मल्टीपल मेश नेटवर्क हॉप्स में थ्रूपुट क्यों गिरता है

एक जाल लिंक एक-हॉप परीक्षण में तेज़ दिख सकता है और ट्रैफ़िक कई रिले नोड्स को पार करने के बाद भी निराश कर सकता है। इसका कारण केवल 'अधिक दूरी' नहीं है: प्रत्येक हॉप अतिरिक्त एयरटाइम का उपभोग करता है, और साझा-रेडियो बैकहॉल नोड्स को ट्रैफ़िक प्राप्त करने और अग्रेषित करने के लिए बाध्य कर सकता है, जिससे पथ बढ़ने पर उपयोग करने योग्य थ्रूपुट कम हो जाता है। मेश रेडियो नेटवर्क की योजना बनाने वाले किसी भी व्यक्ति के लिए, वास्तविक चुनौती यह अनुमान लगाना है कि अंतिम छोर पर कितनी क्षमता बची है। एयरटाइम, विवाद, हस्तक्षेप, लिंक गुणवत्ता और स्थानिक पुन: उपयोग को समझने से मल्टी-हॉप प्रदर्शन की भविष्यवाणी करना और भ्रामक सिंगल-हॉप गति आंकड़ों के आसपास डिजाइन करने से बचना आसान हो जाता है।

 

प्रत्येक रिले के पीछे एयरटाइम लागत

प्राप्त करें, फिर अग्रेषित करें: एक पेलोड बार-बार चैनल का उपयोग करता है

एक सरल A → B → C पथ पर विचार करें। नोड ए एक पैकेट को बी तक पहुंचाता है; बी को वह पैकेट प्राप्त करना होगा और फिर उसे सी को भेजना होगा। यदि बी एक ही वायरलेस संसाधन पर हाफ-डुप्लेक्स मेश रेडियो का उपयोग करता है, तो रिसेप्शन और अग्रेषण स्वतंत्र संचालन नहीं हैं जो एक ही पल में स्वतंत्र रूप से हो सकते हैं। इसलिए एक एप्लिकेशन पैकेट एक बार ए-बी पर और फिर बी-सी पर माध्यम पर कब्जा कर लेता है, भले ही पेलोड स्वयं नहीं बढ़ा हो।

यह अंतर बताता है कि PHY दर और प्रयोग करने योग्य थ्रूपुट को कभी भी एक ही संख्या के रूप में क्यों नहीं माना जाना चाहिए। एक रेडियो दोनों लिंक पर उच्च बातचीत की गई डेटा दर की रिपोर्ट कर सकता है, लेकिन एंड-टू-एंड प्रवाह अभी भी प्रत्येक रिले ट्रांसमिशन की एयरटाइम लागत का भुगतान करता है। जैसे-जैसे अधिक हॉप्स जोड़े जाते हैं, मार्ग अपने उपलब्ध चैनल समय का एक बड़ा हिस्सा पहले से प्राप्त पैकेटों को आगे बढ़ाने में खर्च करता है। मेश रेडियो परिनियोजन के लिए, एयरटाइम का बार-बार उपयोग करना पहली क्षमता लागत है।

विवाद और प्रोटोकॉल ओवरहेड शेष क्षमता का उपभोग करते हैं

अग्रेषण एयरटाइम बजट का केवल एक हिस्सा है। एक चैनल साझा करने वाले पड़ोसी नोड्स भी एक ही विवाद या हस्तक्षेप डोमेन के अंदर आ सकते हैं, इसलिए एक लिंक को इंतजार करना पड़ता है जबकि दूसरा सक्रिय होता है। चैनल-एक्सेस प्रक्रियाएं, पावती, रूटिंग संदेश, इंटर-फ्रेम टाइमिंग और रीट्रांसमिशन में अतिरिक्त समय लगता है जो एप्लिकेशन पेलोड के रूप में प्रकट नहीं होता है।

