MIMO در مقابل SISO برای رادیوهای مش MANET: برد، توان عملیاتی و قابلیت اطمینان

هنگامی که یک پیوند مش موبایل روی یک نیمکت قوی به نظر می رسد، اما در حرکت، ویدئو، تأخیر یا پایداری مسیر را از دست می دهد، مشکل اغلب این نیست که قدرت را به تنهایی انتقال دهد. معماری آنتن نحوه استفاده رادیو از مسیرهای منعکس شده، مدیریت محو شدن و به اشتراک گذاشتن ظرفیت در پرش های متعدد را تغییر می دهد. MIMO می تواند از چندین مسیر فضایی برای افزایش توان عملیاتی یا بهبود قابلیت اطمینان استفاده کند، در حالی که SISO یک طراحی تک مسیری ساده تری ارائه می دهد. این مقایسه توضیح می‌دهد که چگونه هر رویکرد بر محدوده قابل استفاده، سرعت داده پایدار و انعطاف‌پذیری شبکه تأثیر می‌گذارد و به شما کمک می‌کند رادیو مش MANET برای شرایط عملیاتی واقعی به جای مشخصات سرفصل.

 

توان عملیاتی: جایی که MIMO یک مزیت ظرفیت واقعی ایجاد می کند

جریان‌های فضایی بیشتر همیشه به معنای بارگیری بیشتر نیست

مالتی پلکس فضایی اجازه می دهد تا a رادیو مش MIMO MANET برای ارسال جریان های مستقل در منبع فرکانس زمانی یکسان زمانی که گیرنده می تواند مسیرهای فضایی مجزا را از هم جدا کند. رادیو مش SISO MANET فقط یک جریان را حمل می کند و نمی تواند همان بهره مالتی پلکسی را بدست آورد. با این حال، در شرایط ضعیف‌تر، آنتن‌های متعدد ممکن است برای تنوع به جای داده‌های موازی استفاده شوند و نرخ اوج معامله برای رمزگشایی قوی‌تر باشد.

این افزایش با توان عملیاتی برنامه یکسان نیست. نرخ سرفصل PHY شامل به‌روزرسانی‌های مسیریابی، رمزگذاری و سربار پروتکل، ارسال مجدد، و زمان پخش مشترک با داده‌های صوتی، تصویری، تله‌متری و فرمان نمی‌شود. مدولاسیون بالاتر به نسبت سیگنال به نویز کافی نیاز دارد، در حالی که مسیرهای آنتن همبسته می توانند جریان های قابل استفاده را محدود کنند. 'دو برابر آنتن' بنابراین به طور قابل اعتماد به معنای 'دو برابر بار قابل حمل' نیست.

رفتار کانال نیز در حین حرکت تغییر می کند. رادیویی که به‌طور خلاصه از دو جریان پشتیبانی می‌کند، ممکن است زمانی که SNR کاهش می‌یابد یا مسیرها به هم مرتبط می‌شوند، به یک جریان، کدگذاری قوی‌تر یا حالت تنوع بازگردد. تست‌های تدارکات باید این انتقال‌ها را ثبت کنند، زیرا تغییرات مکرر نرخ می‌تواند بر تداوم و تأخیر ویدیو تأثیر بگذارد، حتی زمانی که میانگین توان عملیاتی قابل قبول به نظر می‌رسد.

Multi-Hop Relaying محاسبه توان عملیاتی را تغییر می دهد

یک آزمایش پیوند مستقیم اطلاعات کمی در مورد ظرفیت چند پرش در یک مش دارد. هر رله بسته را دریافت و ارسال می کند، زمان پخش مشترک را مصرف می کند و با گره های مجاور رقابت می کند. برخوردها، عقب‌نشینی‌ها و ارسال‌های مجدد نیز بازده خوبی را تغییر می‌دهند. عملکرد چند هاپ به جای جریمه ثابت در هر پرش به بار ترافیک و توپولوژی بستگی دارد.

