改进协会和分解方案提高WLAN交接和VHO

文摘

移动设备和无线连接的数量明显增加。在许多无线协议类型,无线局域网络(无线局域网)预计将支持大量的设备。由于这个原因,有效和高效的交接(HO)和垂直交接(VHO)对WLAN的移动设备的支持是很重要的。显著提高的服务质量(QoS)可以通过减少获得协会和分解用户设备(UE)服务中断时间实时应用程序在WLAN HO和VHO操作。在此基础上重点,探讨的问题只使用接收信号强度指示(RSSI)在HO和VHO决策,这就是当前的基于IEEE 802.11的WLAN系统使用。实验结果提出了证明只使用RSSI结果HO在重大的中断时间到另一个WLAN接入点(AP)或在VHO蜂窝基站。因此,在本文中,一种改进协会和分解方案,可以减少数据中断时间(说),提出了改善吞吐量性能。

1。介绍

无线局域网络(无线局域网)设备使用接收信号强度指示(RSSI)协会和分解(1]。RSSI信号功率的总和的服务接入点(AP)和周围的干扰和噪声。面积的蓝牙、无线个域网和其他APs使用相同的频带,干扰水平的增加和RSSI水平会增加,但包成功率(PSR)将降低,自PSR取决于信号干扰和噪声比(SINR)。因此,交接(HO)和垂直HO (VHO)基于RSSI的阈值不能执行正常的地方有严重干扰。在[2),何氏RSSI阈值计算的速度和方向考虑用户设备(UE)。在[3),会话设置以及速度和方向的问题被认为是何氏RSSI阈值的计算。然而,这两个方案的设计假设没有其他干扰设备(例如,蓝牙、无线个域网或其他wi - fi APs)附近的问题。因此,根据人口位于APs和干扰设备,通道状态估计将错误导致问题HO RSSI阈值水平的设置。此外,在[4),各级RSSI的中断概率。然而,(4)不提供任何HO方案或干扰缓解/抑制方案,使用估计的故障信息。数据中断时间(说)被定义为从过去的时间收到数据包前HO(问题)收到一个数据包的时间(HO)通过新附加美联社(或移动通信基站(BS))。此外,部分包成功(PPS)区域被定义为一个区域信标,请求发送(RTS)和清除发送(CTS)数据包通信成功但是数据包通信失败。在本文中,一种改进的WLAN协会和分解方案,可以减少在HO说,提高吞吐量性能。该方案采用PPS检测,和在这个区域高效HO / VHO。

2。问题描述

干扰的主要原因是不正确的决定在HO)技术是基于RSSI的信标信号。为了说明这一点,实验在现实环境中,图1显示了影响基于RSSI测量增加干扰。干扰添加到RSSI的WLAN设备是由蓝牙设备使用生成的音频流。进行了这个实验,因为它是一个很常见的场景中,当它发生无线用户,附近的无线蓝牙耳机可能会收到来自智能手机的流媒体音乐。蓝牙被选为WLAN的干扰来源,因为它使用相同的频带wi - fi,也是最常见的一种无线用户干扰源。干扰实验,三星Galaxy S4 (SHV-E330S)智能手机和蓝牙耳机,使用蓝牙版本2.1 +增强数据速率(EDR),先进的音频分布概要1.2 (A2DP),音频/视频远程控制概要1.4,(音频/视频远程控制配置文件)和子带编码(SBC)编解码器。智能手机和蓝牙耳机在一个50厘米的距离和比特率的音频流数据率为372 kbps。在图的测量110000包被用来计算RSSI PDF灯塔。

在图2,RSSI测量结果显示数据包接收的差异范围根据不同的数据包类型PPS地区进行了测量在市政厅在韩国首尔。应用程序中使用的测量文件传输协议(FTP)和YouTube。图2显示数据包的平均RSSI根据美联社的遥远,和代表了APs广播信标的数据包的数量。”“代表了最低干扰位置和““代表最高水平的干扰的位置。在图的测量2,150年平均RSSI重复进行计算。此外,200000 RTS / CTS数据包,数据包,200000和1800包使用灯塔。可以观察到在图2,RSSI显著不同程度发生中断RTS(44个字节),CTS(30个字节),信标(300字节)和数据(1500字节)包。停机RSSI−67.74 dBm的干扰(最低的位置),而中断RSSI−62.57 dBm最高干扰()的位置。

