Laboratorio 9 - Energy - Efficient Antenna Sharing and Relaying for Wireless Networks
Hola compañeros y gente que regularmente visita mi blog, esta entrada corresponde a la actividad número 9 del laboratorio de Redes de Telecomunicaciones. Consiste en elaborar un resumen y dar mi punto de vista de un tema que trata del desarrollo de protocolos de transmisión en las redes wireless que hacen un eficiente uso de la energía.
El documento investigado está titulado con el nombre de Energy-Efficient Antenna Sharing and Relaying for Wireless Networks, los autores son J. Nicholas Laneman and Gregory W. Wornell.
Lo pueden encontrar en la siguiente liga: http://www.rle.mit.edu/dspg/documents/Energy-EfficientAntenna.pdf
Introducción
La transmisión de información a través de varios enlaces de comunicación punto a punto es un componente básico de las redes de comunicación. Esta transmisión se utiliza en redes cableadas e inalámbricas para lograr una mayor conectividad de la red (la cobertura más amplia), la utilización eficiente de recursos como la energía y ancho de banda, mejores economías de escala en el costo de las transmisiones de larga distancia (a través de la agregación de tráfico), la interoperabilidad entre las redes y más fácilmente manejables.
En las redes inalámbricas, la transmisión directa entre radios ampliamente separados puede ser muy costosa en términos de potencia transmitida requerida para una comunicación fiable. Las transmisiones de alta potencia descargan la batería más rápido (menor vida de la red). Como alternativas a la transmisión directa, hay dos ejemplos básicos y empleados con frecuencia en la transmisión para redes inalámbricas. En los entornos celulares, por ejemplo, las redes proporcionan conectividad entre móviles de baja potencia, proporcionando conexiones locales a estaciones base de alta potencia que se transmiten a través de una estación base de red alámbrica. En las redes de sensores y redes de comunicación de campo de batalla militar en general, el uso de la infraestructura de línea fija es a menudo excluida y los radios pueden ser de potencia limitada; para estas redes peer-to-peer ad-hoc o transmisiones se pueden transmitir sin cables.
Las transmisiones end-to-end potencialmente incurren en mayor retraso (delay) pero debido a que las transmisiones individuales son en distancias más cortas (en el caso inalámbrico), o através de un cableado de alta calidad (en el caso de la telefonía fija) los requisitos de energía para una comunicación fiable pueden ser mucho menores.
En este trabajo, desarrollamos protocolos de transmisión de energía eficiente que crean y explotan la diversidad espacial para combatir el desfase debido a la propagación por trayectos múltiples, una forma particularmente severa de la interferencia, experimentada en las redes inalámbricas.
Para ilustrar los principales conceptos, se considera la red inalámbrica sencilla que se muestra en la siguiente imagen.
Nos centramos específicamente en las transmisiones de radio 1, llamamos a la fuente, a la radio 3, llamado el destino, con la posibilidad de utilizar la radio 2 como un relé. En la capa física, el destino recibe señales potencialmente útiles a partir de todos los transmisores que están activos, y se puede combinar múltiples transmisiones de la misma señal para reducir las variaciones en el rendimiento causadas por el desfase de la señal, una técnica a que se refiere en términos generales como la combinación de diversidad espacial. Nos referimos a esta forma de diversidad espacial como el reparto de la antena, en contraste con las formas convencionales en la actualidad más de la diversidad espacial, debido a que los radios esencialmente comparten sus antenas y otros recursos para crear una "matriz virtual" a través de la transmisión distribuida y procesamiento de señales.
Modelo del sistema
En nuestro modelo para la red inalámbrica radio-tres representado en imagen anterior, las transmisiones de banda estrecha sufren los efectos de la pérdida de trayectoria. Nuestro análisis se centra en el caso de desfase lento para aislar los beneficios de la diversidad espacial sola, sin embargo, hacemos hincapié en el principio de que nuestros resultados se extienden naturalmente a los tipos de escenarios altamente móviles en el que se encontró el desfase más rápido. Nuestro modelo de banda de base-equivalente de canal de tiempo discreto mostrado en la imagen anterior, consiste en dos subcanales ortogonales. Esta descomposición es necesaria debido a que las limitaciones prácticas en la implementación de radio impiden la retransmisión de recepciones y transmisiones simultaneas en el mismo canal.