इसका परिणाम हेडलाइन लिंक गति और वितरित डेटा दर के बीच अंतर है। एक और मेश रेडियो हॉप जोड़ने से एक और ट्रांसमिशन अवसर जुड़ जाता है जिसे बाकी नेटवर्क के आसपास शेड्यूल करना पड़ता है, और यह पथ को बनाए रखने के लिए आवश्यक नियंत्रण ट्रैफ़िक को भी बढ़ा सकता है। यही कारण है कि एकल-हॉप गति को नोड्स की संख्या से गुणा करने पर एक इंजीनियर को एंड-टू-एंड क्षमता के बारे में लगभग कुछ भी नहीं पता चलता है। सीमित संसाधन प्रयोग करने योग्य एयरटाइम है, न कि मॉड्यूलेशन दर के बगल में मुद्रित संख्या।

 

50% प्रति-हॉप नियम उपयोगी है—लेकिन सार्वभौमिक नहीं

जहां हाफ-पर-हॉप शॉर्टकट समझ में आता है

'आधे प्रति हॉप' नियम लोकप्रिय हो गया क्योंकि यह एकल-रेडियो या भारी साझा-चैनल बैकहॉल में एक महत्वपूर्ण सबसे खराब स्थिति वाले व्यवहार को पकड़ता है। जब एक रिले ट्रैफ़िक प्राप्त करता है और फिर उसी प्रतिबंधित वायरलेस संसाधन का उपयोग करके इसे आगे बढ़ाता है, तो दो लिंक में प्रवाह को स्थानांतरित करने के लिए लगभग दोगुने चैनल समय की आवश्यकता हो सकती है। उन परिस्थितियों में, एक मेश रेडियो पथ केवल एक अतिरिक्त रिले के बाद अपने प्रयोग करने योग्य थ्रूपुट का एक बड़ा हिस्सा खो सकता है।

100 → 50 → 25 एमबीपीएस जैसा नियोजन उदाहरण एक रूढ़िवादी तनाव परीक्षण के रूप में उपयोगी है, लेकिन गारंटीकृत प्रगति के रूप में नहीं। इसे डिज़ाइनर को यह पूछने के लिए प्रेरित करना चाहिए कि क्या एप्लिकेशन गंभीर रिले ओवरहेड और विवाद को सहन कर सकता है, इसका मतलब यह नहीं है कि हर तीसरे हॉप को पहले-हॉप थ्रूपुट का ठीक एक चौथाई वितरित करना होगा।

क्यों एक रैखिक श्रृंखला एक अलग थ्रूपुट वक्र का अनुसरण कर सकती है?

एक बेहतर इंजीनियरिंग प्रश्न यह है: एक लिंक संचारित होने पर कितने लिंक चुप रहना चाहिए? एक सरलीकृत रैखिक श्रृंखला में, प्रत्येक मेष रेडियो मार्ग में प्रत्येक नोड के बजाय मुख्य रूप से आस-पास के पड़ोसियों के साथ हस्तक्षेप कर सकता है। पैकेट-फ़ॉरवर्डिंग थ्रूपुट 1/एन संबंध का पालन कर सकता है क्योंकि हॉप गिनती बार-बार घातीय आधा होने के बजाय शुरू में बढ़ती है।

टोपोलॉजी विवाद पैटर्न को बदल देती है। अच्छी तरह से दूरी वाले रिले की एक पंक्ति एक घने जाल के बराबर नहीं है जहां कई नोड्स एक दूसरे को सुन सकते हैं और प्रसारण को स्थगित कर सकते हैं। इसलिए समान हॉप गणना वाले दो पथों की अंत-से-अंत क्षमता अलग-अलग हो सकती है, भले ही उनकी नाममात्र लिंक दरें समान हों।

स्थानिक पुन: उपयोग लंबे पथों पर क्या होता है उसे बदल देता है

स्थानिक पुन: उपयोग प्रमुख कारण है कि एक साधारण घातांकीय वक्र के अनुसार लंबे पथ हमेशा ख़राब नहीं होते हैं। यदि दो लिंक इतनी दूर हैं कि एक साथ प्रसारण में कोई वास्तविक हस्तक्षेप नहीं होता है, तो वे एक ही समय या स्पेक्ट्रम संसाधन का पुन: उपयोग कर सकते हैं। इसलिए मेश रेडियो लिंक की एक दूर की जोड़ी समवर्ती रूप से प्रसारित हो सकती है जबकि आसन्न लिंक को अभी भी मोड़ लेना होगा।

