và Công nghệ thông tin (ECIT2014)
Random
Backoff
SIFS
SIFS
NAV RTS Datasd
Source THI Time
SIFS
SIFS
CTS ACK
Destination
Time
Hình 4. Chế độ truyền dẫn trực tiếp
6
x 10
C. Tính toán thông lượng 11
Giao thuc de xuat
Thông lượng hợp tác cần đảm bảo lớn hơn thông 10 IEEE 802.11 DCF
lượng truyền dẫn trực tiếp, và phải là giá trị lớn nhất
9
có thể trong mỗi điều kiện mạng nhất định. Biểu thức
Thong luong tuyen (bps)
thông lượng tổng quát hóa như sau: 8
max J(n) (2) 7
ρW 6
đ.k. J(n) >
T1,P + T1,O
5
trong đó
4
W Ps
J(n) = (3) 3
E[TP ] + E[TO ] + E[TE ]
2
là tốc độ truyền dẫn tải tin hiệu dụng, Ps là xác suất 80 100 120 140 160
Khoang cach mang (m)
180 200
truyền dẫn khung (frame) thành công, E[TP ], E[TO ]
tương ứng là thời gian truyền dẫn tải tin trung bình và
Hình 5. Phẩm chất theo thông lượng
thời gian truyền dẫn mào đầu trung bình; E[TE ] là thời
gian trễ trung bình do lỗi truyền dẫn. ρ ≥ 1 là hệ số cân
bằng giữa hai chế độ hợp tác và không hợp tác. ρ nhỏ
hơn cho phép cơ hội hợp tác lớn hơn. Với TP và TO ngẫu nhiên trong một diện tích hình tròn, đường kính
tương ứng là chu kỳ thời gian truyền dẫn thành công tải từ nguồn đến đích. Các kênh giữa hai nút bất kỳ trong
tin và mào đầu giao thức, có thể xác định E[TP ] = Ps TP mạng được mô hình hóa bởi pha-đinh Rayleigh, với tổn
và E[TO ] = Ps TO . E[TE ] phụ thuộc vào các sự kiện hao log-normal shadowing, hệ số mũ tổn hao được lựa
xảy ra lỗi các khung khác nhau (bao gồm cả khung điều chọn là 3.8, kích thước tải tin W = 2000 bytes, số khe
khiển và khung dữ liệu). Gọi Ti , Pi , (i = 1, 2, 3, 4) là thời gian dành cho tranh chấp ngẫu nhiên là K = 20.
các chu kỳ thời gian truyền dẫn lại và xác suất xảy ra Ở đây chúng tôi áp dụng sơ đồ mã hóa Alamouti phân
các sự kiện lỗi các khung RT S, CT S, DAT tán cho trường hợp hợp tác với một nút chuyển tiếp như
P4A, ACK
tương ứng, khi đó ta tính được E[TE ] = i=1 Pi Ti .
trong [2], với hai nút chuyển tiếp như trong [7]. Các
Trong đó, Pi phụ thuộc vào xác suất lỗi bit trên mỗi tham số khác được lấy theo tiêu chuẩn IEEE 802.11a.
kênh liên kết. Phụ thuộc vào số Helper tối ưu (n) xuất Các kết quả mô phỏng được chỉ ra như Hình 5 và Hình
hiện trong mạng cũng như khả năng có xung đột tranh 6 dưới đây.