Protocolos de transmisión
En el marco de capa física examinamos varios protocolos que soportan la transmisión entre el origen y el destino. Cada protocolo consiste en un formato de modulación de la fuente, un procesamiento / modulación de retransmisión, y una estructura de receptor de destino.
Para simplificar la exposición, tratamos transmisiones binarias con módulos constantes, de modo que la señal de origen transmitida x1[n] es blanca y toma valores x0 y x1 con igual probabilidad. Para habilitar la detección coherente, los receptores de transmisión y de destino deben primero obtener, a través de secuencias de entrenamiento en las cabeceras de protocolo, las estimaciones precisas de los coeficientes de enlace de desfase, en varios escenarios, el destino también utiliza una estimación de γ1,2. Suponemos que estas estimaciones son perfectas en nuestro análisis preliminar.
Todas nuestras estructuras receptoras de destino puede ser implementadas como se muestra en la siguiente imagen.
Este "combinador" puede ser visto como un filtro adaptado, o de radio-máximo, modificado adecuadamente para encajar el protocolo.
Transmisión singlehop
La transmisión singlehop, denominada a menudo enrutamiento singlehop por la comunidad de redes ad-hoc, consiste en la transmisión directa entre la fuente y los radios de destino (por eso singlehop, solo se realiza un solo "salto").
Transmisión multihop
La transmisión multi-hop en nuestro sistema puede ser vista como la transmisión singlehop en cascada entre la fuente y el transmisor, hasta el destino.
Simulaciones de rendimiento
Para comparar el rendimiento de los protocolos de transmisión, examinamos una red con coordenadas normalizadas por la distancia d1, 3 entre la fuente y las radios de destino. En estas coordenadas, la fuente puede estar situada en (0, 0), y el destino puede ser localizado en (1, 0), sin pérdida de generalidad.
Crítica
La mayoría de las empresas que implementan varios enlaces de comunicación punto a punto no se preocupan por la eficiencia de la energía ya que su principal prioridad es la disponibilidad de la conexión, incluso en algunos enlaces redundantes el backup siempre está trabajando (aunque no se le necesite, es decir, siempre está activo). La eficiencia de la energía es, entre otros, features que agregan las compañías fabricantes para proveer un mejor servicio a los clientes, pero siempre resultan muy costosos estos equipos
Energy-Efficient Antenna Sharing and Relaying for Wireless Networks: J. Nicholas Laneman and Gregory W. Wornell.
Research Laboratory of Electronics
Massachusetts Institute of Technology
Cambridge, MA 02139 USA
Liga al documento: http://www.rle.mit.edu/dspg/documents/Energy-EfficientAntenna.pdf
En las redes inalámbricas, la transmisión directa entre radios ampliamente separados puede ser muy costosa en términos de potencia transmitida requerida para una comunicación fiable. Las transmisiones de alta potencia descargan la batería más rápido (menor vida de la red). Como alternativas a la transmisión directa, hay dos ejemplos básicos y empleados con frecuencia en la transmisión para redes inalámbricas. En los entornos celulares, por ejemplo, las redes proporcionan conectividad entre móviles de baja potencia, proporcionando conexiones locales a estaciones base de alta potencia que se transmiten a través de una estación base de red alámbrica. En las redes de sensores y redes de comunicación de campo de batalla militar en general, el uso de la infraestructura de línea fija es a menudo excluida y los radios pueden ser de potencia limitada; para estas redes peer-to-peer ad-hoc o transmisiones se pueden transmitir sin cables.
Las transmisiones end-to-end potencialmente incurren en mayor retraso (delay) pero debido a que las transmisiones individuales son en distancias más cortas (en el caso inalámbrico), o através de un cableado de alta calidad (en el caso de la telefonía fija) los requisitos de energía para una comunicación fiable pueden ser mucho menores.
En este trabajo, desarrollamos protocolos de transmisión de energía eficiente que crean y explotan la diversidad espacial para combatir el desfase debido a la propagación por trayectos múltiples, una forma particularmente severa de la interferencia, experimentada en las redes inalámbricas.
Para ilustrar los principales conceptos, se considera la red inalámbrica sencilla que se muestra en la siguiente imagen.
