노드 밀도는 MANET을 탄력적이거나 비효율적으로 만들 수 있습니다. 도달 가능한 노드가 너무 적으면 경로가 취약해지고 네트워크 파티션이 발생할 가능성이 높아집니다. 트래픽이 많을 때 라디오를 너무 가깝게 묶으면 전파 시간, 간섭 및 라우팅 오버헤드가 공유되어 성능이 저하될 수 있습니다. 계획하고 있는 사람이라면 누구나 무선 메시 라디오 배포에서 실제 과제는 불필요한 경합을 일으키지 않고 안정적인 멀티 홉 경로를 지원하는 밀도를 찾는 것입니다. 밀도가 패킷 전달, 처리량, 대기 시간 및 경로 안정성에 어떤 영향을 미치는지 이해하면 실제 작동 조건에 맞게 노드 크기를 조정하고 배치하는 것이 더 쉬워집니다.
희소 MANET은 먼저 도달 가능성으로 인해 어려움을 겪습니다. 노드 사이의 거리가 사용 가능한 무선 범위에 접근하거나 초과하는 경우 소스는 대상을 향해 가능한 릴레이가 하나만 있거나 전혀 없을 수 있습니다. 이동, 지형 마스킹, 안테나 방향 또는 일시적인 장애물로 인해 경로가 중단되고 네트워크가 연결이 끊긴 그룹으로 나눌 수 있습니다.
새로운 중계 장치가 지리적 공백을 메우고 대체 경로를 생성하기 때문에 이 단계에서는 노드를 추가하는 것이 큰 도움이 되는 경우가 많습니다. 네트워크가 더 이상 단일 중간 링크에 의존하지 않고 경로 복구에 더 많은 인접 후보가 있으므로 패킷 전달이 향상될 수 있습니다. 저밀도 조건은 연결 불량에 특히 취약하며 게이트웨이 또는 백본 노드를 신중하게 배치하면 분리된 그룹 간의 통신을 향상시킬 수 있습니다.
무선 메시 라디오 배포에 대한 실질적인 교훈은 원시 네트워크 용량이 주요 관심사가 되기 전에 커버리지 격차를 해결해야 한다는 것입니다. 대부분의 경우 전략적으로 배치된 공중 또는 고가 중계는 이미 잘 덮여 있는 영역 내부에 배치된 여러 추가 노드보다 더 유용한 연결에 기여합니다.
특정 지점을 지나면 이웃이 추가되어 다른 문제가 발생합니다. 공유 스펙트럼에서 작동하는 무선 노드는 전송 기회를 두고 경쟁해야 하며, 충돌이나 간섭으로 인해 성공적인 수신이 불가능할 경우 패킷을 재전송해야 할 수 있습니다. 더 많은 이웃은 애플리케이션 트래픽과 동일한 매체를 차지하는 더 많은 경로 광고, 검색 메시지, 브로드캐스트 및 기타 제어 교환을 의미할 수도 있습니다.
활동이 물리적 근접성만큼 중요하기 때문에 조밀한 네트워크는 자동으로 혼잡해지지 않습니다. 가끔 원격 측정을 교환하는 50개의 무선 장치는 상당한 통신 시간을 사용하지 않을 수 있는 반면, 여러 비디오 스트림, 명령 트래픽 및 빈번한 라우팅 업데이트를 전달하는 동일한 토폴로지는 채널에 훨씬 더 큰 압력을 가할 수 있습니다. 링크 공유 및 간섭은 결국 각 활성 노드가 얻을 수 있는 유용한 처리량을 제한합니다.
따라서 유용한 작동 영역은 두 극단 사이에 있습니다. 무선 메시 무선 네트워크에는 대체 경로를 유지하기 위해 충분한 이웃이 필요하지만, 추가 경로 다양성이 RF 경쟁, 재전송 및 제어 오버헤드보다 더 클 경우 노드를 추가하면 도움이 되지 않습니다. 희박한 조건에서는 연결이 약하기 때문에 처리량이 낮을 수 있으며, 반복적인 전송이 더 많은 사용 가능한 대역폭을 소비하므로 매우 조밀하고 로드가 많은 조건에서는 다시 처리량이 떨어질 수 있습니다.
패킷 전달 비율(PDR)은 전송된 애플리케이션 패킷이 목적지에 성공적으로 도달한 수를 측정합니다. 라우팅에는 이동, 차단 또는 실패한 링크를 우회할 수 있는 방법이 더 많아지기 때문에 노드 밀도가 적당히 증가하면 PDR이 향상될 수 있습니다. 2개 또는 3개의 사용 가능한 릴레이 선택은 일반적으로 하나의 무선 장치가 네트워크의 두 부분 사이의 유일한 브리지인 토폴로지보다 탄력성이 뛰어납니다.
