مشکلات گره پنهان در شبکه های مش بی سیم توضیح داده شده است

یک مش بی سیم می تواند RSSI قوی، پیوندهای پایدار و اتصال کامل را نشان دهد و در عین حال سرعت انتقال چندین گره را به طور همزمان کاهش دهد. ممکن است مشکل اصلاً پوشش نباشد. گره‌های مخفی می‌توانند بدون حس کردن مطمئن یکدیگر به یک رله برسند و برخوردها، تلاش‌های مجدد و تأخیر غیرقابل پیش‌بینی ایجاد کنند که به راحتی با تداخل یا خطاهای مسیریابی اشتباه می‌شوند.

در یک شبکه رادیویی مش بی سیم، این اثرات می تواند فراتر از یک پیوند گسترش یابد زیرا ترافیک ممکن است از چندین رله عبور کند. درک این الگو به اپراتورها کمک می کند تا علت واقعی را تشخیص دهند، راه حل مناسب را انتخاب کنند و از تغییرات غیرضروری RF اجتناب کنند.

 

چرا یک جفت پنهان می تواند کل یک مش را کند کند؟

زمانی که سنجش حامل بین دو فرستنده از کار بیفتد

سه رادیو را در نظر بگیرید: A، B، و C. گره های A و C هر دو می توانند با رله B ارتباط برقرار کنند، اما A و C به دلیل فاصله، زمین، ساختار، هندسه آنتن یا انتشار نابرابر نمی توانند یکدیگر را بشنوند. وقتی A قبل از ارسال گوش می دهد، هیچ فعالیتی از C نمی شنود. تقریباً در همان لحظه، C می تواند همان تصمیم را بگیرد زیرا A نیز خارج از محدوده حسی خود است.

سپس هر دو انتقال با هم به B می رسند. ممکن است گیرنده نتواند هر یک از فریم ها را به درستی رمزگشایی کند، تأییدها از دست رفته و گره های ارسال کننده وارد backoff شده و دوباره امتحان می کنند. ارسال‌های مکرر به سمت یک گیرنده مشترک زمانی که دو فرستنده قادر به درک یکدیگر نباشند می‌توانند به برخورد ادامه دهند. روابط پنهان همچنین می تواند نامتقارن باشد، به این معنی که یک گره ممکن است گره دیگری را حتی زمانی که آن تشخیص در جهت مخالف کار نمی کند، شناسایی کند.

به همین دلیل است که خوانش سیگنال خوب به رله، گره پنهان را رد نمی کند. یک پیوند قوی A-to-B در مورد اینکه آیا A می تواند C را تشخیص دهد یا خیر، نمی گوید. در استقرار رادیو مش بی سیم، روابط حسگر حامل جدا از کیفیت خود لینک های ارسال اهمیت دارد.

چرا فوروارد چند هاپ آسیب را تشدید می کند

برخورد در یک شبکه تک هاپ باعث هدر رفتن زمان پخش در یک صرافی محلی می شود. در یک مش، همان بسته شکست خورده ممکن است پس از ارسال مجدد با موفقیت، همچنان نیاز به عبور از چندین پرش اضافی داشته باشد. بنابراین زمان تلف شده در یک رله می تواند انتقال پایین دست را حتی زمانی که بقیه مسیر به طور عادی کار می کند به تاخیر بیاندازد.

این اثر زمانی که یک رله ترافیک را از چندین شاخه جمع می کند بیشتر قابل توجه می شود. تلاش‌های ارسال مجدد، عقب‌نشینی تصادفی، و دسترسی مکرر به کانال، زمان پخشی را مصرف می‌کنند که سایر پیوندهای مش نیز به آن نیاز دارند. گره‌های مخفی به‌ویژه در محیط‌های چند هاپ مخرب می‌شوند، زیرا فوروارد، دسترسی به کانال، توزیع بار و جدال رله به جای اینکه به‌عنوان پیوندهای مجزا عمل کنند، با هم تعامل دارند.

برای کاربران، علائم معمولاً عملی هستند تا تئوری: توان عملیاتی مفید کاهش می‌یابد، لرزش بالا می‌رود و عملکرد برنامه ناسازگار می‌شود. بنابراین، یک رابطه RF محلی می تواند کل مسیر را تحت تأثیر قرار دهد، به ویژه زمانی که رله آسیب دیده سهم قابل توجهی از ترافیک شبکه را حمل می کند.