ظرفیت لینک بالاتر به رادیو مش MIMO MANET فضای بیشتری برای جذب این هزینه می دهد، به ویژه در نزدیکی دروازه هایی که مسیرها همگرا می شوند. یک هاپ ضعیف همچنان می تواند هر منبعی را که در پشت آن قرار دارد گلوگاه کند. سوال مفید این است: چه بار ثابتی در عمیق ترین پرش عملیاتی به مقصد می رسد؟

ترافیکی که ماموریت واقعاً انجام خواهد داد را اندازه گیری کنید

آزمایش باید ترکیب ترافیک ماموریت را بازتولید کند. جریان های uplink و downlink همزمان را اجرا کنید، ویدیو را با تله متری و بسته های کنترلی فعال نگه دارید و با یک، سه و پنج پرش تکرار کنید. حرکت و انسداد جزئی را اضافه کنید تا مشخص شود حالت با نرخ بالا پایدار است یا فقط برای مدت کوتاهی در دسترس است. کمترین نتیجه پایدار قابل قبول را قضاوت کنید، نه بالاترین انفجار ایده آل.

هر دو معماری را با آنتن های مورد نظر، تنظیمات قدرت، طرح کانال، رفتار مسیریابی و بار برنامه فعال با هم مقایسه کنید.

 

محدوده: روی پوشش قابل استفاده تمرکز کنید، نه دورترین سیگنال شناسایی شده

MIMO می تواند عملکرد را در نزدیکی لبه پوشش حفظ کند

حداکثر فاصله تشخیص محدوده قابل استفاده نیست. یک پیوند ممکن است بسته‌های مدیریتی را مبادله کند در حالی که نرخ ویدیوی مورد نیاز، هدف تأخیر یا نسبت تحویل بسته را از بین نمی‌برد. برای یک رادیو مش MANET، پوشش زمانی پایان می یابد که نیاز برنامه دیگر برآورده نشود. یک همسایه دور ناپایدار می تواند کمتر از یک رله کوتاهتر و قابل اعتماد مفید باشد.

MIMO می تواند عملکرد لبه را با ترکیب انرژی سیگنال دریافتی از طریق آنتن های مختلف یا با ارسال کپی های کدگذاری شده ای که شرایط محو شدن متفاوتی را تجربه می کنند، بهبود بخشد. تنوع فضایی و تکنیک‌های فضا-زمان احتمال سقوط هر شاخه را در یک لحظه به محو شدن عمیق کاهش می‌دهد، در حالی که شکل‌دهی پرتو می‌تواند انرژی را به سمت یک مسیر مفید متمرکز کند. تنوع، چندگانه سازی و بهره آرایه مزایای جداگانه ای هستند که به شرایط کانال و پیاده سازی بستگی دارند.

ارزش با محیط تغییر می کند. در خط دید واضح و SNR قوی، یک رادیو مش MANET ممکن است به جریان های فضایی اضافی و مدولاسیون بالاتر کمک کند. در اطراف ساختمان‌ها، زمین، وسایل نقلیه، درختان یا سازه‌های داخلی، مسیرهای منعکس‌شده می‌توانند به‌جای اینکه فقط به عنوان تداخل عمل کنند، تنوع مفیدی را ایجاد کنند. بنابراین یک رادیو مشبک MIMO MANET ممکن است محموله مورد نیاز را دورتر در یک مسیر دشوار حفظ کند، اما به طور خودکار فاصله فیزیکی را چند برابر نمی کند.

بودجه پیوند هنوز هم مرز را تعیین می کند

فرکانس، توان، حساسیت، پهنای باند، افزایش آنتن، از دست دادن کابل، ارتفاع نصب، پلاریزاسیون و فاصله فرنل بودجه پیوند را مشخص می کند. انسداد زمین و سایه پلت فرم می تواند مزیت اسمی MIMO را تحت تأثیر قرار دهد، به ویژه هنگامی که هر دو آنتن توسط بدنه هواپیما، بدنه وسیله نقلیه یا اپراتور یکسان مسدود شده باشند. کانال‌های وسیع‌تر ممکن است ظرفیت پیک را افزایش دهند، اما کیفیت سیگنال بیشتری را در طیف وسیع‌تری از طیف می‌خواهند. کانال‌های باریک‌تر می‌توانند پیوند قوی‌تری را با نرخ پایین‌تری پشتیبانی کنند، زمانی که پوشش بیش از حداکثر توان عملیاتی اهمیت دارد.