व्यावहारिक निहितार्थ सरल है: हॉप गिनती थ्रूपुट योजना के लिए केवल एक इनपुट है। हस्तक्षेप सीमा, नोड रिक्ति, आवृत्ति असाइनमेंट और शेड्यूलिंग यह निर्धारित करते हैं कि प्रत्येक नया रिले वास्तव में कितना महंगा हो जाता है।

 

फ़ील्ड में मल्टी-हॉप थ्रूपुट को नीचे धकेलता है

एक कमज़ोर कड़ी पूरे मार्ग को धीमा कर सकती है

वास्तविक तैनाती में शायद ही कभी समान लिंक शामिल होते हैं। एक मेश रेडियो हॉप में दूरी, आंशिक रुकावट, खराब फ़्रेज़नेल-ज़ोन क्लीयरेंस, पत्ते, इमारतों, इलाके, या नोड आंदोलन के कारण एसएनआर कम हो सकता है। अनुकूली मॉड्यूलेशन उस लिंक को अधिक मजबूत दर की ओर स्थानांतरित करके कनेक्टेड रख सकता है, लेकिन समान मात्रा में डेटा भेजने के लिए अधिक एयरटाइम की आवश्यकता होती है। प्रत्येक प्रवाह जो उस धीमी छलांग को पार करता है, परिणामी बाधा को प्राप्त करता है।

व्यावहारिक रूप में यह सबसे कमजोर कड़ी का प्रभाव है। तीन मजबूत लिंक और एक सीमांत लिंक वाला चार-हॉप मार्ग स्थिर, उच्च-दर वाले लिंक से निर्मित पांच-हॉप मार्ग से भी बदतर प्रदर्शन कर सकता है। इसलिए मुख्य मीट्रिक पूरे जाल में औसत सिग्नल गुणवत्ता नहीं है; यह उन लिंकों की स्थिति है जो महत्वपूर्ण एंड-टू-एंड ट्रैफ़िक ले जाते हैं। मोबाइल मेश रेडियो नेटवर्क के लिए, नोड्स और अवरोधों की स्थिति बदलने पर अड़चन भी बढ़ सकती है।

हस्तक्षेप, पुनः प्रयास और ट्रैफ़िक एकाग्रता हानि को बढ़ाते हैं

हस्तक्षेप प्रयोग योग्य एयरटाइम को व्यर्थ प्रयासों में परिवर्तित कर देता है। यदि पैकेट टकराते हैं या दूषित हो जाते हैं, तो उन्हें पुनः प्रेषित किया जाना चाहिए, जिसका अर्थ है कि मेश रेडियो नेटवर्क समान एप्लिकेशन डेटा वितरित करने में अतिरिक्त चैनल समय खर्च करता है। सह-चैनल गतिविधि और छिपा-नोड व्यवहार इस समस्या को बदतर बना सकता है क्योंकि ट्रांसमीटर एक साझा रिसीवर के माध्यम से अप्रत्यक्ष रूप से संघर्ष कर सकते हैं, भले ही वे एक-दूसरे को विश्वसनीय रूप से समझ न सकें।

ट्रैफ़िक एकत्रीकरण एक अलग प्रकार का दबाव जोड़ता है। गेटवे या कमांड पॉइंट के करीब एक रिले को डाउनस्ट्रीम नोड्स से कई वीडियो फ़ीड, टेलीमेट्री स्ट्रीम, वॉयस सत्र और नियंत्रण पैकेट को अग्रेषित करने की आवश्यकता हो सकती है। प्रत्येक व्यक्तिगत लिंक स्वस्थ होने पर भी वह रिले बाधा बन सकती है। परिणामस्वरूप, समान हॉप गणना वाले दो मार्ग बहुत भिन्न थ्रूपुट प्रदान कर सकते हैं क्योंकि एक पर भारी एकत्रित ट्रैफ़िक होता है या अधिक पुनर्प्रयासों का सामना करना पड़ता है।

 

