Shen légèrement, Li Min, Chen Lin

(Information Engineering College of Suqian, Jiangsu Suqian 223800)

Le système relais peut utiliser une technique de codage de réseau pour l'échange de données en moins intervalle de temps, d'améliorer de manière significative le système d'utilisation du spectre. En contrepartie de réseau de codage, comment allouer l'espace de mémoire tampon n'a pas été étudié pour être un noeud de relais. Dans le cas de considérer la transmission effective des frais généraux, perte de lien, le cache est limitée, pour fournir une stratégie de planification de la transmission. Ensuite, la théorie du système de modélisation et d'analyse mathématique de Markov, délai de mise en attente du système fermé de solution et le débit moyen calculé à son tour. Monte Carlo la précision démontrée du modèle, et a confirmé que la stratégie de planification est supérieure aux méthodes de transport existantes, ce modèle peut également être utilisé pour déterminer une taille de cache raisonnable, dans le cas de retard pour faire en sorte que, en augmentant la espace pour augmenter le débit du tampon.

CLC: TN911

Code de document: A

DOI: 10,16157 / j.issn.0258-7998.2017.02.024

format de citation chinois: Shen légèrement, Li Min, Chen Lin. Cache limité à deux voies d'analyse de la performance du système de relais Technologie électronique, 2017,43 (2): 99-101,106.

Anglais format de citation: Shen Weiwei, Li Min, Chen Lin. Analyse de la performance du relais à deux voies sous tampon fini .Application Technique électronique, 2017,43 (2): 99-101,106.

0 introduction

codage réseau est avéré efficace pour améliorer l'efficacité spectrale d'un système de communication sans fil . Diffusion à l'aide des caractéristiques de réseau sans fil, un noeud de relais peut être deux paquets reçus sont combinés, puis diffusé simultanément à deux noeuds utilisateurs, économisant ainsi un intervalle de temps de transmission, chaque paquet de données à un noeud d'utilisateur a déjà envoyé son propre et nouvellement reçu opération paquet de XOR pour obtenir les données dont ils ont besoin. Il existe deux types de réseaux: le réseau de codage de la couche physique de codage et MAC réseau de couche (Medium Access Control) de codage . Le réseau de la couche physique de codage nécessite phase de synchronisation temporelle précise, le noeud d'utilisateur doit être une commande de puissance précise. Depuis couche réseau MAC de codage est facile à mettre en uvre, cette étude uniquement le réseau de couche MAC de codage.

Document la première fois le concept de la couche MAC de codage réseau, basé sur un réseau câblé, les caractéristiques de transmission des réseaux sans fil a été trouvé caractéristiques de jeu plus avantageux du réseau de codage . Document et Shannon théorème donne le système de transmission unidirectionnelle relayage domaine de taux de cas idéal. Document Le système de codage réseau de relais à deux voies sont analysées avec le modèle de Markov intégré, mais l'étude n'a pas examiné la planification facteur frais généraux. Document en utilisant la théorie des probabilités panne qui maximisent le débit du système, mais cette étude est dans la transmission du canal dérivé de cas idéal, quand il y a la perte de transmission par le mode de liaison est plus n'a pas été étudiée.

Cet article propose un réseau aléatoire de codage stratégie de transmission, les frais généraux de planification, le cache est limité, la perte de lien et d'autres facteurs, le modèle de Markov du système, afin de déterminer le débit moyen du système de relais dans les deux sens, et le retard forme fermée les performances de la solution. Enfin, le modèle proposé est validé par les résultats de la simulation montrent que MATLAB le modèle théorique peut analyser avec précision le système et une stratégie de transmission proposée dans ce document est supérieure à la stratégie de transport existante.

1 modèle de système

Comme représenté sur la. Figure 1, deux terminaux de communication (U1 et U2) ont besoin d'échanger des données, en raison de troubles physiques, une liaison de communication directe ne peut être établie entre U1 et U2. R et un troisième noeud situé à l'intérieur de la couverture de communication de la U1 et U2. R décodé en utilisant l'avant (DF) de manière à recevoir des données à partir d'au U1 (ou U2), puis la transmettre à U2 (ou U1). La probabilité de transmission de trame de données avec succès à partir de U1 U2 à partir de R à R dénommée étiquettes marquées de R à U1 est PR1, de R à U2 marqué pR2. Supposons qu'une quantité suffisante de données est présent dans la file d'attente de tampon U1 et U2 en attente d'émission, R U1 et U2 à partir des données reçues sont stockées dans différentes zones de la mémoire tampon, la file d'attente de tampon sont étiquetées comme L et K. Sans perte de généralité, de sorte que tous les paquets sont de longueur égale, tous les autres noeuds de transmission débit de données.