هواپیماهای فشرده، ربات ها و واحدهای دستی نیز جداسازی و جهت گیری آنتن را محدود می کنند. آنتن های با فاصله نزدیک یا ایزوله ضعیف ممکن است کانال های همبستگی بیشتری تولید کنند و استقلال فضایی مورد نیاز برای مالتی پلکس شدن را کاهش دهند. مسیریابی کابل، اعوجاج الگو، و الکترونیک نزدیک بیشتر بر عملکرد میدان تأثیر می گذارد. تخمین های برد باید فرکانس، پهنای باند، سیستم آنتن، ارتفاع پلت فرم، نیاز ترافیک و شرایط انتشار را به جای ارائه رقم یک کیلومتری به عنوان ویژگی جهانی یک رادیو مش MANET بیان کنند.

 

قابلیت اطمینان: مزیت فراتر از پیوند RF است

تنوع به کاهش محو شدن، خطاها و ارسال مجدد کمک می کند

قابلیت اطمینان با توانایی گیرنده برای بازیابی داده ها هنگامی که یک مسیر ضعیف می شود شروع می شود. آنتن‌های متعدد مشاهدات بیشتری از سیگنال ارائه می‌کنند، و ترکیب می‌تواند SNR مؤثر را زمانی که آن مشاهدات به اندازه کافی مستقل باشند، بهبود بخشد. رمزگشایی بهتر بسته های خراب را کاهش می دهد. خطاهای کمتر ارسال مجدد را کاهش می دهد. فعالیت ارسال مجدد کمتر، زمان پخش بیشتری را در دسترس باقی می گذارد و تأخیر را سازگارتر می کند. کدگذاری فضا-زمان و ترکیب گیرنده می تواند تنوع را بدون افزودن صرف توان انتقال به دست آورد.

اصطلاحات نباید با هم ترکیب شوند. مالتی پلکس فضایی در درجه اول به دنبال ظرفیت بیشتر است، تنوع دریافت چندین نسخه از یک جریان را ترکیب می کند، کدگذاری فضا-زمان افزونگی ساختار یافته را اضافه می کند و شکل دهی پرتو فاز یا دامنه را برای بهبود تحویل یا دریافت انرژی تنظیم می کند. یک رادیو مش MIMO MANET ممکن است چندین حالت را پشتیبانی کند، اما شکل موج تصمیم می‌گیرد که چه زمانی و چگونه از هر یک استفاده شود. این جزئیات پیاده سازی بیش از وجود دو اتصال دهنده آنتن اهمیت دارد.

همسایگان پایدار به مش کمک می کنند تا مسیرهای بهتری را حفظ کند

یک MANET از پیوندهای رادیویی منفرد ساخته شده است، اما کاربران مسیر را تجربه می کنند. هنگامی که یک همسایه حاشیه ای به طور مکرر ظاهر می شود و ناپدید می شود، مسیریابی ممکن است مسیرها را دوباره محاسبه کند، ترافیک را قطع کند، لرزش را افزایش دهد یا بسته ها را به یک جایگزین طولانی تر و شلوغ تر فشار دهد. مشکل همچنان ادامه دارد زیرا فاصله، جهت، انسداد و تداخل در حین کار تغییر می کند. توپولوژی پویا و مسیریابی چند هاپ چالش های اصلی قابلیت اطمینان در شبکه های موقت موبایل هستند.

پیوندهای RF پایدارتر می توانند ریزش غیر ضروری مسیر را کاهش دهند. تنوع ممکن است به یک رادیو مش MANET کمک کند تا یک همسایه قابل استفاده را حفظ کند، در حالی که یک وسیله نقلیه می چرخد، یک هواپیما کنار می رود، یا یک فرد یک جهت آنتن را مسدود می کند. حفظ چندین همسایه قابل دوام همچنین به لایه مسیریابی جایگزین هایی می دهد که یک مسیر واقعاً با شکست مواجه شود. با این حال، MIMO نمی تواند معیارهای ضعیف مسیریابی، زمان بندی ضعیف به روز رسانی، قرار دادن گره های پراکنده، یا یک دروازه پر بار را تعمیر کند. لینک و قابلیت اطمینان شبکه باید با هم ارزیابی شوند.

