دانلود پایان نامه با موضوع OFDM، 802.16، استاندارد، پیغامهای

دانلود پایان نامه ارشد

کدينگ بهتري دست پيدا کند.
عملکرد مد مش در MAC استاندارد IEEE 802.16
مد مش استاندارد 802.16 تنها از MAC مبتنی بر تکنولوژی TDMA پشتیبانی میکند و برروی یک لایه فیزیکی TDM بنا شده است. در لایههای فیزیکی TDM، زمان به پنجرههای زمانی با طول ثابت تقسیم میشود. در خلال هر پنجره، بلوکی از بیتها ارسال میشود. استاندارد از OFDM برای پیادهسازی لایه فیزیکی TDM خود استفاده میکند.[a162]
OFDM، بلوکهایی از بیتها را به شکل سمبلهایی با طول زمانی ثابت در میآورد. این سمبلها به وسیله حاملهای متعامد حمل میشوند. پهنای باند سیگنال نهایی، رنج فرکانسی اشغال شده توسط حامل است. سمبلهای OFDM، فریمهای با طول ثابت را تشکیل میدهند.
تعداد بیتهای حمل شده به وسیله هر سمبل OFDM به مدولاسیون، کدینگ و پهنای باندی که OFDM در هنگام ارسال استفاده میکند، بستگی دارد. مدولاسیون و کدینگ تعیین میکنند که چه تعداد بیت به وسیله هر حامل حمل میشود. پهنای باند بهکار گرفته شده، طول زمانی سمبلها را مشخص میکند. در 802.16 دو نوع پهنای باند OFDM وجود دارد: 1) 20 مگاهرتز با سمبلهایی به طول 5/12 میکروثانیه 2) 10 مگاهرتز با سمبلهایی به طول 25 میکروثانیه. از آنجا که طول زمانی سمبل OFDM برای پهنای باند 10 مگاهرتز دو برابر سمبولها در پهناي باند ۲۰ مگا هرتز است، نرخ ارسال در پهناي باند ۱۰ مگا هرتز نصف نرخ ارسال در پهنای باند 20 مگاهرتز است. جدول (3-2) نرخ ارسال دیتا در استاندارد 802.16 را با توجه به مدولاسیون، کدینگ و پهنای باند نشان می‌دهد.
جدول 3-2-نرخ ارسال ديتا در استاندارد802.16 ([38])

همانطور که ملاحظه میشود، BPSK-1/2 که سادهترین مدولاسیون است با 96 بیت در هر سمبل OFDM، نرخ خام ارسال دیتایی در حدود 7.7Mbps را فراهم میآورد. در مقابل پیچیدهترین مدولاسیون، 64QAM-3/4، با 846 بیت در هر سمبل OFDM، نرخ خام ارسال دیتایی در حدود 70Mbps را فراهم می‌آورد.
ساختار فریم در مد مش استاندارد IEEE 802.16
در مد مش استاندارد 802.16 ، [a163]سمبلهای OFDM به صورت گروه درآمده و در فریمهایی با طول یکسان قرار داده میشوند. از کرانههای فریم برای سنکرونسازی گره‌‌‌های مش استفاده میشود. همچنین مدیریت سمبلهای OFDM، با دستهبندی آنها در فرصتهای ارسال117 (پنجرههای زمانی) ساده میشود. فریمها در طول زمان تکرار می‌شوند. همچنین در یک شبکه مش، برخلاف مد PMP، از آنجا که تمام گره‌‌‌ها در یک سطح هستند، تمایزی مابین زیرفریمهای فراسو و فروسو وجود ندارد و زیر فریمهای جداگانهای برای آنها در نظر گرفته نمیشود. شکل(3-12) ساختار عمومی فریم مش تعریف شده در استاندارد 802.16 را نشان میدهد. طول فریم توسط پارامتر شبکه[a164] FRAME_LENGHT مشخص میشود.