Nos centramos específicamente en las transmisiones de radio 1, llamamos a la fuente, a la radio 3, llamado el destino, con la posibilidad de utilizar la radio 2 como un relé. En la capa física, el destino recibe señales potencialmente útiles a partir de todos los transmisores que están activos, y se puede combinar múltiples transmisiones de la misma señal para reducir las variaciones en el rendimiento causadas por el desfase de la señal, una técnica a que se refiere en términos generales como la combinación de diversidad espacial. Nos referimos a esta forma de diversidad espacial como el reparto de la antena, en contraste con las formas convencionales en la actualidad más de la diversidad espacial, debido a que los radios esencialmente comparten sus antenas y otros recursos para crear una "matriz virtual" a través de la transmisión distribuida y procesamiento de señales.
Modelo del sistema
En nuestro modelo para la red inalámbrica radio-tres representado en imagen anterior, las transmisiones de banda estrecha sufren los efectos de la pérdida de trayectoria. Nuestro análisis se centra en el caso de desfase lento para aislar los beneficios de la diversidad espacial sola, sin embargo, hacemos hincapié en el principio de que nuestros resultados se extienden naturalmente a los tipos de escenarios altamente móviles en el que se encontró el desfase más rápido. Nuestro modelo de banda de base-equivalente de canal de tiempo discreto mostrado en la imagen anterior, consiste en dos subcanales ortogonales. Esta descomposición es necesaria debido a que las limitaciones prácticas en la implementación de radio impiden la retransmisión de recepciones y transmisiones simultaneas en el mismo canal.
Protocolos de transmisión
En el marco de capa física examinamos varios protocolos que soportan la transmisión entre el origen y el destino. Cada protocolo consiste en un formato de modulación de la fuente, un procesamiento / modulación de retransmisión, y una estructura de receptor de destino.
Para simplificar la exposición, tratamos transmisiones binarias con módulos constantes, de modo que la señal de origen transmitida x1[n] es blanca y toma valores x0 y x1 con igual probabilidad. Para habilitar la detección coherente, los receptores de transmisión y de destino deben primero obtener, a través de secuencias de entrenamiento en las cabeceras de protocolo, las estimaciones precisas de los coeficientes de enlace de desfase, en varios escenarios, el destino también utiliza una estimación de γ1,2. Suponemos que estas estimaciones son perfectas en nuestro análisis preliminar.
Todas nuestras estructuras receptoras de destino puede ser implementadas como se muestra en la siguiente imagen.
Transmisión singlehop
La transmisión singlehop, denominada a menudo enrutamiento singlehop por la comunidad de redes ad-hoc, consiste en la transmisión directa entre la fuente y los radios de destino (por eso singlehop, solo se realiza un solo "salto").
Transmisión multihop
La transmisión multi-hop en nuestro sistema puede ser vista como la transmisión singlehop en cascada entre la fuente y el transmisor, hasta el destino.
Simulaciones de rendimiento
Para comparar el rendimiento de los protocolos de transmisión, examinamos una red con coordenadas normalizadas por la distancia d1, 3 entre la fuente y las radios de destino. En estas coordenadas, la fuente puede estar situada en (0, 0), y el destino puede ser localizado en (1, 0), sin pérdida de generalidad.
Crítica
La mayoría de las empresas que implementan varios enlaces de comunicación punto a punto no se preocupan por la eficiencia de la energía ya que su principal prioridad es la disponibilidad de la conexión, incluso en algunos enlaces redundantes el backup siempre está trabajando (aunque no se le necesite, es decir, siempre está activo). La eficiencia de la energía es, entre otros, features que agregan las compañías fabricantes para proveer un mejor servicio a los clientes, pero siempre resultan muy costosos estos equipos
Energy-Efficient Antenna Sharing and Relaying for Wireless Networks: J. Nicholas Laneman and Gregory W. Wornell.
Research Laboratory of Electronics
Massachusetts Institute of Technology
Cambridge, MA 02139 USA
Liga al documento: http://www.rle.mit.edu/dspg/documents/Energy-EfficientAntenna.pdf
Cualquier duda o aclaración pueden dejarla en comentarios.
Saludos a todos!
Sería bueno traducir/resumir los textos descriptivos de las figuras. Faltan algunos datos en la referencia y sobran otros; checa algún tutorial sobre cómo poner referencias. 6 pts.
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