 

نحوه تشخیص گره های پنهان از سیگنال ضعیف، تداخل یا مشکلات مسیر

به دنبال مشکلاتی باشید که تحت ترافیک همزمان ظاهر می شوند

آشکارترین سرنخ اغلب پیوندی است که به خودی خود به طور معمول رفتار می کند اما زمانی که گره دیگری شروع به ارسال از طریق همان گیرنده می کند خراب می شود. یک آزمایش تک رادیویی ممکن است توان عملیاتی خوب و تأخیر پایدار را نشان دهد زیرا هیچ فرستنده مخفی رقیب فعال نیست. هنگامی که هر دو گره ترافیک ایجاد می کنند، نرخ تلاش مجدد می تواند به شدت افزایش یابد و ظرفیت مفید کاهش یابد.

چندین اندازه گیری ارزش مقایسه با هم دارند:

●  نرخ‌های ارسال مجدد یا تلاش مجدد که عمدتاً تحت ترافیک همزمان افزایش می‌یابد.

●  تأخیر و لرزش که افزایش می یابد حتی اگر RSSI یا SNR نسبتاً ثابت باقی بماند.

●  پیوندهای فردی سالم اما توان عملیاتی کل غیرمنتظره ضعیف از طریق یک رله.

●  کاهش عملکرد مکرر با تمرکز بر همان گره دریافت یا ارسال.

کلید همبستگی است. اگر یک پیوند رادیویی مش بی سیم تنها زمانی که یک گره خاص دیگر فعال می شود از کار بیفتد، الگوی بسیار آموزنده تر از یک خواندن قدرت سیگنال واحد است.

از RSSI به عنوان تشخیص استفاده نکنید

RSSI و SNR مفید هستند، اما پیوندهای رادیویی خاصی را توصیف می کنند. آنها مستقیماً ثابت نمی کنند که دو فرستنده مجزا می توانند انتقالات یکدیگر را تشخیص دهند. یک جفت گره ممکن است هر کدام یک اتصال قوی به یک رله داشته باشند در حالی که از یکدیگر پنهان می مانند، زیرا یک دیوار، ویژگی زمین، وسیله نقلیه، ساختار فلزی یا جهت گیری متفاوت آنتن مسیر مستقیم را مسدود می کند.

تشخیص زمانی مفیدتر می شود که الف رادیو مش بی سیم قابل حمل داده های با کیفیت پیوند را با توپولوژی، ترافیک، روابط گره ها و اطلاعات طیف ترکیب می کند. سیستم های WDS MIMOmesh شامل سوابق توپولوژی شبکه، قدرت میدان پیوند و نظارت SNR، آمار ترافیک بارگذاری و دانلود، اطلاعات فاصله گره، اسکن طیف، و پارامترهای RF قابل تنظیم است. این اندازه‌گیری‌ها به‌طور خودکار هر گره پنهان را شناسایی نمی‌کنند، اما چندین نقطه داده را به اپراتورها می‌دهند تا آزمایش کنند که آیا یک الگوی برخورد با توپولوژی مطابقت دارد یا خیر.

این تمایز اهمیت دارد زیرا صرفاً بهبود یک عدد RSSI ممکن است رابطه اختلاف واقعی را بدون تغییر باقی بگذارد.

سه مشکلی که اغلب با گره های پنهان اشتباه گرفته می شوند را رد کنید

یک آزمایش کنترل شده قابل اعتمادتر از حدس زدن از روی علائم است. با یک فرستنده شروع کنید، تلاش های مجدد، تأخیر و توان عملیاتی را ضبط کنید، سپس گره رقیب مشکوک را اضافه کنید و در عین حال الگوی ترافیک را قابل مقایسه نگه دارید. اگر عملکرد به طور قابل توجهی تغییر کرد، در هر زمان فقط یک متغیر - موقعیت، توان انتقال، کانال، پهنای باند یا انتخاب رله - را تغییر دهید تا علت را محدود کنید.

