Виды сетей
<<  Беспроводные технологии Wi-Fi  >>
Беспроводной канал в сенсорных сетях
Беспроводной канал в сенсорных сетях
План
План
Введение в беспроводные каналы связи в сенсорных сетях
Введение в беспроводные каналы связи в сенсорных сетях
Основы распространения радиоволн
Основы распространения радиоволн
Отражение
Отражение
Крупномасштабные и мелкомасштабные эффекты
Крупномасштабные и мелкомасштабные эффекты
Мощность сигнала
Мощность сигнала
Небольшой масштаб
Небольшой масштаб
Основы
Основы
Окружающая среда
Окружающая среда
Почему сложно изучать и моделировать
Почему сложно изучать и моделировать
Различные эффекты в беспроводных каналах связи
Различные эффекты в беспроводных каналах связи
Пространственные эффекты
Пространственные эффекты
Непрерывное изменение
Непрерывное изменение
Неизотропность
Неизотропность
Процент принятых пакетов от переданых
Процент принятых пакетов от переданых
Множество соседних узлов может попасть в «переходную область»
Множество соседних узлов может попасть в «переходную область»
Transition region
Transition region
Link Asymmetry
Link Asymmetry
Kotz et al
Kotz et al
Преобладающее количество ассиметричных каналов
Преобладающее количество ассиметричных каналов
Ассиметричные каналы инвертировались
Ассиметричные каналы инвертировались
Temporal variability
Temporal variability
Эффекты
Эффекты
Node 2, Temperature
Node 2, Temperature
Эффекты в беспроводных каналах связи
Эффекты в беспроводных каналах связи
Concurrent Packet Transmissions
Concurrent Packet Transmissions
Capture Effect
Capture Effect
Принимаются пакеты от 2-го передатчика
Принимаются пакеты от 2-го передатчика
Capture Effect
Capture Effect
Зависит от устройства приемника Может быть использован для
Зависит от устройства приемника Может быть использован для
Влияние эффектов беспроводного канала связи на протоколы
Влияние эффектов беспроводного канала связи на протоколы
Влияние на протоколы верхних уровней Asymmetric Links
Влияние на протоколы верхних уровней Asymmetric Links
Избежание асимметричных каналов
Избежание асимметричных каналов
Размер пакета
Размер пакета
Неизотропность радио покрытия
Неизотропность радио покрытия
Влияние на MAC уровень
Влияние на MAC уровень
Влияние на сетевой уровень
Влияние на сетевой уровень
Влияние DOI фактора
Влияние DOI фактора
Влияние VSP фактора
Влияние VSP фактора
Моделирование беспроводных каналов связи
Моделирование беспроводных каналов связи
Моделирование
Моделирование
Степень не изотропности
Степень не изотропности
Моделирование
Моделирование
Channel Models
Channel Models
Channel & Radio Models
Channel & Radio Models
Transition region
Transition region
SNR
SNR
Наблюдения
Наблюдения
Моделирование Transition region
Моделирование Transition region
Моделирование Transition region
Моделирование Transition region
Моделирование Transition region
Моделирование Transition region
Моделирование Transition region
Моделирование Transition region
Моделирование Transition region
Моделирование Transition region
Моделирование Transition region
Моделирование Transition region
Capture Effect
Capture Effect
Эффекты в беспроводных каналах связи
Эффекты в беспроводных каналах связи
Литература
Литература
The End
The End
Презентация «Беспроводные каналы связи». Размер 1939 КБ. Автор: .

Загрузка...

Беспроводные каналы связи

содержание презентации «Беспроводные каналы связи.ppt»
СлайдТекст
1 Беспроводной канал в сенсорных сетях

Беспроводной канал в сенсорных сетях

Беспроводной канал в сенсорных сетях. Сайт курса: http://www.sumkino.com/wsn/course. Садков Александр Аспирант РФ axel@wl.unn.ru http://www.wl.unn.ru.

2 План

План

План. Введение Эффекты в беспроводных каналах связи Пространственные характеристики Потери пакетов в канале Ассиметричные каналы Временные характеристики Эффект «захвата». Влияние на протоколы верхних уровней Моделирование. Заключение.