2 voies stratégie d'émission du relais

Prenons le cas de liens avec perte, cache limitée, ce document présente un réseau de relais de manière pratique de codage stratégie de transmission. U1, U2 et TDMA R (TDBC) canal d'accès de manière à la transmission de données. Contrairement au système de transmission de relais classique dans les deux sens, étant donné que la communication n'est plus nécessaire pour chaque noeud dans la programmation en temps réel, de sorte que cette section est conçue pour confirmer la transmission de l'information politique (ACK) sera inclus dans le paquet de données est transmis afin d'économiser les frais généraux . 2, le noeud d'utilisateur et les paquets de données de noeuds de relais sont alternativement transmis. Pour faire la distinction entre les différents noeuds de la transmission, on définit deux phases: la phase de T1 et la phase T2, dans lequel le utilisateurs de phase T1 U1 et U2 ont la possibilité de données de transmission dans le noeud relais période T2 R a la possibilité de données d'émission.

Etape T1, U1 et U2 de l'utilisateur sont séquentiellement transmis au noeud relais R une trame de données, si le tampon est plein pas dans R, R représente les données de réception d'opération, ou stationnaire occupé jusqu'à une fente arrive. Si R et opération de réception peuvent être décodées correctement, les données sont stockées dans le premier tampon en premier sorti (FIFO) file d'attente L (ou K) dans le. Dans le stade T2, R est autorisé à des données d'émission dans la mémoire cache. Ici, la stratégie de transmission emploie un réseau de meilleur effort de codage, cette fois, à deux si R ne soit pas file d'attente de tampon vide, le mode de codage de réseau de R données de transmission bidirectionnelle tampon file d'attente, à partir de chacun de la file d'attente de deux R des paquets de données, effectuer une opération ou exclusive combinée dans un nouveau paquet de données, puis diffuse les reçus deux utilisateurs avec leurs propres données précédemment envoyées ou exclusives, éliminant ainsi le propre paquet d'informations, d'extraire l'autre les données transmises, s'il y a une file d'attente en mode relaie R façon traditionnelle est vide, les données d'envoi en R; R, si le cache pas de données, aucune donnée ne sera transmise R, reste immobile jusqu'à ce que l'arrivée de l'intervalle de temps suivant .

modélisation de Markov 3

Choisir une longueur réelle de file d'attente de tampon K et L en tant que paramètres à la chaîne de Markov état, L et K de la longueur de file d'attente à l'instant i est notée L (i) et k (i), où l (i) = 0,1 , ..., L; k (i) = 0,1, ..., K. Sélectionner la longueur de file d'attente des deux combinés = s (l, k) pour représenter l'état de la chaîne de Markov, facile à savoir le consensus de chaîne de Markov différents états (1 + L) (1 + K). L'article 2 définit compris par le transfert de l'état de la chaîne de Markov ne dépend que de la probabilité d'état de transmission réussie de l'heure courante, et le paquet de données de temps en cours, et l'état de la fois précédente et de l'état de transmission de données indépendant de l'instant précédent, ainsi, le processus de transfert de l'État n'a pas de mémoire, sous réserve de la propriété de Markov.

Où (0) est le vecteur de probabilité d'état initial. Pour analyser le débit moyen et le retard moyen est nécessaire pour obtenir le vecteur d'état (i) la probabilité moyenne de E { (i)}, en abrégé .

Dans le système de communication réelle, au noeud relayer longueur file d'attente est limitée, de sorte que l'état du modèle de Markov est dénombrable, et parce que la probabilité non nulle peut atteindre l'autre dans un nombre limité d'étapes entre tous les états, ainsi, la chaîne de Markov apériodique traversal. Par le document on peut le voir, pour un état fini, avec une matrice de probabilité de transition d'état de Markov ergodique sont:

Dans lequel, I est une matrice unitaire, B est une matrice carrée dont les éléments sont tous 1, b est égal à 1 sont tous des éléments d'un vecteur de ligne. Ainsi, la seule exigence de la matrice de transition de Markov P pour obtenir la probabilité de régime permanent correspondant , et ensuite trouver le débit du système et les deux voies propriétés de retard de file d'attente de relais.