شکل ‏312- ساختار عمومي فريم در مد مش IEEE 802.16
یک فریم مش از دو زیر فریم کنترلی و زیر فریم دیتا تشکیل شده است. زیرفریم کنترلی برای ارسال بستههای کنترلی (پیغام سیگنالیگ) و زیرفریم دیتا برای ارسال بستههای دیتا، بکار برده میشود. طول زیرفریمها ثابت است. تمام ارسالها در زیر فریم کنترلی با QPSK ½ صورت میگیرد.
یک شبکه مش مبتنی بر استاندارد 802.16 میتواند حداکثر از 16 کانال (که با یکدیگر تداخل ندارند) برای ارسال دیتا استفاده کند تا به این وسیله ظرفیت ارسال برای گره‌‌‌های همسایه که نمیتوانند از استفاده مجدد از فضای فرکانسی بهره ببرند، افزایش یابد. این در حالی است که ارسال پیغامهای کنترلی توسط تمام گره‌‌‌های شبکه تنها در یک کانال انجام میشود.
زیرفریم کنترلی خود به دو دسته تقسیمبندی میشود: زیرفریم کنترل شبکه و زیر فریم کنترل زمانبندی، این مطلب نیز در شکل(3-12) نشان داده شده است. به وسیله زیرفریم کنترل شبکه، گره‌‌‌ها بستههای پیکربندی شبکه (اطلاعات همبندی، پیغامهای مدیریتی، قیدهایی که باید در شبکه اعمال شود) را در سطح شبکه پخش میکنند. زیرفریم کنترل زمانبندی نیز برای ارسال پیغامهای زمانبندی بکار برده میشود. در ادامه به بررسی هریک از این زیر فریمها پرداخته می‌شود.
زیرفریم کنترلی
برای زیرفریم کنترلی دو عملکرد اصلی تعریف شده است: پیکربندی (کنترل) شبکه و کنترل زمانبندی. زیرفریم کنترلی یک فریم از نوع زیرفریم کنترل شبکه یا زیرفریم کنترل زمانبندی است. پیکربندی شبکه توسط زیرفریم کنترل شبکه انجام میشود. این زیرفریم وظیفه پخش اطلاعات پیکربندی در سطح شبکه، به منظور ایجاد و نگهداری یکپارچگی مابین سیستمهای مختلف و مدیریت ورود گره‌‌‌[a165] جدید به شبکه را برعهده دارد. کنترل زمانبندی نیز توسط زیرفریم کنترل شبکه صورت میگیرد. این زیرفریم وظیفه کنترل زمانبندی هماهنگ118 برای ارسال دیتا مابین گره‌‌‌ها را برعهده دارد.
باتوجه به وظایف زیرفریم کنترل شبکه، این زیرفریم از دو بخش ورود به شبکه119 و پیکربندی شبکه120 تشکیل شده است. این دو بخش به ترتیب شامل پیغامهای [a166]121 MSH-NENT و 122 MSH-NCFG هستند. MSH-NENT یک پیغام پایه مدیریتی MAC است که وسیلهای را برای سنکرونسازی و انجام تنظیمات اولیه گره‌‌‌ تازه وارد به یک شبکه مش را فراهم میآورد. MSH-NCFG نیز یک پیغام مدیریتی پخش فراگیر MAC است که وسیلهای را برای ایجاد ارتباط اولیه میان گره‌‌‌ها در شبکههای متفاوت مجاور هم فراهم میآورد. فیلد Network Descriptor که در این پیغام وجود

دارد، دربردارنده شناسه BS پارامترهای مختلف درکانال مورد استفاده (مدولاسیون، روشهای کدینگ، مقادیر آستانه و …) است. پیغامهای MSH-NCFG به طور متناوب در شبکه ارسال میشوند.
زیرفریم کنترل زمانبندی برای ارسال پیغامهای کنترلی[a167] که وظیفه زمانبندی پنجرههای زمانی زیرفریم دیتا را برعهده دارند، بکار برده میشود. براین اساس زیرفریم کنترل زمانبندی از دو بخش زمانبندی متمرکز123 و زمانبندی توزیع شده124 تشکیل شده است. بخش اول دربردارنده پیغامهای MSH-CSCF125 و MSH-CSCH126 و 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
سمبل های OFDM
10M Hz BW
مدت زمان فریم
(میلی ثانیه)
200
100
2.5
320
160
4
400
200
5
640
320
8
800
400
10
1000
500
12.5
1600
800
20

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

پایان نامه
Previous Entries دانلود پایان نامه با موضوع قابلیت اطمینان Next Entries دانلود پایان نامه با موضوع زمانبندي، BS، ترافيک، پهناي