 

تصادم گره های پنهان را بدون ایجاد مشکل RF جدید برطرف کنید

با هندسه گره و رله شروع کنید

طرح فیزیکی باید قبل از تغییر تنظیمات پروتکل بررسی شود. حرکت یک رله، تنظیم جهت آنتن، اجتناب از انسداد، یا انتخاب موقعیت حمل و نقل متفاوت می‌تواند دید متقابل بین گره‌هایی را که قبلاً نمی‌توانستند یکدیگر را حس کنند، بهبود بخشد. در استقرار در فضای باز، زمین و سازه ها ممکن است به اندازه فاصله اهمیت داشته باشند. در شبکه های تلفن همراه، هندسه مربوطه شامل محل حرکت رادیوها، نه فقط محل نصب آنها می شود.

مناطق تحت پوشش بزرگ به طور خودکار بهتر نیستند. افزایش دسترسی یک رله ممکن است به گره های بیشتری اجازه دهد تا با آن ارتباط برقرار کنند و در عین حال تعداد فرستنده هایی را که نمی توانند یکدیگر را بشنوند افزایش می دهد. بنابراین، طراحی شبکه بی‌سیم رادیویی باید پوشش را با حوزه‌های مناقشه قابل مدیریت متعادل کند تا اینکه حداکثر دسترسی را تنها هدف قرار دهد.

از توان انتقال برای تصحیح دید استفاده کنید، نه حداکثر کردن برد

هنگامی که یک تنظیم متوسط ​​به دو فرستنده مخفی اجازه می دهد قبل از دسترسی به کانال یکدیگر را شناسایی کنند، قدرت انتقال می تواند کمک کند. این بدان معنا نیست که هر رادیویی باید با حداکثر خروجی کار کند. قدرت بالاتر می تواند ردپای تداخل را بزرگتر کند، پیوندهای نامتعادل ایجاد کند و باعث شود گره های دورتر برای زمان پخش یکسان رقابت کنند.

قدرت باید همراه با پیکربندی آنتن، حساسیت گیرنده، قرارگیری رله و از دست دادن مسیر مورد انتظار در نظر گرفته شود. الف رادیو مشبک بی‌سیم در فضای باز ناهموار می‌تواند کنترل توان انتقال را با مسیریابی چند جهشی و عملیات RF قابل تنظیم ترکیب کند، و اجازه می‌دهد تا برق به عنوان بخشی از طراحی شبکه گسترده‌تر تنظیم شود. بنابراین بهتر است قدرت به عنوان بخشی از تنظیم شبکه به جای یک راه حل مستقل در نظر گرفته شود.

زمانی که از ارسال مجدد اجتناب شده هزینه سربار را توجیه می کند، از RTS/CTS استفاده کنید

RTS/CTS با رزرو زمان پخش قبل از شروع انتقال داده بزرگتر، اختلاف گره پنهان را برطرف می کند. یک فرستنده ابتدا یک درخواست برای ارسال ارسال می کند. گیرنده با Clear to Send پاسخ می دهد و گره هایی که می شنوند CTS دسترسی را برای مدت مشخص شده قبل از ارسال داده های خود توسط فرستنده رزرو شده به تعویق می اندازد.

این کمک می کند زیرا دو فرستنده پنهان ممکن است نتوانند یکدیگر را بشنوند در حالی که هر دو قادر به شنیدن گیرنده مشترک باقی می مانند. تحت یک بار کاری گره پنهان کنترل شده، فعال کردن RTS/CTS می تواند به طور قابل ملاحظه ای برخوردهای گران قیمت قاب داده را کاهش دهد و تعداد بسته های با موفقیت دریافت شده را بهبود بخشد. با این حال، فریم‌های RTS هنوز هم می‌توانند با هم برخورد کنند، و تبادل کنترل خودش زمان پخش را مصرف می‌کند.

بنابراین RTS/CTS زمانی بسیار مفید است که زمان پخش صرفه جویی شده با جلوگیری از برخوردهای گرانقیمت قاب داده، بیشتر از سربار دست دادن باشد. فقط به این دلیل که یک مش حاوی تعداد زیادی رادیو است، باید بر اساس الگوی ترافیک واقعی آزمایش شود نه اینکه فعال شود.

