モバイル メッシュ リンクがベンチ上では強力に見えても、動作中にビデオ、遅延、またはルートの安定性が失われる場合、多くの場合、問題は送信電力だけではありません。アンテナ アーキテクチャにより、無線が反射パスを使用し、フェージングを処理し、複数のホップ間で容量を共有する方法が変わります。 MIMO は複数の空間パスを使用してスループットを向上させたり、信頼性を向上させたりできますが、SISO はよりシンプルな単一パス設計を提供します。この比較では、各アプローチが使用可能な範囲、持続的なデータ速度、ネットワークの復元力にどのような影響を与えるかを説明し、選択する際に役立ちます。 MANET メッシュ ラジオは、 ヘッドラインの仕様ではなく、実際の動作条件に対応します。
空間多重化により、 MIMO MANET メッシュ ラジオは 、受信機が個別の空間パスを分離できる場合に、同じ時間周波数リソースで独立したストリームを送信します。 SISO MANET メッシュ無線は 1 つのストリームのみを伝送し、同じ多重化ゲインを取得できません。ただし、より弱い条件下では、並列データの代わりに複数のアンテナがダイバーシティに使用され、ピーク レートと引き換えに、より堅牢なデコードが行われる場合があります。
その利益はアプリケーションのスループットと同じではありません。ヘッドラインの PHY レートには、ルーティングの更新、暗号化とプロトコルのオーバーヘッド、再送信、音声、ビデオ、テレメトリ、およびコマンド データによって共有される通信時間は含まれません。より高度な変調には適切な信号対雑音比が必要ですが、相関するアンテナ パスにより使用可能なストリームが制限される可能性があります。したがって、「アンテナの 2 倍」は、「ペイロードの 2 倍」を確実に意味するものではありません。
チャネルの動作も移動中に変化します。 2 つのストリームを一時的にサポートする無線は、SNR が低下したり、パスに相関性が生じたりすると、1 つのストリーム、より強力なコーディング、またはダイバーシティ モードにフォールバックする可能性があります。平均スループットが許容範囲内に見える場合でも、レートが頻繁に変更されるとビデオの継続性と遅延に影響を与える可能性があるため、調達テストではこれらの遷移をキャプチャする必要があります。
ダイレクトリンクテストでは、メッシュへの数ホップの容量についてはほとんどわかりません。各リレーはパケットを受信して転送し、共有通信時間を消費し、近くのノードと競合します。衝突、バックオフ、再送信によってもグッドプットは変化します。マルチホップのパフォーマンスは、ホップごとの固定ペナルティではなく、トラフィックの負荷とトポロジによって決まります。
リンク容量が増えると、特にルートが集中するゲートウェイ付近で、MIMO MANET メッシュ ラジオにそのコストを吸収する余地が広がります。 1 つの弱いホップが、その背後にあるすべてのソースをボトルネックにする可能性があります。有益な質問は、どの持続ペイロードが最も深い運用ホップで宛先に到達するかということです。
テストではミッションのトラフィック ミックスを再現する必要があります。アップリンクとダウンリンクのフローを同時に実行し、テレメトリと制御パケットでビデオをアクティブに保ち、1、3、5 ホップで繰り返します。動きと部分的な障害物を追加して、高レート モードが安定しているのか、それとも短時間しか利用できないのかを明らかにします。最高の理想的なバーストではなく、許容可能な最低の持続結果を判断してください。
両方のアーキテクチャを、目的のアンテナ、電力設定、チャネル プラン、ルーティング動作、アクティブなアプリケーション負荷とともに比較します。
最大検出距離は使用範囲外です。リンクは、必要なビデオ レート、遅延目標、またはパケット配信率を達成できないまま、管理パケットを交換する可能性があります。 MANET メッシュ無線の場合、アプリケーション要件が満たされなくなるとカバレッジは終了します。不安定な遠くにある近隣のリレーは、短くて信頼できるリレーよりも役に立たない可能性があります。
MIMO は、さまざまなアンテナを通じて受信した信号エネルギーを組み合わせたり、さまざまなフェージング条件が発生するコード化されたコピーを送信したりすることによって、エッジ パフォーマンスを向上させることができます。空間ダイバーシティと時空技術により、すべてのブランチが同時に深いフェードに陥る可能性が低減され、同時にビームフォーミングによりエネルギーを有用なパスに集中させることができます。ダイバーシティ、多重化、およびアレイ ゲインは、チャネルの状態と実装に応じて異なる利点があります。