डिज़ाइन विकल्प जो अधिक क्षमता उपलब्ध रखते हैं

अधिक हॉप्स जोड़ने से पहले समान-चैनल प्रतिस्पर्धा कम करें

पहली डिज़ाइन प्राथमिकता उन रिले चरणों से बचना है जिनकी कवरेज समस्या के लिए आवश्यकता नहीं है। प्रत्येक अतिरिक्त मेश रेडियो को एक ही विवाद क्षेत्र के अंदर बहुत अधिक सक्रिय रिले रखे बिना एक स्थिर लिंक बनाए रखने के लिए तैनात किया जाना चाहिए। जहां आर्किटेक्चर इसकी अनुमति देता है, चैनल या फ़्रीक्वेंसी संसाधनों में हस्तक्षेप करने वाले फ़ॉरवर्डिंग लिंक को अलग करने से उन लिंक को एक-दूसरे पर प्रतीक्षा करने की आवश्यकता कम हो जाती है। अलग-अलग फ़ॉरवर्डिंग लिंक के लिए दो फ़्रीक्वेंसी चैनलों का उपयोग करने से प्रत्येक रिले को एक साझा फ़्रीक्वेंसी पर मजबूर करने की तुलना में हस्तक्षेप को काफी हद तक कम किया जा सकता है।

यातायात वितरण भी मायने रखता है। एक टोपोलॉजी जो प्रत्येक उच्च-दर स्ट्रीम को एक रिले के माध्यम से भेजती है, बाकी नेटवर्क पर भारी लोड होने से पहले एक स्थानीय बाधा पैदा कर सकती है। इसलिए मार्ग नियोजन में यातायात सघनता के साथ-साथ हॉप गणना पर भी विचार करना चाहिए।

प्रति-हॉप दक्षता की सुरक्षा के लिए एमआईएमओ और अनुकूली आरएफ सुविधाओं का उपयोग करें

एमआईएमओ और अनुकूली आरएफ फ़ंक्शन परिस्थितियों की अनुमति होने पर प्रति-हॉप दक्षता को संरक्षित करने में मदद करते हैं। स्थानिक बहुसंकेतन लिंक क्षमता बढ़ा सकता है, जबकि विविधता प्राप्त करने और बीमफॉर्मिंग से मजबूती और सिग्नल गुणवत्ता में सुधार हो सकता है। अनुकूली मॉड्यूलेशन आरएफ स्थितियों में परिवर्तन के रूप में मेष रेडियो को विश्वसनीयता के लिए व्यापार गति देता है, जबकि बुद्धिमान आवृत्ति चयन या आवृत्ति हॉपिंग समस्याग्रस्त स्पेक्ट्रम से बचने में मदद कर सकता है।

QoS बैंडविड्थ नहीं बनाता है, लेकिन यह तय कर सकता है कि क्षमता सीमित होने पर कौन सा ट्रैफ़िक पहले परोसा जाएगा। ध्वनि, नियंत्रण डेटा, या मिशन-महत्वपूर्ण वीडियो को थोक स्थानांतरण पर प्राथमिकता की आवश्यकता हो सकती है। ये तकनीकें रिलेइंग की बुनियादी एयरटाइम लागत को दूर नहीं कर सकती हैं, लेकिन वे टाले जा सकने वाले नुकसान को कम कर सकती हैं।

योजना इनपुट के रूप में उत्पाद विशिष्टताओं का उपयोग करें, न कि अंत-से-अंत गारंटी के रूप में

WDS का MIMOmesh बैकपैक इसका एक व्यावहारिक उदाहरण प्रदान करता है उच्च क्षमता वाला मेश रेडियो MIMO, अनुकूली डेटा दरों, बीमफॉर्मिंग और मल्टी-हॉप रूटिंग के आसपास डिज़ाइन किया गया है। यह प्राप्त विविधता, टीएक्स/आरएक्स बीमफॉर्मिंग, स्थानिक मल्टीप्लेक्सिंग, कॉन्फ़िगर करने योग्य चैनल बैंडविड्थ, अनुकूली डेटा दर, क्यूओएस, बुद्धिमान आवृत्ति चयन, अनुकूली आवृत्ति हॉपिंग और गतिशील मल्टी-हॉप रूटिंग का समर्थन करता है। स्टार, लाइन, नेटवर्क और हाइब्रिड ऑपरेटिंग मोड विभिन्न नेटवर्क लेआउट के लिए अतिरिक्त लचीलापन प्रदान करते हैं।