پس از شناسایی الگوی برخورد، کانال و پهنای باند را تنظیم کنید

تغییر کانال ها به طور خودکار یک رابطه گره پنهان هندسی را از بین نمی برد. اگر دو گره نتوانند همدیگر را حس کنند، انتقال هر دو به فرکانس دیگر ممکن است شرایط اولیه یکسانی را حفظ کند. تنظیمات کانال و پهنای باند همچنان مهم هستند زیرا تعیین می‌کنند چه ترافیک و تداخل دیگری در طیف عملیاتی مشترک است.

اسکن طیف می تواند به شناسایی کانال های به شدت اشغال شده کمک کند، در حالی که پهنای باند باریک تر یا باند عملیاتی دیگر ممکن است انرژی رقابتی را در محیط های دشوار RF کاهش دهد. چابکی فرکانس همچنین می تواند در زمانی که تداخل خارجی در طول زمان تغییر می کند کمک کند. رادیوهای WDS MIMOmesh از عرض کانال قابل تنظیم، انتخاب کانال آگاه از طیف، پرش فرکانس تطبیقی، عملکرد چند باندی، شکل دهی پرتو، تنوع فضایی و مالتی پلکس فضایی پشتیبانی می کنند.

این ابزارها بهتر است به عنوان بخشی از بهینه سازی گسترده تر RF در نظر گرفته شوند. آنها می توانند شرایط عملیاتی را بهبود بخشند، اما نباید به عنوان جایگزینی برای اصلاح هندسه رله ضعیف یا روابط پنهان حامل-حسگر توصیف شوند.

 

از بازگشت گره های مخفی با تغییر مش جلوگیری کنید

شبکه را به عنوان یک سیستم، نه به عنوان پیوندهای رادیویی جداگانه آزمایش کنید

راه اندازی باید شامل ترافیک همزمان از طریق رله های مهم باشد نه دنباله ای از تست های نقطه به نقطه ایزوله. شبکه‌ای که وقتی هر پیوند به‌صورت جداگانه آزمایش می‌شود، عملکرد خوبی دارد، ممکن است وقتی چندین شعبه برای یک گره ارسال یکسان رقابت می‌کنند، رفتار بسیار متفاوتی از خود نشان دهد. ترافیک بالا، لینک پایین، و چند هاپ واقعی، این مشاجره را آشکار می کند که مش بیکار هرگز آشکار نخواهد شد.

رله هایی که چندین جریان را جمع می کنند شایسته توجه ویژه هستند. رفتار تلاش مجدد، توان عملیاتی قابل استفاده و تأخیر آنها را در حین انتقال چندین گره مجاور نظارت کنید. یک مسیر تشخیصی عملی عبارت است از: کیفیت پیوند خوب اما عملکرد ضعیف ← تست ترافیک همزمان ← تشخیص اینکه آیا همان رله درگیر است یا خیر ← بررسی کنید که آیا فرستنده های رقیب می توانند یکدیگر را حس کنند ← توپولوژی، توان، RTS/CTS یا تنظیم طیف مناسب را انتخاب کنید.

این رویکرد در سطح سیستم به‌ویژه در استقرار رادیو مش بی‌سیم مفید است زیرا هر رابطه ارسال اضافی می‌تواند افرادی را که برای رسانه مشترک رقابت می‌کنند، تغییر دهد.

پس از حرکت، تغییر مسیر یا تغییرات محیط RF دوباره بررسی کنید

شرایط گره پنهان لزوما دائمی نیستند. یک گره متحرک می تواند در پشت یک مانع حرکت کند، یک مسیر می تواند در اطراف رله دیگر سازماندهی شود، یا یک وسیله نقلیه یا ساختار جدید می تواند انتشار آن را به اندازه ای تغییر دهد که یک نقطه کور حساس به حامل ایجاد کند. شبکه ممکن است در طول این تغییرات متصل باقی بماند، که باعث می‌شود مشکل عملکرد ناشی از آن به راحتی تفسیر نادرست شود.

بنابراین استقرارهای سیار و فضای باز باید ارسال مجدد یا افزایش تاخیر را با تغییرات توپولوژی و موقعیت مرتبط کند. سیستم‌های WDS MIMOmesh از عملیات توزیع‌شده، بدون مرکز، مسیریابی پویا لایه 2 یا لایه 3، حالت‌های رله چند هاپ، نظارت توپولوژی و گزینه‌های مدیریت مرتبط با GNSS پشتیبانی می‌کنند و زمینه مفیدی را در هنگام تغییر روابط RF فراهم می‌کنند.