为了澄清每和PPS范围之间的关系,进行硬件和固件测试使用内核程序http://www.multipath-tcp.org/在Ubuntu Linux平台上基于三星ATIV TAB 7台笔记本电脑。的实验中,Ubuntu 14.04.3长期支持(LTS)和内核v0.90安装。在实验中,iwlwifi驱动程序(司机净无线iwlwifi)使用和数据速率适应算法实现rs.c文件(司机净无线iwlwifi数字式电压表)。从rs.c文件,包成功率得到,计算基于13500包。包成功率是存储在“”。成功率和传输速率的值指数获得使用printk命令。从测试使用printk命令,最低每为0.5988,每0.8814最大,平均每0.7630时停机的数据包开始发生。每范围在0.5988和0.8814之间,数据包传输一直失败但是RTS / CTS数据包交换成功,这就是为什么它被定义为PPS地区。

在图2,可以观察到有一个不同的基于RSSI水平通道的不同环境。美联社PPS地区问题时,它不仅影响这些设备,但这可能导致停机的邻近区域。这是因为RTS的原因和CTS消息交换的问题,据美联社(PPS地区)会阻止其他设备尝试沟通,因为一旦周边设备收到RTS或CTS,这些设备将他们的网络分配向量(NAV)持续时间,不会传播在此期间避免数据包碰撞。但由于PPS地区的设备将再尝试另一个过渡(由于数据包传输失败),对设备在PPS地区将重新发送RTS和CTS消息,将重置资产净值的周边设备。这种重复的模式将导致停机的相邻区域对设备的PPS地区,因此,邻近信道访问设备将经历极端困难。为了避免这些网络性能退化问题,当一个问题在美联社的PPS地区,该方案使问题能快速找到一个替代美联社(BS)以满足质量通过协会程序建立连接,而问题也执行分解过程的前美联社可怜的条件。

3所示。提出了方案

在减少信号功率或增加周围干扰情况下,体积小数据包传输可能会成功,但是大型数据包传输更频繁地将失败。在图2数据包大小增加时,可以看出包错误率(/)的差异是显著的。利用PSR基于数据包大小的特点,定义了PPS的标准来确定WLAN通道数据包传输的情况下是否合适。WLAN的PPS标准协会和使用指标分解的定义: 在哪里和代表成功的RTS / CTS和数据包,分别是指数据包通信失败。因此,意味着WLAN的信道环境不适合数据包传输虽然RTS和CTS数据包成功交换。

当使用只有PPS标准协会和分裂,频繁HO触发可能发生由于临时通道错误尽管设备附近的美联社。为了防止这种情况,该方案使用SINR作为一个额外的标准。SINR标准使用最低SINR阈值,基于为应用程序所使用的数据速率。超过这个阈值,即使RTS / CTS包传输成功和数据包传输失败,智能手机将继续使用相同的WLAN美联社,因为它认为这包传输失败是由于一个临时通道错误。获得何氏触发点,信道容量公式使用(5),最大数据速率,SINR,无线局域网技术的载波带宽,信道编码是WLAN的损耗系数。最小的SINR阈值何鸿燊调制解调器数据速率,,表示在

使用(2),WLAN HO的SINR标准用于SINR阈值指标如下:

当,WLAN的SINR美联社显然不足以满足目标应用程序所使用的数据速率。使用(1)和(3),该方案(PPS和SINR (PS)对WLAN分解和协会定义了指标如下:

和代表SINR和PPS目前美联社的指标,分别是;和代表的SINR和PPS指标目标AP,分别。对BS HO)的情况下,表示目标的SINR BS。当,WLAN执行分解,WLAN协会执行。