Dans ce système de transmission de répéteur bidirectionnel, en tenant compte de la perte de lien, chaque fois que la transmission de données ne sont pas fiables à 100%, le résultat des résultats des événements de transmission de données dans chaque noeud de communication n'est plus unique, il est nécessaire pour le noeud d'utilisateur et le nud de relais transfert des données analysées séparément. Aussi, parce que chacun des événements de Markov sont basés sur le dernier événement sur, de sorte que la transmission bidirectionnelle de relais correspondant matrice de probabilité de transition d'état de la chaîne de Markov peut être calculé en utilisant la formule de la probabilité totale. Sélectionner les mises en noeud utilisateur envoyant des données aux points d'observation instantanée des paramètres d'état de Markov, à savoir, au début de T1. Pour faciliter l'expression, un ensemble de marqueurs à l'état de file d'attente au début de T2 est composé de l, par conséquent:

La formule (8), la formule (9) dans l'équation (7) peut être obtenu par cette chaîne de Markov est une matrice de probabilité de transition d'état, qui à son tour peut être obtenu divers états de la chaîne de Markov correspondant à l'état d'équilibre par la formule (6) probabilité. Sur cette base, l'analyse mathématique peut être bidirectionnelle relayer le débit moyen du système, faire la queue retard et d'autres propriétés.

4 Analyse des performances système

simulation 5

Le document en tant que référence, de sorte que = 2000 B, le débit de transmission de données r = 11 Mb / s, P = 96 us, 1 = 10 s SIDA, A = 11 us. La figure 3 est différent à une certaine taille du cache, la théorie de la ligne, la valeur de simulation Matlab du cercle. Comme on peut voir les valeurs théoriques et les valeurs analogiques sont égales, donc de vérifier l'exactitude du modèle de Markov construits ci-dessus.

Comme on le voit sur la figure 3, compte tenu de la surcharge de signalisation, la stratégie de transmission de document proposé est supérieur au . De plus, en augmentant les ressources du cache au niveau du nud de relais, il a présenté ici est le débit moyen de la stratégie de transmission a été considérablement améliorée, le gain de performance de (05.14 à 04.05) /4.5=14.3%. Peut également être vu, l'augmentation initiale du tampon, d'augmenter considérablement le débit, mais a continué à augmenter la taille du cache, et devient progressivement courbe douce, à savoir: lorsque plus d'un certain seuil, le cache continue à augmenter le débit de gain progressivement être il est négligeable, donc le modèle proposé peut être utilisé pour déterminer une taille de cache raisonnable.

La figure 4 montre, dans les deux sens système relayant retard de file d'attente moyen au niveau du noeud de relais augmente à mesure que la mémoire cache du noeud relais et exposition a augmenté approximativement linéaire, en liaison avec. La figure 2 montre que l'augmentation de l'espace tampon infini dans le système peut être améliorée dans une certaine mesure le débit, mais il se traduira également par un système de mise en attente de retard augmente de façon linéaire, de sorte afin d'améliorer le débit du système et de l'espace tampon d'augmentation illimitée est peu sage.

6. Conclusions

Cet article présente une considération de la perte de lien, le cache est limité, quelle que soit la surcharge de signalisation, de codage par transmission de relais bidirectionnel réseau sans politique de planification, de construction de modèle de Markov, système débit est obtenu, le délai d'attente fermé solution. Les résultats de simulation montrent que, lors de l'examen du système de transmission aérienne, appelé à la stratégie de transmission est ici supérieure à la politique de transfert existante. L'analyse théorique et les résultats de simulation ont également démontré que 14,3% du débit peut être augmenté en augmentant l'espace de mémoire tampon approprié.

références

LOUIE R H, Li Yonghui, réseau de couche physique VUCETIC B.Practical codant pour les deux sens des canaux de relais: analyse de la performance et de la comparaison .IEEE Trans.Wireless Communication, 2010,9 (2): 764-777.

ZHANG S, S LIEW C, LAM P Sujet P.Hot: réseau de couche physique de codage Conférence .International sur réseautique et informatique mobile, MOBICOM 2006, Los Angeles, CA, USA, September.2006: 358-365.

LI S Y R, R Yeung W, codage réseau CAI N.Linear .IEEE Transactions sur Théorie de l'information, 2003,49 (2): 371-381.

KATTI S, RAHUL H, HU W, ET al.XORs dans l'air: réseau sans fil pratique de codage Transactions .IEEE / ACM sur réseau, 2008,16 (3): 497-510.

LIU H, POPOVSKI P, DE CARVALHO E, et l'optimisation al.Sum-Rate dans un réseau de relais à deux voies avec mise en mémoire tampon .IEEE Communications Lettres, 2012,17 (1): 95-98.

CHI K, ZHU Y H, X JIANG, et al.Practical débit pour analyse à deux bonds réseau sans fil de codage .Computer Networks, 2014,60 (5): 101-114.

JAMALI V, Zlatanov N, SCHOBER réseaux de relais assisté par tampon R.Bidirectional avec transmission parties à taux fixe II: retard contraint cas .IEEE Opérations sur les communications sans fil, 2015,14 (3): 1339-1355.

Processus Gallager R G.Stochastic: théorie pour les applications .Contemporary Physique, 2016,57 (2): 1.