عنوان پایان‌نامه
تحلیل و بهبود پروتکل MAC در شبکه های MIMO
- رشته تحصیلی
- مهندسی برق-مخابرات-سیستم
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه مرکزی پردیس 2 فنی شماره ثبت: E 3053;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 77851;کتابخانه مرکزی پردیس 2 فنی شماره ثبت: E 3053;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 77851
- تاریخ دفاع
- ۲۶ خرداد ۱۳۹۵
- دانشجو
- علیرضا شهانقی
- استاد راهنما
- علی اعظم عباس فر
- چکیده
- استاندارد IEEE802.11 مجموعه‌ای از مشخصات لایه فیزیکی و MAC است که برای پیاده‌سازی در سیستم‌های مخابراتی بی‌سیم نظیر مودم‌ها در باندهای فرکانسی معین مورد استفاده قرار می‌گیرد. پروتکل IEEE802.11، بر اساس سازوکار DCF که مبتنی بر CSMA/CA است کار می‌کند. این پروتکل، با وجود فراهم آوردن قابلیت اطمینان بالا در ارسال و دریافت بسته‌های داده، به لحاظ گذردهی عملکرد مطلوبی از خود نشان نمی‌دهد و نیازمند بهبود است. طراحی بین لایه‌ای ازجمله رویکردهایی است که برای بهبود این پروتکل به کار گرفته می‌شود و ما در این پژوهش بدان خواهیم پرداخت. طراحی پروتکل MAC برای شبکه‌هایی که گره‌های آن دارای خاصیت MIMO هستند یکی از روش‌های طراحی بین لایه‌ای محسوب می‌شود. در این پایان‌نامه، ابتدا یک پروتکل MAC برای برقراری دو ارسال هم‌زمان در لینک فراسوی یک شبکه مخابراتی معرفی می‌کنیم. در این شبکه، گره‌ها دارای یک آنتن همه‌جهته هستند مادامی‌که AP یک آنتن آرایه‌ای دارد. این پروتکل بر پایه روش SM در سیستم‌های MIMO بوده و از تکنیک AMC برای اختصاص نرخ ارسال در گره‌ها استفاده می‌کند. سپس با استفاده از زنجیره مارکوف دوبعدی، به محاسبه گذردهی این پروتکل پرداخته و در ادامه، متوسط نرخ ارسال را برای گره‌های موجود در شبکه به دست می‌آوریم. طبیعتاً خواص تشعشعی آنتن‌های موجود در گره‌ها در نرخ و توان ارسالی آن‌ها تأثیر می‌گذارد. هندسه تصادفی ابزار قدرتمندی است که از آن برای واردکردن این تأثیر در محاسبات مربوط به گذردهی و متوسط نرخ ارسال استفاده شده است. در ادامه، با توجه به نقاط ضعفی که پروتکل ارائه‌شده چه به لحاظ گذردهی و چه بی طرفگی دارد، به بهبود آن پرداخته و دو پروتکل جدید را معرفی و تحلیل می‌کنیم. اساس کار این پروتکل‌ها، فراهم آوردن شرایط عادلانه برای گره‌های دور و تقسیم‌بندی گره‌ها برای کاهش رقابت در رزرو کانال است. در انتها نیز با توجه به نتایجی که از تحلیل‌های انجام‌شده به دست می‌آید به مقایسه پروتکل اولیه و پروتکل‌های بهبودیافته می‌پردازیم و تکنیک‌هایی را برای طراحی مؤثرتر پروتکل‌های MAC برای شبکه‌های MIMO مطرح می‌کنیم.
- Abstract
- IEEE 802.11 standard is a set of physical and MAC layer properties that is used for practical implementation of wireless communication systems, such as wireless modems in specific frequency bands. IEEE 802.11 protocol basis is a mechanism named DCF which is based on the CSMA/CA. In spite of providing appropriate reliability for packet transmissions, IEEE 802.11 protocol does not have an acceptable performance in terms of throughput and needs to be modified. Cross layer design is one of the solutions that can be utilized to improve the throughput of this protocol and will be investigated in this article. Design of MAC protocol for the networks whose nodes have MIMO properties is one of the cross layer design approaches. In this article, first we will introduce a MAC protocol in order to manage two simultaneous packet transmissions in the uplink of a communication network in which all nodes have an omni-directional antenna while the AP has an array one (MIMO network). This protocol is based on the SM method and gains the AMC technique in MIMO systems. Then by using two dimensional Markov chain, we will drive the saturation throughput expression for the network and after that, we calculate the average data transmission rate of nodes. It is clear that the radiation properties of nodes’ antennas have effects on their transmission power and rates. Stochastic geometry is the powerful mathematical tool that we gain in order to involve these effects in our analyses. Next, according to the weaknesses of the proposed protocol in terms of throughput and fairness, we will obtain some improvements and introduce two new protocols. Basics of these protocols are providing the fairer conditions for the farther nodes and classification of nodes in order to decrease the amount of competitions for channel reservation. Finally, pursuant to the simulation and analytical results; we will demonstrate the techniques that can be used for more efficient design of MAC protocols in MIMO networks.