هدف این نیست که هر رادیویی هر رادیوی دیگری را بشنود. شبکه ای که به خوبی طراحی شده باشد فقط باید از رقابت مکرر فرستنده های پنهان متقابل در گیرنده های حیاتی بدون مکانیزم هماهنگی مؤثر جلوگیری کند.

 

نتیجه گیری

وقتی تیم های شبکه به فراتر از قدرت سیگنال نگاه می کنند و بررسی می کنند که چگونه فرستنده های متعدد برای یک رله با یکدیگر رقابت می کنند، مشکلات گره پنهان راحت ترین حل می شوند. آزمایش ترافیک همزمان، تنظیم قرارگیری گره و توان انتقال، و استفاده از RTS/CTS یا تغییرات کانال به صورت انتخابی می‌تواند پایداری را بدون ایجاد پیچیدگی RF غیرضروری بهبود بخشد.

برای استقرارهایی که به اتصال چند هاپ انعطاف پذیر نیاز دارند، شرکت فناوری Shenzhen Sinosun، راه حل های بی سیم مش رادیویی را ارائه می دهد که می تواند از برنامه ریزی عملی شبکه و مدیریت RF پشتیبانی کند. این سیستم‌ها که در کنار آزمایش‌های دقیق و طراحی توپولوژی استفاده می‌شوند، می‌توانند با تغییر ترافیک، مسیرها و شرایط عملیاتی به حفظ ارتباطات منسجم‌تر کمک کنند.

 

سوالات متداول

س: چه چیزی باعث مشکل گره پنهان در یک شبکه بی سیم می شود؟

پاسخ: زمانی اتفاق می افتد که دو فرستنده می توانند به یک گیرنده برسند اما نمی توانند یکدیگر را شناسایی کنند و باعث انتقال همزمان، برخورد بسته ها، ارسال مجدد و کاهش عملکرد شبکه می شود.

س: گره های پنهان چگونه بر عملکرد شبکه مش بی سیم تأثیر می گذارند؟

پاسخ: گره های پنهان زمان پخش مشترک را از طریق برخوردها و تلاش های مجدد تلف می کنند. در شبکه های چند هاپ مش، یک رله آسیب دیده همچنین می تواند تأخیر را افزایش داده و توان عملیاتی را در چندین مسیر ارسال کاهش دهد.

س: آیا RTS/CTS می تواند مشکل گره پنهان را به طور کامل حل کند؟

پاسخ: RTS/CTS می‌تواند با رزرو زمان پخش قبل از انتقال داده، برخوردها را کاهش دهد، اما سربار پروتکل را اضافه می‌کند و ممکن است شرایط گره پنهان را در محیط‌های پیچیده چند هاپ حذف نکند.

س: چگونه می توان گره های پنهان را در یک شبکه رادیویی مش بی سیم شناسایی کرد؟

A: مقایسه عملکرد تحت ترافیک تک گره و همزمان. افزایش تلاش‌های مجدد، تأخیر یا از دست دادن توان عملیاتی با وجود پایداری RSSI و SNR می‌تواند نشان‌دهنده رقابت فرستنده‌ها بدون حس کردن یکدیگر باشد.

س: تفاوت بین گره های پنهان و آشکار چیست؟

پاسخ: گره های پنهان به طور همزمان ارسال می کنند زیرا نمی توانند یکدیگر را شناسایی کنند. گره های در معرض خطر انتقال را به تأخیر می اندازند زیرا آنها فعالیت های نزدیک را تشخیص می دهند که در واقع با گیرنده آنها تداخل نمی کند.

س: آیا افزایش توان انتقال گره های پنهان را رفع می کند؟

پاسخ: گاهی اوقات، اگر قدرت بالاتر به فرستنده های مخفی قبلی اجازه می دهد یکدیگر را شناسایی کنند. با این حال، قدرت بیش از حد می تواند مناطق اختلاف را بزرگتر کند، تداخل را افزایش دهد و روابط رادیویی نامتقارن ایجاد کند.