3 Введение в беспроводные каналы связи в сенсорных сетях

Введение в беспроводные каналы связи в сенсорных сетях

Введение в беспроводные каналы связи в сенсорных сетях.

4 Основы распространения радиоволн

Основы распространения радиоволн

Основы распространения радиоволн. Простая модель: Волновой фронт распространения радиоволн от изотропного источника в свободном пространстве. Pr = Pt A / (4?r2) Мощность сигнала обратнопропорциональна расстоянию. Характеристики антенны.

5 Отражение

Отражение

Основы распространения радиоволн. Отражение Радио волны отражаются от объектов >> ? (30 cm @1 GHz) Земная поверхность, стены, мебель, здания. Дифракция Радио трасса может перекрываться множеством объектов. Радиоволны могут огибать такие препятствия. Это объясняет каким образом существует радиосвязь в отстутствии прмой видимости. Рассеяние Когда среда имеет множество объектов < ? (30cm @1 GHz) Принцип похож на дифракцию, но рассеивается во множестве направлений. Шероховатые поверхности, небольшие объекты. Другие : Fading and multipath.

6 Крупномасштабные и мелкомасштабные эффекты

Крупномасштабные и мелкомасштабные эффекты

Основы распространения радиоволн. Крупномасштабные и мелкомасштабные эффекты. Потери распространения (Path Loss). Затенения (Shadowing) Замирания (Fading).

7 Мощность сигнала

Мощность сигнала

Основы распространения радиоволн Log-normal shadowing model. PL(d) = PL(d0 ) +10 n log (d / d0 ) + X? Мощность сигнала затухает с расстоянием с постоянной экспонентой, которая зависит от условий окружающей среды. Затенения Связаны с ослаблением сигнала вследствии пересечения затенящими объектами линии пересечения приемника и передатчика. Могут моделироваться как логарифмический член с гауссовским распределением.

8 Небольшой масштаб

Небольшой масштаб

Основы распространения радиоволн Log-normal shadowing model. Небольшой масштаб – порядка длины волны. Интерференция волн, отраженных от разных объектов. Сильное влияние в indoor environment. Моделируется с помощью различных распределений. Релеевские каналы. Райсовские каналы. В идеальном случае, когда нет мобильных объектов и вся обстановка статична, замирания не должны зависеть от времени.

9 Основы

Основы

Основы распространения радиоволн Log-normal shadowing model. K. Sohrabi, B. Manriquez, and G. Pottie, "Near Ground Wideband Channel Measurement", IEEE Vehicular Technology Conference, 1999.

10 Окружающая среда

Окружающая среда

Основы распространения радиоволн Low-power wireless links. Окружающая среда Как узлы ведут себя в реальной среде (лес, земля и т.д.) Масштабируемость. Какие радио характеристики проявляются в больших сетях (возможно с большой плотностью). Взаимодействие между уровнями. Как влияет на протоколы сетевого и MAC уровней. Моделирование. Как моделировать беспроводные каналы для повышения точности симуляторов.

11 Почему сложно изучать и моделировать

Почему сложно изучать и моделировать

Основы распространения радиоволн Почему сложно изучать и моделировать? Технологии «железа». Частота, тип антенны, уровень мощности, чувствительность, модуляция, кодирование. Различные приложения. MAC, размер пакета, схемы повторной передачи, распределение трафика. Условия окружающей среды. Indoor/Outdoor, окружающие материалы, погодные условия, условия размещения (LOS or NLOS).

12 Различные эффекты в беспроводных каналах связи

Различные эффекты в беспроводных каналах связи

Различные эффекты в беспроводных каналах связи.

13 Пространственные эффекты

Пространственные эффекты

Эффекты в беспроводных каналах связи Пространственные эффекты. CC1000 Radio Propagation. Zigbee Radio Propagation. *Zhou et. al. 04, Polastre et al, 04.

14 Непрерывное изменение

Непрерывное изменение

Эффекты в беспроводных каналах связи Пространственные эффекты. Непрерывное изменение. Потери сигнала меняются непрерывно с изменением рассматриваемого угла. Причины. Отражение, дифракция, рассеивание. Диаграмма направленности антенны. Особенности железа.