MIMOmesh बैकपैक डेटा के लिए 15+ हॉप्स, आवाज के लिए 10+ और वीडियो के लिए 8+ का समर्थन करता है, तीन हॉप्स से परे 70% से कम की कुल ट्रांसमिशन-दर हानि के साथ। वे आंकड़े उपयोगी नियोजन इनपुट हैं, लेकिन वे विशिष्ट ट्रैफ़िक मिश्रण और आरएफ वातावरण के परीक्षण के लिए विकल्प नहीं हैं। व्यापक WDS पोर्टफोलियो में शामिल हैं ब्रॉडबैंड मेश रेडियो और नैरोबैंड मेश विकल्प। हैंडहेल्ड, एयरबोर्न, बैकपैक, आउटडोर, वाहन और मॉड्यूल-आधारित फॉर्म कारकों में

 

हेडलाइन लिंक स्पीड के बजाय एंड-टू-एंड थ्रूपुट की योजना बनाएं

एप्लिकेशन से पीछे की ओर कार्य करें

उस ट्रैफ़िक से शुरुआत करें जिसे नेटवर्क को सबसे दूर उपयोगी बिंदु पर ले जाना चाहिए, न कि चरम सिंगल-हॉप गति से। मेश रेडियो योजना में वीडियो स्ट्रीम की संख्या और बिटरेट, आवाज और नियंत्रण ट्रैफ़िक, टेलीमेट्री, फ़ाइल स्थानांतरण, स्वीकार्य विलंबता और घबराहट, एक साथ उपयोगकर्ताओं और अधिकतम अपेक्षित हॉप गहराई का ध्यान रखना चाहिए। आदर्श प्रयोगशाला परिणाम के लिए नेटवर्क को आकार देने के बजाय रूटिंग ओवरहेड, रीट्रांसमिशन और आरएफ स्थितियों को बदलने के लिए हेडरूम जोड़ें।

50%-प्रति-हॉप मॉडल अभी भी तनाव के मामले में उपयोगी हो सकता है। यदि एप्लिकेशन मामूली संख्या में रूढ़िवादी कटौती के तहत भी विफल हो जाता है, तो डिज़ाइन को अधिक क्षमता, कम साझा हॉप्स या एक अलग चैनल रणनीति की आवश्यकता होती है। उस पहली स्क्रीन के बाद, सबसे व्यस्त पथ और सबसे कमजोर संभावित लिंक के आधार पर टोपोलॉजी-जागरूक अनुमान का उपयोग करें।

उस हॉप गहराई पर मार्ग का परीक्षण करें जिसका आप वास्तव में उपयोग करेंगे

अंतिम सत्यापन को उस पथ को पुन: उत्पन्न करना चाहिए जिसका परिनियोजन उपयोग करेगा। यथार्थवादी ट्रैफ़िक सक्रिय होने पर मेश रेडियो नेटवर्क को एक हॉप, दो हॉप, तीन हॉप और इच्छित अधिकतम हॉप गिनती पर मापें। उपयोगी मापों में टीसीपी/यूडीपी एंड-टू-एंड थ्रूपुट, प्रति-हॉप एसएनआर और बातचीत की गई दर, पैकेट हानि, रिट्रांसमिशन, चैनल उपयोग, विलंबता, घबराहट और थ्रूपुट शामिल हैं, जबकि कई एप्लिकेशन स्ट्रीम चल रहे हैं।

स्पष्ट दृष्टि रेखा वाले बेंच परीक्षण पर निर्भर रहने के बजाय यथार्थवादी नोड स्थिति, आंदोलन, बाधाओं और हस्तक्षेप के साथ उन मापों को दोहराएं। एक मजबूत वन-हॉप परिणाम केवल यह साबित करता है कि पहला लिंक अच्छा काम करता है। मल्टी-हॉप मेश रेडियो सिस्टम के लिए, सार्थक प्रदर्शन संख्या प्रयोग करने योग्य थ्रूपुट है जो ट्रैफ़िक और आरएफ स्थितियों के तहत आवश्यक हॉप गहराई पर बनी रहती है जिसका एप्लिकेशन वास्तव में सामना करेगा।