環境によって価値は変わります。見通しの良いラインと強力な SNR では、MANET メッシュ ラジオは追加の空間ストリームとより高い変調を好む可能性があります。建物、地形、車両、樹木、内部構造物の周囲では、反射されたパスは干渉としてのみ機能するのではなく、有用な多様性を提供できます。したがって、MIMO MANET メッシュ無線は、困難なルートのさらに奥深くまで必要なペイロードを維持できますが、物理的な距離が自動的に増加するわけではありません。
周波数、電力、感度、帯域幅、アンテナ ゲイン、ケーブル損失、取り付け高さ、偏波、およびフレネル クリアランスによってリンク バジェットが定義されます。地形の障害やプラットフォームの影によって、特に両方のアンテナが同じ機体、車体、またはオペレーターによって妨げられている場合、名目上の MIMO の利点が無効になる可能性があります。チャネルの幅が広いとピーク容量は増加しますが、スペクトルのより広いスライスにわたってより高い信号品質が要求されます。ピーク スループットよりもカバレッジが重要な場合、チャネルが狭くなると、より堅牢なリンクを低いレートでサポートできます。
小型の航空機、ロボット、ハンドヘルド ユニットも、アンテナの分離と方向を制限します。アンテナの間隔が狭い、または分離が不十分な場合は、より多くの相関チャネルが生成され、多重化に必要な空間的独立性が低下する可能性があります。ケーブルの配線、パターンの歪み、近くの電子機器は、フィールドのパフォーマンスにさらに影響します。範囲の推定値には、MANET メッシュ無線の普遍的な特性として 1 キロメートルという数字を提示するのではなく、周波数、帯域幅、アンテナ システム、プラットフォームの高さ、トラフィック要件、および伝播条件を記載する必要があります。
信頼性は、1 つのパスが弱まったときに受信側がデータを回復できる能力から始まります。複数のアンテナは信号の追加の観測値を提供し、それらの観測値が十分に独立している場合、結合することで実効 SNR を向上させることができます。デコードを改善すると、破損したパケットが減少します。エラーが減れば再送信も減ります。再送信アクティビティが低いほど、より多くの通信時間が確保され、遅延がより安定します。時空間符号化と受信機の結合により、単に送信電力を追加することなくダイバーシティを得ることができます。
これらの用語を混同しないでください。空間多重化は主により多くの容量を求め、受信ダイバーシティはストリームの複数のバージョンを結合し、時空間符号化は構造化された冗長性を追加し、ビームフォーミングは位相または振幅を調整してエネルギーの配信または受信を改善します。 MIMO MANET メッシュ ラジオは複数のモードをサポートしますが、各モードがいつどのように使用されるかは波形によって決まります。その実装の詳細は、2 つのアンテナ コネクタの存在よりも重要です。
MANET は個々の無線リンクから構築されますが、ユーザーはルートを体験します。マージナルネイバーが繰り返し現れたり消えたりすると、ルーティングはパスを再計算したり、トラフィックを中断したり、ジッターを増加させたり、より長く混雑した代替にパケットをプッシュしたりする可能性があります。動作中に距離、方向、障害物、干渉が変化するため、問題は解決しません。動的トポロジとマルチホップ ルーティングは、モバイル アドホック ネットワークにおける信頼性の中心的な課題です。
RF リンクがより安定すると、不必要なルート チャーンを減らすことができます。ダイバーシティは、車両が旋回するとき、航空機が傾くとき、または人が 1 つのアンテナの向きをブロックしているときに、MANET メッシュ ラジオが使用可能な隣接無線を維持するのに役立つ可能性があります。いくつかの実行可能な近隣を維持すると、パスに本当に障害が発生した場合に、ルーティング層に代替手段が提供されます。それでも、MIMO では、弱いルーティング メトリック、不適切な更新タイミング、まばらなノードの配置、または過負荷のゲートウェイを修復することはできません。リンクとネットワークの信頼性を一緒に評価する必要があります。
定常的な RSSI 測定値は信頼性テストではありません。明確な見通し線、部分的な障害物、代表的な見通し外セグメント、プラットホームの曲がり角、予想される干渉を含むルートを構築します。 MANET メッシュ無線ネットワークが通常のトラフィック負荷を伝送している間、意図したホップ深さでこれを繰り返します。空中または高速で移動するプラットフォームの場合は、ベンチ接続のみに依存するのではなく、向きの変更と現実的なドップラー条件を含めます。
パケット配信率、遅延分布、ジッター、再送信、リンク停止、ルート変更、障害後の回復時間を記録します。 RSSI と SNR は有用な診断ですが、どちらも MANET メッシュ無線がビデオを維持したりトラフィックを制御できることを証明するものではありません。 RF 測定とアプリケーションの動作を相関させると、障害の原因がリンク マージン不足、輻輳、ルーティングの不安定性、アンテナの配置のいずれであるかを特定するのに役立ちます。最も強力な設計は、単に平均的なものではなく、ルートの困難な部分を通じても予測可能です。
