Концепции размещения.
Использование «Алгоритма 1!, описанного в предыдущем разделе, даёт возможность обсудить различные концепции размещения ячеистых сетей. По сути, эти концепции описывают различные степени свободы, которые могут быть использованы при планировании и настройке сети. В случае с ячеистой сетью IEEE 802.11 есть много возможных параметров, которые могут быть использованы для точной настройки сети. Мы ограничимся анализом следующих факторов:
В настоящее время доступны два различных частотных диапазона для работы с IEEE 802.11 на открытом воздухе. В Европе они расположены в диапазоне с 2,4 до 2.485 GHz с тремя неперекрывающимися каналами и в диапазоне с 5,47 до 5.725 GHz с 11 неперекрывающимися каналами. В то время как нижняя зона обеспечивает лучшие характеристики распространения, в верхней зоне меньше помех от существующих устройств. В анализе центральными частотами считаются 5,5 и 2,4 ГГц.
Увеличение максимальной мощности передачи растёт непосредственно в зоне покрытия БТД. Конечно, ото ограничено законодательством (например, до 20 dBm для нижнего диапазона и 30 dBm для верхнего диапазона в Европе). Кроме того, при увеличении мощности передачи растут и помехи, которые налагаются на другие БТД. При анализе мы рассмотрим полный диапазон от 17 до 30 dBm для обоих частотных диапазонов.
Так как БТД являются стационарными, тостановится предпочтительнее использовать интеллектуальные приёмные антенны, которые увеличивают силу приёма для связи БТД друг с другом. Для производительности сети коэффициент усиления антенны имеет важное значение: он расширяет зону покрытия каждой БТД в определённом, очень узком секторе. Таким образом, он увеличивает потенциал ячеистой магистрали (которая должна нести совокупный трафик от всех STA). Таким образом, не обходимо меньшее число БТД для покрытия территории, так как степень перекрытия двух БТД можно будет снизить.
Анализ подразумевает, что каждая отдельная БТД будет иметь три направленных антенны с коэффициентом усиления антенны в диапазоне от 0 до 20 dB.
Как было показано в Таблице II, минимальная RSS, которая требуется для декодирования сигнала изменяется в зависимости от различных аппаратных платформ. В худшем случае, платформа соответствует только минимальным требованиям, что снижает зону покрытия БТД. Если можно достать оборудование получше, покрытие будет захватывать и большую территорию. Чтобы продемонстрировать эффект обоих предположений, мы возьмём -82 и -91 dBm за минимальную RSS в MCS BPSK 1/2.
Таким образом, концепцию размещения можно охарактеризовать как четыре промежутка:
dc 2 {2.4; 5.5} × [17 . . . 30] × [0 . . . 20] × {−82;−91} (7)
В дальнейшем влияние параметров на топологию ячеистых сетей будет вычисляться. На первом этапе мы оцениваем среднее число БТД, которые требуются для покрытия 95% территории. Необходимость большого числа БТД будет иметь непосредственное влияние на возможность размещения: увеличение размера сети станет причиной не только роста затрат на покупку места дислокации, но и большей координации накладных расходов, ведущих к снижению пропускной способности системы.
Во-вторых, мы считаем, что число БТД следует заранее ограничить и оценить влияние используемых параметров на получившееся в результате покрытие.
А. Плотность точек сети.
Всюду в работе мы рассматриваем круговую область с радиусом 250 м, в которой 870 точек измерений помещают на сетку с расстояния 15 метров. Алгоритм размещения ячеистых сетей представляется с ценами концепции размещения, данными сетки, примерами процесса затенения и позициями, с которых БТД покрывают как минимум 95% площади. Это повторяется с разными случайными значениями для затенения, пока не установится среднее значение, т.е. с размером доверительного интервала в 95% среднее значение будет ниже 10%.
На рисунках 3 показаны полученные среднее количество необходимых БТД для всех сценариев размещения, каждый из которых соответствует одной полосе частот и один RSSmin.