 

निष्कर्ष

मल्टी-हॉप थ्रूपुट गिरता है क्योंकि प्रत्येक रिले एयरटाइम की खपत करता है, जबकि विवाद, हस्तक्षेप, कमजोर लिंक, पुन: प्रसारण और यातायात एकाग्रता प्रयोग करने योग्य क्षमता को और कम कर सकते हैं। व्यावहारिक प्रतिक्रिया सिंगल-हॉप पीक स्पीड के बजाय एंड-टू-एंड प्रदर्शन को डिज़ाइन करना है, रिले लिंक को मजबूत रखना और अनावश्यक चैनल प्रतिस्पर्धा को सीमित करना है। शेन्ज़ेन सिनोसुन टेक्नोलॉजी कं, लिमिटेड अधिक कुशल मल्टी-हॉप संचार का समर्थन करने के लिए एमआईएमओ, बीमफॉर्मिंग, स्थानिक मल्टीप्लेक्सिंग, अनुकूली डेटा दरों और आवृत्ति-होपिंग क्षमताओं का संयोजन करते हुए एमआईएमओमेश बैकपैक श्रृंखला जैसे मेष रेडियो समाधान प्रदान करता है। भरोसेमंद थ्रूपुट प्राप्त करने के लिए सावधानीपूर्वक टोपोलॉजी योजना और यथार्थवादी क्षेत्र परीक्षण आवश्यक है।

 

अक्सर पूछे जाने वाले प्रश्न

प्रश्न: क्या प्रत्येक हॉप के साथ मेश नेटवर्क की गति कम हो जाती है?

उत्तर: हाँ. प्रत्येक रिले को अतिरिक्त एयरटाइम लेते हुए ट्रैफ़िक प्राप्त करना और अग्रेषित करना होगा। वास्तविक कमी चैनल साझाकरण, हस्तक्षेप, लिंक गुणवत्ता, ट्रैफ़िक लोड और रेडियो आर्किटेक्चर पर निर्भर करती है।

प्रश्न: क्या थ्रूपुट हमेशा प्रति मेश हॉप 50% गिरता है?

उत्तर: नहीं। 50% की कमी मुख्य रूप से साझा-रेडियो, समान-चैनल स्थितियों के लिए एक नियोजन नियम है। स्थानिक पुन: उपयोग, अलग चैनल, मल्टी-रेडियो डिज़ाइन और टोपोलॉजी विभिन्न परिणाम उत्पन्न कर सकते हैं।

प्रश्न: एकाधिक हॉप्स में मेश रेडियो थ्रूपुट को क्या प्रभावित करता है?

ए: मुख्य कारकों में अर्ध-डुप्लेक्स अग्रेषण, चैनल विवाद, एसएनआर, मॉड्यूलेशन दर, पुनः प्रसारण, हस्तक्षेप, नोड रिक्ति, यातायात एकत्रीकरण, आवृत्ति आवंटन, और क्या दूर के लिंक एक साथ संचारित हो सकते हैं शामिल हैं।

प्रश्न: एक नेटवर्क कितने मेश हॉप्स का कुशलतापूर्वक उपयोग कर सकता है?

उत्तर: कोई सार्वभौमिक सीमा नहीं है. व्यावहारिक हॉप गिनती आवश्यक एप्लिकेशन बैंडविड्थ, आरएफ स्थितियों, नेटवर्क टोपोलॉजी, ट्रैफिक वॉल्यूम, विलंबता लक्ष्य और मापा एंड-टू-एंड थ्रूपुट पर निर्भर करती है।

प्रश्न: क्या एकाधिक रेडियो या चैनल मल्टी-हॉप थ्रूपुट हानि को कम कर सकते हैं?

उत्तर: हाँ. अलग-अलग रेडियो या फ़्रीक्वेंसी चैनलों का उपयोग करने से बार-बार होने वाले समान-चैनल विवाद को कम किया जा सकता है, जिससे अधिक अग्रेषण गतिविधि समवर्ती रूप से हो सकती है और पूरे जाल में अधिक से अधिक एंड-टू-एंड क्षमता संरक्षित हो सकती है।