协会过程首先是基于满意度的SINR水平(这取决于SINR测量美联社的灯塔包)。如果SINR级别以上(即。,the minimum SINR threshold), then the next procedure is to check the Probe Request packet. The Probe Request packet is padded to be the same size of an average data packet. The amount of padded bits per Probe Request packet can be represented as,在那里平均负载长度和吗是身体帧长度的探针的要求。因为每个协会需要一个探测器发送请求数据包,数据包将被填充包相当于平均数据包大小,开销将会添加到无线网络由于填充字节可以表示为,在那里是协会的平均汇率进行每秒的WLAN系统。因此,转移成功/失败的包将表明潜在的成功/失败的数据包选择(目标)美联社。如果垫调查请求数据包传输成功,那么问题将完成协会程序目标AP。两个探针之间的时间确定的价值PPS的另一个(目标)美联社是102.4毫秒,因为这是两个灯塔数据包之间的时间,这是起点的SINR水平测量协会程序。分解过程是基于接收到的数据包的SINR水平以及PPS现象发现,这取决于RTS / CTS和数据包传输成功/失败条件。介绍了PS计划可以设置算法的伪代码的形式1。

4所示。绩效评估

PS方案,SINR判据和PPS标准都需要满足HO执行。在以下的性能模型6,7)是用来表示说和吞吐量的PS方案,,在那里的概率是随机选择的问题一个RTS数据包传送槽时间,的概率是一个传播RTS数据包遇到碰撞时,是补偿的数量阶段,竞争窗口的大小,是补偿阶段(在哪里),是数量的竞争站(假定总是RTS数据包传输准备),然后呢是RTS数据包每。RTS数据包的每通道误差项中,为了准确的模型。可能发生的事件的概率随机选择槽时间推导,,,,在那里是至少一个条件概率传播发生在一个随机选择的槽,是这的条件概率传输成功,的概率是一个传播发生碰撞,收到一个数据包的概率是错误的。模型的不同数据包成功RTS / CTS和数据包的概率添加到分析。对应的时间RTS / CTS传输成功而数据包传输失败,给出的 在哪里是一个成功的平均时间间隔RTS / CTS传播,但是由于信道数据传输失败错误。,,表示时间传输RTS, CTS,和数据分组,分别;代表了sif的持续时间。说的平均长度和吞吐量碰撞和通道误差的基础上,分别表示为 在哪里是一个空槽的持续时间,和分别的CTS和ACK包,每和分别是,碰撞和误差传播时间(这是由预期的RTS和CTS数据包传输时间),然后呢光纤的传输时间(6,7]。传输数据包时承认不当,重试可以执行7倍(1]。由于传输包的概率是不承认取决于由于补偿时间一致的选择范围,说可以派生的PS计划(9)。此外,考虑吞吐量和负载的平均时间长度,,PS的吞吐量计划(10): 在拟议的计划,一个新的HO标准是使用可有效确定当RTS / CTS数据包成功而数据包(或衬垫探测请求数据包)失败。此外,SINR标准是用来防止频繁触发。何情况下RSSI高和数据包的SINR高,现有的计划(1- - - - - -3可能工作得很好。然而,在何情况下RSSI高但SINR低这样的通信数据包不断失败,现有方案的1- - - - - -3)不进行HO,即使不能收到数据包,这一决定可能导致长说。此外,PS方案可以避免RTS / CTS数据包的情况下沟通成功而数据包由于低SINR失败。由于这个原因,提高WLAN网络的吞吐量。

干扰可能出现由于各种原因(如蓝牙设备、无线个域网设备,和其他wi - fi APs和设备使用cochannel频率),导致影响了比特误码率(BER)的水平。测试方案的性能和比较其他方案在恶劣的信道条件,模拟测试是由相对高误码率的水平,这可能导致停机HO RSSI阈值的基础上(1- - - - - -3]。能效高的软切换移动(RESHO)计划执行前HO RSSI阈值是通过基于使用设备的速度和方向(2]。柔软的主动(SP)计划执行主动会话设置通过考虑靶细胞的信号强度和设备的移动性3]。实现故障情况下,系统被设定基于信道模型的4];此外,和建立基于WLAN的仿真模型8,9]。