15 Неизотропность

Неизотропность

Эффекты в беспроводных каналах связи Пространственные эффекты. Неизотропность RSSI проявляется в сильной вариации PRR. Low transmit power. High transmit power. D. Ganesan, B. Krishnamachari, A. Woo, D. Culler, D. Estrin, and S. Wicker. Complex Behavior at Scale: An Experimental Study of Low-Power Wireless Sensor Networks.

16 Процент принятых пакетов от переданых

Процент принятых пакетов от переданых

Эффекты в беспроводных каналах связи Transition region. Reception rate vs Distance. Reception Rate: процент принятых пакетов от переданых. Нет четкой корелляции от расстояния. Сильно варьируется. Среднее значение соответствует традиционной модели распространения радиоволн d-n.

17 Множество соседних узлов может попасть в «переходную область»

Множество соседних узлов может попасть в «переходную область»

Эффекты в беспроводных каналах связи Transition region. Множество соседних узлов может попасть в «переходную область». A. Woo, T. Tong, and D. Culler. Taming the Underlying Challenges of Reliable Multihop Routing in Sensor Networks. Sensys'03.

18 Transition region

Transition region

Эффекты в беспроводных каналах связи Transition region.

19 Link Asymmetry

Link Asymmetry

Эффекты в беспроводных каналах связи Link Asymmetry. Узел A может передавать узлу B, а узел B не может передавать узлу A. Почему ассиметричные линки становяться проблемой? Узел A думает, что B его сосед и посылает ему пакет, но никогда не получает ACK. Существование ассиметрии требует идентификации узлов как «хороших» соседей. Откуда появляются ассиметричные каналы? Законы физики не позволяют этого. Все эффекты в каналах связи симметричны: потери распространения, затенения, многолучевое распространение.

20 Kotz et al

Kotz et al

Эффекты в беспроводных каналах связи Link Asymmetry. Kotz et al.

21 Преобладающее количество ассиметричных каналов

Преобладающее количество ассиметричных каналов

Эффекты в беспроводных каналах связи Link Asymmetry. Преобладающее количество ассиметричных каналов находятся в переходной зоне. Ganesan et al.

22 Ассиметричные каналы инвертировались

Ассиметричные каналы инвертировались

Эффекты в беспроводных каналах связи Link Asymmetry. При смене местами узлов, ассиметричные каналы инвертировались. Ассиметричность вызвана неточностями в калибровке «железа» и не связана с условиями окружающей среды.

23 Temporal variability

Temporal variability

Эффекты в беспроводных каналах связи Temporal variability. Cerpa et. al. 03.

24 Эффекты

Эффекты

Эффекты в беспроводных каналах связи Temporal variability. Node 2, RSSI. Node 1 , RSSI.

25 Node 2, Temperature

Node 2, Temperature

Эффекты в беспроводных каналах связи Temporal variability. Node 2, Temperature. Node 2, RSSI.

26 Эффекты в беспроводных каналах связи

Эффекты в беспроводных каналах связи

Эффекты в беспроводных каналах связи. Разные узлы имеют разные передаваемые мощности из-за: Разного уровня заряда батарей. Разной калибровки «железа». Один узел с различным уровнем заряда батарей. Разные узлы с одним уровнем заряда батарей. Zhou et al.

27 Concurrent Packet Transmissions

Concurrent Packet Transmissions

Эффекты в беспроводных каналах связи Concurrent Packet Transmissions. Dongjin Son, Bhaskar Krishnamachari,John Heidemann ,” Experimental Analysis of Concurrent Packet Transmissions in Low-PowerWireless Networks”.

28 Capture Effect

Capture Effect

Эффекты в беспроводных каналах связи Capture Effect. PRR. RSSI. Мощность передатчика SRC2 фиксирована на -4dBm.

29 Принимаются пакеты от 2-го передатчика

Принимаются пакеты от 2-го передатчика

Эффекты в беспроводных каналах связи Capture Effect. Принимаются пакеты от 2-го передатчика. Принимаются пакеты от 1-го передатчика. Все пакеты потеряны.