تست قابلیت اطمینان در حالی که شبکه در حال حرکت است

خواندن ثابت RSSI یک تست قابلیت اطمینان نیست. مسیری بسازید که شامل خط دید واضح، انسداد جزئی، بخش‌های غیرخط دید، پیچ‌های پلت فرم و تداخل مورد انتظار باشد. در حالی که شبکه MANET Mesh Radio بار ترافیکی عادی خود را حمل می کند، آن را در عمق پرش مورد نظر تکرار کنید. برای سکوهای هوابرد یا با حرکت سریع، به جای تکیه بر اتصال نیمکت، تغییرات جهت و شرایط واقعی داپلر را در نظر بگیرید.

نسبت تحویل بسته، توزیع تأخیر، جیتر، ارسال مجدد، قطع لینک، تغییر مسیر و زمان بازیابی پس از انسداد را ثبت کنید. RSSI و SNR تشخیص های مفیدی هستند، اما هیچ کدام ثابت نمی کنند که رادیو مش MANET می تواند ویدیو را حفظ کند یا ترافیک را کنترل کند. همبستگی اندازه‌گیری‌های RF با رفتار برنامه کمک می‌کند تا تشخیص دهیم که آیا خرابی ناشی از حاشیه لینک ناکافی، تراکم، ناپایداری مسیر یا قرار دادن آنتن است یا خیر. قوی ترین طراحی در بخش دشوار مسیر قابل پیش بینی باقی می ماند، نه فقط به طور متوسط.

 

انتخاب معماری مناسب برای استقرار

SISO هنوز با نیازهای عمدی ساده مطابقت دارد

SISO به طور خودکار منسوخ نمی شود. پیوند تله متری با نرخ پایین بین گره های عمدتاً ثابت ممکن است از زنجیره های RF اضافی سود چندانی نداشته باشد، به خصوص زمانی که فاصله کوتاه است و انتشار قابل پیش بینی است. همین امر در مواردی که فضای آنتن، وزن، مصرف انرژی یا هزینه به شدت محدود است، صدق می کند. برای این مأموریت‌ها، نصب و اعتبارسنجی یک رادیو مش MANET ساده‌تر آسان‌تر است.

مبادله فضای سر کاهش می یابد. فقط یک جریان فضایی در دسترس است و گیرنده گزینه های کمتری برای ترکیب مشاهدات محو شده مستقل دارد. بنابراین، تغییر در پلاریزاسیون، محو شدن عمیق یا انسداد جدید می تواند تأثیر بیشتری بر روی تنها مسیر RF داشته باشد. SISO زمانی قابل دفاع است که الزامات نرخ داده اندک باشد، ترافیک از طریق رله‌های زیادی متمرکز نشده باشد، و آزمایش میدانی حاشیه کافی را در سراسر منطقه عملیاتی تایید می‌کند.

MIMO پیش فرض ایمن تر برای درخواست عملیات MANET است

رادیو مش MIMO MANET زمانی که گره های موبایل ویدئوی HD را در کنار داده های صدا، تله متری، نقشه برداری یا فرمان حمل می کنند، پیش فرض قوی تر است. زمین انعکاسی، انسداد جزئی، تغییر جهت، چندین پرش رله، و تجمع ترافیک، همگی ارزش ظرفیت یا تنوع فضایی اضافی را افزایش می‌دهند. اهداف دقیق در دسترس بودن و تأخیر نیز به نفع یک رادیو مش MANET است که می تواند بین رفتار انتقال با نرخ بالاتر و قوی تر سازگار شود. این تصمیم همچنان باید سیستم کامل پلتفرم آنتن رادیویی را پوشش دهد نه اینکه 'MIMO' را به عنوان یک مشخصات کامل در نظر بگیرد.