chấp giữa các Helper này mà biểu thức J(n) được áp
dụng gắn với một trong các trường hợp của mục III.B. Quan sát hình 5, chúng ta thấy giao thức đề xuất
Để tối đa hóa tốc độ truyền dẫn tải tin hiệu dụng cũng cho thông lượng hệ thống được cải thiện đáng kể so với
như thông lượng mạng, chúng ta cần xem xét đến việc giao thức truyền thống. Khi khoảng cách mạng tăng, tập
thiết lập các tham số K, M, G và n theo các điều kiện tốc độ hợp tác giảm dần do đó đường biểu diễn thông
kênh nhất định. lượng của giao thức đề xuất có xu hướng gần với đường
biểu diễn thông lượng của giao thức IEEE 802.11 DCF
(không sử dụng hợp tác). Hình 6 thể hiện rõ phẩm chất
IV. KẾT QUẢ MÔ PHỎNG VÀ ĐÁNH GIÁ
của giao thức đề xuất về độ trễ gói tin trung bình. Có thể
Để đánh giá phẩm chất của giao thức đề xuất, chúng lý giải là do tốc độ truyền dẫn hợp tác lớn hơn nhiều so
tôi thực hiện mô phỏng máy tính sử dụng Matlab. Mô với tốc độ truyền dẫn trực tiếp, dẫn đến thời gian truyền
hình mạng gồm hai nút nguồn và đích được đặt cách dẫn tải tin yêu cầu nhỏ hơn. Vì vậy, đường biểu diễn
nhau một khoảng d, các nút trung gian được phân bố độ trễ gói tin trung bình của giao thức đề xuất thấp hơn
ISBN: 978-604-67-0349-5 302
- Hội thảo quốc gia 2014 về Điện tử, Truyền thông và Công nghệ thông tin (ECIT2014)
−3
x 10 [5] S. Moh, C. Yu, “A Cooperative Diversity-Based Robust MAC
3.5
Giao thuc de xuat Protocol in Wireless Ad Hoc Networks, ” in IEEE Transactions
IEEE 802.11 DCF on Parallel and Distributed Systems, Vol. 22(3), pp. 353-363,
3 March 2011.
[6] M. Khalid, Y. Wang, I. Butun, H. Kim, I. Ra, R. Sankar,
Do tre goi tin trung binh (s)
2.5
“Coherence time-based cooperative MAC protocol for wireless
ad hoc networks,” EURASIP J. on Wireless Commun. and Net,
2011.
2 [7] A. Bansal, M. R. Bhatnagar, A Hjørungnes, “Decoding and Per-
formance Bound of Demodulate-and-Forward Based Distributed
Alamouti STBC, ” IEEE Vehicular Technology Conference
1.5
(VTC), Quebec City, Canada, Sep. 2012.
1
0.5
80 100 120 140 160 180 200
Khoang cach mang (m)
Hình 6. Phẩm chất theo độ trễ trung bình gói tin
nhiều so với đường biểu diễn độ trễ gói tin của giao thức
truyền thống IEEE 802.11 DCF. Như vậy, giao thức đề
xuất đáp ứng được yêu cầu về phẩm chất, đặc biệt thể
hiện rõ sự vượt trội so với giao thức truyền thống.
V. KẾT LUẬN
Trong bài viết này, chúng tôi đã tập trung vào vấn đề
khai thác các kỹ thuật truyền dẫn hợp tác và thủ tục lớp
MAC để cải thiện phẩm chất hệ thống vô tuyến phân
tán. Chúng tôi đã đề xuất được một mô hình giao thức
MAC hợp tác cho hệ thống vô tuyến phân tán sử dụng
hai nút chuyển tiếp. Các kết quả mô phỏng đã chứng
minh được giao thức của chúng tôi cho phẩm chất hệ
thống tốt hơn so với giao thức truyền thống IEEE 802.11
DCF về mặt thông lượng và độ trễ truyền dẫn gói tin
trung bình. Trong nghiên cứu tiếp theo, chúng tôi sẽ tích
hợp thêm các kỹ thuật mã hóa khác nhau để nhận được
đầy đủ các ưu điểm của truyền thông hợp tác.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] A. Bletsas, A. Khisti, P. D. Reed, A. Lippman,“A Simple Coop-
erative Diversity Method Based on Network Path Selection,” in
IEEE J. on Sel. Areas in Commun., vol. 24, no. 3, pp. 659–672,
March 2006.
[2] A. P. Anghel, G. Leus, M. Kaveh, “Distributed Space-Time
Cooperative Systems with Regenerative Relays,” IEEE Trans. on
Wireless Commun., Vol. 5, No. 11, pp. 3130–3141, November
2006.
[3] H. Shan, H. T. Cheng, W. Zhauang, “Cross-Layer Cooperative
MAC Protocol in Distributed Wireless Networks, ”IEEE Trans.
on Wireless Commun. IEEE Trans. On Wireless Commun. , vol.
10, no. 8, pp. 2603–2615, August 2011.
[4] F. Liu, T. Korakis, Z. Tao, S. Panwar, “A MAC-PHY Cross-
Layer Protocol for Wireless Ad-Hoc Networks, ” in WCNC,
2008.
ISBN: 978-604-67-0349-5 303
nguon tai.lieu . vn