30 Capture Effect

Capture Effect

Эффекты в беспроводных каналах связи Capture Effect.

31 Зависит от устройства приемника Может быть использован для

Зависит от устройства приемника Может быть использован для

Эффекты в беспроводных каналах связи Capture Effect. Зависит от устройства приемника Может быть использован для обнаружения коллизий. *Exploiting The Capture Effect For Collision Detection And Recovery. Whitehouse, Woo, Jiang, Polastre, Culler.

32 Влияние эффектов беспроводного канала связи на протоколы

Влияние эффектов беспроводного канала связи на протоколы

Влияние эффектов беспроводного канала связи на протоколы верхних уровней.

33 Влияние на протоколы верхних уровней Asymmetric Links

Влияние на протоколы верхних уровней Asymmetric Links

Влияние на протоколы верхних уровней Asymmetric Links. Многие приложения используют флудиг и передачу по обратному пути (reverse path forwarding (RPF)). Flooding + RPF = Беда Flooding полагается на длинные линки, чтобы передавать информацию как можно быстрее. Длинные линки часто ассиметричны, так как лежат в переходной зоне. RPF не может передать информацию. Пример длинных линков + асимметрии оказывает негативное влияние на протоколы верхних уровней.

34 Избежание асимметричных каналов

Избежание асимметричных каналов

Влияние на протоколы верхних уровней Asymmetric Links. Подход 1: Избежание асимметричных каналов. Идея: Запретить асимметричные каналы и удалить их из таблиц соседей. Достоинства: Эффективно в плотных сетях, где существует много двунаправленных каналов. Недостатки: Система может потерять некоторые «хорошие» каналы. Подход 2: Использование асимметричных каналов. Идея: Асимметричные каналы часто длинные и могут достигать дальних узлов. Можно сократить число хопов. Достоинства: Использование таких каналов позволяет сократить число хопов, повысить пропускную способность, уменьшить задержки. Недостатки: Невозможно использование обратной связи.

35 Размер пакета

Размер пакета

Влияние на протоколы верхних уровней Размер пакета. PRR зависит не только от расстояния и окружающих условий, но и от используемой схемы коррекции ошибок. Небольшие пакеты менее подвержены ошибкам. Меньше бит в пакете -> меньше вероятность ошибки пакета. Влияние: Узлы использующие короткие пакеты, не могут точно определить PRR при использовании более длинных пакетов. Использование коротких пакетов, для увеличения дальности передачи. Например, контрольные пакеты короткие и имеют бльшую вероятность правильного приема.

36 Неизотропность радио покрытия

Неизотропность радио покрытия

Влияние на протоколы верхних уровней Неизотропность радио покрытия. Влияние на MAC уровень.

37 Влияние на MAC уровень

Влияние на MAC уровень

Влияние на протоколы верхних уровней Неизотропность радио покрытия. Влияние на MAC уровень. Влияние DOI фактора. Влияние VSP фактора.

38 Влияние на сетевой уровень

Влияние на сетевой уровень

Влияние на протоколы верхних уровней Неизотропность радио покрытия. Влияние на сетевой уровень. Влияние DOI фактора. Влияние VSP фактора.

39 Влияние DOI фактора

Влияние DOI фактора

Влияние на протоколы верхних уровней Неизотропность радио покрытия. Влияние на сетевой уровень. Влияние DOI фактора. Влияние VSP фактора.

40 Влияние VSP фактора

Влияние VSP фактора

Влияние на протоколы верхних уровней Неизотропность радио покрытия. Влияние на сетевой уровень. Влияние DOI фактора. Влияние VSP фактора.

41 Моделирование беспроводных каналов связи

Моделирование беспроводных каналов связи

Моделирование беспроводных каналов связи.

42 Моделирование

Моделирование

Моделирование. Основная метрика это Packet Reception Rate (PRR). Ganesan et. al. "Complex Behavior at Scale: An Experimental Study of Low-Power Wireless Sensor Networks,“ UCLA CS Technical Report UCLA/CSD-TR 02-0013, 2002.