WDS MIMOmesh Lightweight Airborne Series نمونه ای عملی از قابلیت هایی است که خریداران باید ارزیابی کنند. این برنامه کدگذاری فضا-زمان، تنوع دریافت، شکل دهی پرتوی ارسال و دریافت، مالتی پلکس فضایی، عرض کانال قابل تنظیم، مدولاسیون تطبیقی ​​و نرخ داده، QoS، مسیریابی پویا و عملیات رله چند هاپ را ترکیب می کند. پیکربندی های موجود در قابلیت پردازش، خروجی RF، اندازه، وزن، مصرف انرژی، محدوده فرکانس و رابط ها متفاوت است، بنابراین انتخاب نهایی به ماموریت بستگی دارد. عملکرد باید با آنتن های مورد نظر، عمق پرش، الگوی تحرک و شرایط ترافیک تایید شود.

 

نتیجه گیری

انتخاب بین MIMO و SISO به ترافیک، تحرک، پوشش و قابلیت اطمینان یک شبکه در این زمینه بستگی دارد. MIMO معمولاً ظرفیت و انعطاف‌پذیری بیشتری را برای استقرار ویدیوهای سنگین، چند هاپ یا مانع ارائه می‌کند، در حالی که SISO برای پیوندهای ساده‌تر و با نرخ پایین‌تر عملی است.

Shenzhen Sinosun Technology Co., Ltd. راه‌حل‌های MANET Mesh Radio را توسعه می‌دهد، از جمله محصولات MIMOmesh که برای داده‌ها، ویدیوها و برنامه‌های شبکه تلفن همراه خود سازماندهی شده‌اند. تطبیق رادیو، چیدمان آنتن، پهنای باند و توان مورد نیاز با محیط عملیاتی به تیم ها کمک می کند تا بدون افزودن پیچیدگی غیرضروری سیستم، پیوندهای پایدارتری ایجاد کنند.

 

سوالات متداول

س: رادیو مش MANET چیست؟

پاسخ: یک رادیو مش MANET یک شبکه خودسازمانده و چند هاپ را تشکیل می دهد که در آن گره های سیار می توانند داده ها را رله کرده و مسیرها را بدون زیرساخت ارتباطی ثابت تطبیق دهند.

س: آیا MIMO همیشه سریعتر از SISO است؟

پاسخ: MIMO می‌تواند چندین جریان فضایی را حمل کند، اما توان عملیاتی واقعی به کیفیت سیگنال، عرض کانال، پیکربندی آنتن، تداخل، سربار پروتکل و اینکه آیا محیط از جداسازی جریان پشتیبانی می‌کند بستگی دارد.

س: آیا MIMO برد رادیو مش را افزایش می دهد؟

پاسخ: MIMO می تواند محدوده قابل استفاده را از طریق تنوع و ترکیب سیگنال بهبود بخشد، اگرچه فرکانس، توان انتقال، حساسیت گیرنده، قرارگیری آنتن، زمین و نرخ داده مورد نیاز هنوز پوشش را تعیین می کند.

س: چرا توان عملیاتی در پرش های چند مش کاهش می یابد؟

A: هر رله باید بسته ها را دریافت و ارسال کند و زمان پخش مشترک را مصرف کند. تداخل، مشاجره، ترافیک مسیریابی و ارسال مجدد، ظرفیت محموله موجود در پرش های عمیق تر را کاهش می دهد.

س: چه زمانی SISO یک انتخاب عملی برای MANET است؟

پاسخ: SISO می‌تواند با تله‌متری با نرخ پایین، پیوندهای قابل پیش‌بینی کوتاه، گره‌های ثابت، یا پلتفرم‌هایی با محدودیت‌های آنتن، توان، وزن، هزینه و پردازش سخت‌گیرانه مناسب باشد.

س: آیا رادیو MIMO به چندین آنتن در هر دو انتها نیاز دارد؟

پاسخ: مزایای کامل MIMO عموماً به زنجیره های انتقال و دریافت سازگار در هر دو نقطه پایانی نیاز دارد. اختلاط تجهیزات SISO و MIMO ممکن است جریان های فضایی، دستاوردهای تنوع، یا عملکرد پیوند را محدود کند.