此外,随机路点(RWP)流动模型(10,11)是使用基于一个统一的速度分布的特征米/秒,用户模型的速度行走。在图3,问题是为了保持连接到WLAN美联社直到HO RSSI阈值基于IEEE 802.11 (1],RESHO [2],SP [3),提出了PS方案(基于(9)超过在模拟器采用MATLAB编程(12]。此外,网络仿真器(NS2) [213)是用来评估说提出PS方案的性能确认的MATLAB仿真结果(9)。在NS2仿真,进行了10000次迭代计算平均说。的模拟方案,IEEE 802.11信息的问题是必需的。基于IEEE 802.11仿真参数(6,14)这样的仿真环境是统一的绩效评估模型数据3和4。PHY和MAC头的长度是128位和272位,分别的数据负载设置为1450字节,和RTS, CTS,和ACK数据包将44个字节,设置为20,最小和最大竞争窗口大小被设置为15,1023槽,分别和最大倒扣计数器设置为7。sif和dif的持续时间设置为10μ年代和20μ年代,分别和传输数据率是1 Mbps (IEEE 802.11 b)。路径损耗模型基于[15,16),接收信号的力量的问题米远的地方,美联社,传动功率被设定mW,大规模的路径损耗参数被设置为dB和标准差的高斯跟踪设置dB和距离的关系m。所示(4),PS计划使用事件密切相关的数据包成功和SINR的数据包(或填充调查请求数据包)传播。在图3,PS方案有一个常数说而不受环境的干扰和噪声的影响。新派生(9)显示了一个精确的匹配相比,仿真结果如图3。结果表明,RESHO相比有最大差异为9.8 s PS计划中断发生时64−RSSI的dBm。在SP的情况下,即使它执行主动HO SP结果相比,9.8秒的最大区别在RSSI PS计划中断发生时−60 dBm。

在图4、MATLAB模拟被用来评估IEEE 802.11的吞吐量性能基本模式(不使用RTS / CTS包)(1- - - - - -3],RTS / CTS模式[1- - - - - -3),提出了PS方案(基于(10))。此外,NS2模拟被用来评估拟议的PS方案的吞吐量性能确认的MATLAB仿真结果(10)。在NS2仿真,进行了10000次迭代计算的平均吞吐量。在RTS / CTS模式(1- - - - - -3),RTS / CTS和数据包不断通过WLAN只要发送上述问题的RSSI何氏RSSI阈值。在RSSI高于何氏RSSI的情况下阈值而数据包传输的SINR是不够的,不会发生,但数据包传输将不断失败,导致严重的性能下降。拟议的PS方案避免了这个退化,检查如果WLAN通道条件适用于数据包传输除了HO的RSSI水平作出决定,因此,提出PS方案消除了PPS地区发生的问题,如图4。在图4的最大性能可以获得的32%和97%数量水平通过使用PS方案相比,使用现有的RTS / CTS模式和现有的基本模式,分别。

5。结论

由于RSSI信号功率的附加值以及周围的噪声和干扰,信道估计基于RSSI会导致穷人HO点决定,导致长说当噪声和/或干扰严重。本文提出了PS方案决定了何鸿燊点基于数据包和SINR的每。通过使用PS方案,较短的WLAN HO说,一种改进吞吐量性能问题时甚至可以获得美联社PPS的范围。

相互竞争的利益

作者宣称没有利益冲突。

确认

这项研究受到了基础科学研究项目通过国家研究基金会(NRF)由教育部、科学和技术(没有。2013 r1a1a2012082)和科技部,ICT和未来规划(MSIP),韩国,根据信息技术研究中心(期)支持计划(IITP - 2016 - h8501 - 16 - 1007)监督的信息与通信技术促进研究所(IITP)。

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