43 Степень не изотропности

Степень не изотропности

Моделирование. Степень не изотропности (DOI). Определение: Максимальный процент вариации потерь распространения на единицу градуса направления распространения. Необходимо для учета неизотропности потерь распространения. Вариация передаваемой мощности (VSP). Максимальный процент вариации передаваемой мощности среди различных узлов. Необходимо для учета различия в калибровке. Gang Zhou, Tian He, Sunda Krishnamurthy, John A. Stankovic, “Impact of Radio Irregularity on Wireless Sensor Networks”..

44 Моделирование

Моделирование

Моделирование. Signal receiving power = signal sending power - path loss + fading. Signal receiving power = VSP adjusted signal sending power – DOI adjusted path loss + fading. VSP adjusted signal sending power = signal sending power * (1 ± RandomNum*VSP) Where RandomNum Є Normal Distribution. DOI adjusted path loss = path loss* KD. K0 = 1 K3 = K2* (1± RandomNum * DOI) K2 = K1 * (1± RandomNum* DOI) K1 = K0 * (1± RandomNum* DOI) Where RandomNum Weibull Distribution.

45 Channel Models

Channel Models

Моделирование Channel Models. Модель свободного пространства. Самая простая. Редко используется Модель однократного отражения от земли. Учитывает влияние поверхности земли. Логарифмическая модель с затенениями (Log-normal shadowing model) Эмпирическая модель. Наиболее распространенная. Модель на основе пароболического уравнения. Достаточно точная. Вычислительно сложная. Статистические модели.

46 Channel & Radio Models

Channel & Radio Models

Моделирование Channel & Radio Models. ? = Eb/N0.

47 Transition region

Transition region

Моделирование Transition region. Характеризуется: Асимметричные каналы Сильная нестабильность в пространстве/времени. Высокая чувствительность к «железу». Marco Zuniga and Bhaskar Krishnamachari, Analyzing the Transitional Region in Low Power Wireless Links.

48 SNR

SNR

Моделирование Transition region. SNR. PRR.

49 Наблюдения

Наблюдения

Моделирование Transition region. Наблюдения: ? заивисит в основном от ? и ? Выходная мощность не влияет на коэффициент ? Размер фрейма и тип кодирования не оказывают сильное влияние на Г. TR coefficient (?) = width transitional region / width of connected region.

50 Моделирование Transition region

Моделирование Transition region

Моделирование Transition region.

51 Моделирование Transition region

Моделирование Transition region

Моделирование Transition region.

52 Моделирование Transition region

Моделирование Transition region

Моделирование Transition region.

53 Моделирование Transition region

Моделирование Transition region

Моделирование Transition region.

54 Моделирование Transition region

Моделирование Transition region

Моделирование Transition region.

55 Моделирование Transition region

Моделирование Transition region

Моделирование Transition region.

56 Capture Effect

Capture Effect

Моделирование Capture Effect. Packet reception rate. Signal-to-interference-plus-noise-ratio. Joint received interference strength. (RSS - Received signal strength).

57 Эффекты в беспроводных каналах связи

Эффекты в беспроводных каналах связи

Заключение. Эффекты в беспроводных каналах связи Влияние на протоколы верхних уровней Моделирование.

58 Литература

Литература

Литература. Analyzing the Transitional Region in Low Power Wireless Links arco Zuniga and Bhaskar Krishnamachari Experimental Analysis of Concurrent Packet Transmissions Dongjin Son , Bhaskar Krishnamachari, John Heidemann Exploiting The Capture Effect For Collision Detection And Recovery Kamin Whitehouse. Alec Woo. Fred Jiang. Joseph Polastre. David Culler SCALE a tool for Simple Connectivity Assessment in Lossy Environments A. Cerpa, N. Busek, D. Estrin Understanding the Causes of Packet Delivery Success and Failure in Dense WSN Technical Report SING-06-00. Kannan Srinivasan and Philip Levis.

59 The End

The End

The End.

«Беспроводные каналы связи»
Загрузка...
Сайт

5informatika.net

115 тем
5informatika.net > Виды сетей > Беспроводные каналы связи.ppt