SISO は自動的に廃止されるわけではありません。ほぼ固定ノード間の低速テレメトリ リンクでは、特に距離が短く伝播が予測可能な場合、RF チェーンを追加してもほとんどメリットが得られない可能性があります。アンテナのスペース、重量、エネルギー使用、またはコストが厳しく制限されている場合にも同じことが当てはまります。これらのミッションでは、よりシンプルな MANET メッシュ無線の方がインストールと検証が簡単です。
トレードオフとして、ヘッドルームが減少します。利用できる空間ストリームは 1 つだけであり、受信機には個別にフェードした観測値を組み合わせるためのオプションが少なくなります。したがって、偏波の変化、深いフェード、または新たな障害物は、唯一の RF パスに大きな影響を与える可能性があります。 SISO は、データ レート要件が控えめで、多くのリレーを介してトラフィックが集中しておらず、フィールド テストで動作領域全体にわたって適切なマージンが確認されている場合に最も防御可能です。
MIMO MANET メッシュ ラジオは、モバイル ノードが音声、テレメトリ、マッピング、またはコマンド データとともに HD ビデオを伝送する場合のより強力なデフォルトです。反射する地形、部分的な障害物、方向の変化、いくつかの中継ホップ、およびトラフィックの集約はすべて、追加の空間容量または多様性の価値を高めます。可用性と遅延の目標が厳格であるため、より高速な送信動作とより堅牢な送信動作の間で適応できる MANET メッシュ無線も好まれます。この決定は、「MIMO」を完全な仕様として扱うのではなく、完全な無線アンテナ プラットフォーム システムをカバーする必要があります。
WDS MIMOmesh Lightweight Airborne シリーズは、購入者が評価すべき機能の実践例を提供します。時空間コーディング、受信ダイバーシティ、送受信ビームフォーミング、空間多重化、設定可能なチャネル幅、適応変調とデータ レート、QoS、ダイナミック ルーティング、およびマルチホップ リレー動作を組み合わせています。利用可能な構成は、処理能力、RF 出力、サイズ、重量、消費電力、周波数範囲、インターフェイスが異なるため、最終的な選択はミッションによって異なります。パフォーマンスは、目的のアンテナ、ホップ深さ、モビリティ パターン、およびトラフィック条件を使用して検証する必要があります。
MIMO と SISO のどちらを選択するかは、ネットワークが現場で維持する必要があるトラフィック、モビリティ、カバレッジ、および信頼性によって決まります。 MIMO は通常、ビデオの使用量が多い、マルチホップ、または障害のある展開に対してより多くの容量と復元力を提供しますが、SISO はより単純で低レートのリンクに対して実用的です。
Shenzhen Sinosun Technology Co., Ltd. は、自己組織化データ、ビデオ、およびモバイル ネットワーキング アプリケーション向けに設計された MIMOmesh 製品を含む、MANET メッシュ無線ソリューションを開発しています。無線、アンテナ レイアウト、帯域幅、電力要件を動作環境に適合させることで、チームはシステムを不必要に複雑にすることなく、より安定したリンクを構築できます。
A: MANET メッシュ無線は、モバイル ノードが固定通信インフラストラクチャなしでデータを中継し、ルートを適応できる自己組織化マルチホップ ネットワークを形成します。
A: MIMO は複数の空間ストリームを伝送できますが、実際のスループットは信号品質、チャネル幅、アンテナ構成、干渉、プロトコル オーバーヘッド、および環境がストリーム分離をサポートしているかどうかによって異なります。
A: MIMO はダイバーシティと信号結合を通じて使用可能な範囲を改善できますが、それでも周波数、送信電力、受信機の感度、アンテナの配置、地形、必要なデータ レートによってカバレッジが決まります。
A: 各リレーはパケットを受信して再送信する必要があり、共有通信時間を消費します。干渉、競合、トラフィックのルーティング、および再送信により、より深いホップで利用可能なペイロード容量がさらに減少します。
A: SISO は、低レートのテレメトリ、予測可能な短いリンク、固定ノード、またはアンテナ、電力、重量、コスト、処理の制約が厳しいプラットフォームに適しています。
A: 通常、完全な MIMO のメリットを得るには、両方のエンドポイントで互換性のある送信チェーンと受信チェーンが必要です。 SISO と MIMO 機器を混在させると、空間ストリーム、ダイバーシティ ゲイン、またはリンク パフォーマンスが制限される可能性があります。