Видно, что число БТД значительно варьируется в различных концепциях размещения, от менее чем 10 до 60 и более. Как правило, увеличение потерь на трассе с частотой в 5.5GHz (рис. 3а и 3б) приводит к большому количеству БТД, особенно для низкой мощности передачи. Вследствие этого данные комбинации параметров для практического использования непригодны. Таким образом, допускаемая максимальная мощность передачи в 30 dBm должна подходить для существующих установок, что приведёт к среднему количеству в 15 БТД для данного района А. Полученный высокий уровень помех требует алгоритмов интеллектуального управления мощностью передачи (TPC), которые понижают использованную силу, если это возможно.
На первый взгляд, концепции размещения с помощью частоты в 2,4 GHz (рис. 3c и 3d) требуют гораздо меньше БТД, чтобы покрыть площадь A. Учитывая, что максимальная мощность передачи в Европе ограничена до 20 dBm, эта концепция не может быть принята как основная. В соответствии с этим ограничением необходимо примерно 20 БТД. А в сочетании с повышенным уровнем помех из-за большого количества устройств, которые используются в этой группе, и меньшего количества каналов, данная концепция размещения становится менее привлекательной. В США же, где разрешённая мощность около 4 dB, частота в 2,4 GHz имеет небольшое преимущество.
В то время как обсуждаемые параметры оказывают сильное влияние на требуемое количество БТД, регулировка коэффициента усиления антенны или RSSmin обладает меньшим воздействием на него. Это позволяет ограничить сетевое планирование с помощью развёртывания концепций с низкой RSSmin и небольшими усиленными антеннами. Если оборудование требует более высокой RSSmin, оно будет иметь лишь незначительное влияние на производительность, так как БТД расположены достаточно плотно, чтобы обеспечить степень покрытия 95%. Для усиления антенны эта концепция имеет значительные преимущества на практике: в начальной настройки сети не нужно использовать дорогостоящие интеллектуальные антенны. Если в дальнейшем количество пользователей увеличится и нужно будет увеличить пропускную способность сети, то вместо установки новых БТД будет лучше просто заменить антенны на более мощные.
В. Покрытие с ограниченным числом узлов
В предыдущем разделе мы зафиксировали требование к минимальному покрытию на уровне 95% и рассчитали число БТД. Это обеспечивает вывод, который требует от концепций размещения разумного числа БТД для покрытия данной области.
В этом разделе мы сформулируем вопрос иначе: если предположить, что для создания ячеистой сети доступно ограниченное количество БТД, то какой величины покрытия можно будет достичь? Ограничим наш взгляд подмножеством концепций размещения, которые используют частоту в 5.5GHz и минимальную RSS в -82 dBm. На рисунке 4 представлены средние уровни покрытия, которого можно достигнуть с 5, 10, 15 и 20 БТД. Видно, что при использовании пяти БТД невозможно достичь покрытия более чем на 60% (рис. 4а). Но уже с десятью БТД (рис. 4, б) можно достичь 90-процентного покрытия с правильной комбинацией параметров, т. е. используя максимальную мощность передачи 30 dBm и коэффициент усиления антенны от 12 dBm. Обладая более чем десятью БТД, можно достичь покрытия свыше 90% территории, что уже было показано в разделе IV-A.
Рисунок 3: Среднее количество БТД, которые размещены по «Алгоритму 1» в зависимости от используемой концепции размещения.
В отличие от предыдущего раздела, коэффициент усиления антенны имеет большее влияние на результаты, особенно при размещении 15 или более БТД: если мощность передачи уменьшается, то сокращение территории покрытия может быть частично компенсировано повышенным коэффициентом усиления антенны. Например, в случае с 20 БТД, концепция размещения с мощностью передачи в 26 dBm и нулевым коэффициентом усиления антенны обеспечивает тот же охват, как с мощностью в 20 dBm и усилением в 14 dB. В результате данная стратегия приводит к следующему алгоритму размещения: чтобы подключить ячеистую сеть с нулевым коэффициентом усиления антенны, нужно, чтобы площадь покрытия одной БТД захватывала как минимум ещё одну БТД. Это предполагает широкое перекрытие двух областей. При использовании коэффициента усиления антенны это взаимодействие может быть уменьшено, что позволяет прежнему числу БТД покрыть большую площадь.