그러나 위치는 원시 합계보다 더 중요합니다. 한 대의 차량 주위에 10개의 무선 장치가 모여 있으면 원격 그룹에 대한 연결성을 향상시키지 않고도 로컬 이웃 수를 늘릴 수 있습니다. 잘 분산된 더 적은 수의 무선 메시 라디오 노드가 실제 커버리지 격차를 줄이는 위치를 차지할 때 더 의미 있는 경로 다양성을 제공할 수 있습니다.
이러한 구별은 밀도를 평방 킬로미터당 노드로만 처리해서는 안 되는 이유도 설명합니다. 링크는 운영상 유용할 만큼 충분한 품질을 가져야 합니다. 기술적으로 감지 가능하지만 이동성 측면에서 매우 불안정한 이웃은 유용한 경로를 따라 배치된 신뢰할 수 있는 중계보다 복원력이 훨씬 낮습니다.
더 나은 접근성이 더 나은 애플리케이션 처리량을 보장하지는 않습니다. 모든 다중 홉 전송은 무선 리소스를 소비하며 여러 홉을 통해 동일한 데이터를 전달하려면 무선 매체에 반복적으로 액세스해야 합니다. 여러 흐름이 지리적으로 겹치는 경우 라우팅 연결이 여전히 우수하더라도 전송이 방송 시간을 놓고 경쟁할 수 있습니다.
비슷한 이유로 지연 시간이 늘어날 수 있습니다. 패킷은 대기열에서 대기하거나, 채널 액세스 전에 물러나거나, 전달 시도 실패 후 재전송되는 데 더 오랜 시간을 소비할 수 있습니다. 트래픽이 증가함에 따라 무선 메시 라디오 네트워크는 완전한 연결을 유지할 수 있으며 개별 사용자는 처리량 감소, 지연 증가 또는 지터 증가를 경험할 수 있습니다.
명시된 PHY 데이터 속도와 애플리케이션 수준 처리량 간의 차이는 여기서 특히 중요합니다. 실제 애플리케이션 용량은 다중 액세스 동작, 프로토콜 오버헤드, 재전송, 페이딩, 간섭, 경로 길이 및 트래픽 경쟁으로 인해 감소됩니다. 이상적인 조건에서 높은 최고 속도를 낼 수 있는 링크는 여러 홉 이후 또는 근처의 많은 노드가 활성화된 경우 사용 가능한 처리량을 상당히 낮출 수 있습니다.
밀도 상태 |
주요 이점 또는 문제점 |
확인할 첫 번째 측정항목 |
너무 희박함 |
누락되거나 취약한 경로 |
PDR / 경로 가용성 |
보통의 |
더 유용한 대체 경로 |
PDR + 대기 시간 |
교통량이 많고 교통량이 적음 |
강력한 경로 중복성 |
노드당 처리량 |
혼잡하고 교통량이 많음 |
경합 및 큐잉 |
처리량 + 대기 시간 + 재전송 |
라우팅도 용량을 소모합니다. 이웃 수가 증가함에 따라 MANET에는 유지해야 할 더 많은 토폴로지 정보, 평가할 더 많은 잠재적 경로, 경로 검색 또는 유지 관리와 관련된 더 많은 제어 메시지가 있을 수 있습니다. 노드가 빠르게 이동하는 경우 이전에 학습된 정보가 오랫동안 유용하게 유지되기 전에 해당 관계가 변경될 수 있습니다.
그 효과는 라우팅 설계에 크게 좌우됩니다. 반응적 프로토콜은 필요할 때 경로를 생성하는 반면, 사전 예방적 접근 방식은 더 많은 라우팅 정보를 지속적으로 유지합니다. 적응형 시스템은 경로를 선택할 때 추가 링크 또는 토폴로지 입력을 사용할 수 있습니다. 따라서 모든 무선 메시 라디오 네트워크가 비효율적이 되는 범용 노드 수가 없습니다.
제어 오버헤드는 별도의 이론적 문제로 다루기보다는 사용자 트래픽과 함께 측정되어야 합니다. 제어 패킷과 애플리케이션 패킷이 동일한 용량 제한 채널을 공유하는 경우 과도한 신호 전달로 인해 데이터 라우팅 성능이 저하될 수 있습니다. 따라서 연결성, 사용 가능한 용량 및 라우팅 효율성은 별도의 결과로 테스트되어야 합니다.
50노드 MANET '고밀도'를 호출하면 작동 영역을 설명하지 않고는 엔지니어에게 거의 알려주지 않습니다. 소규모 산업 현장 내의 50개 노드는 수십 개의 중첩된 이웃 관계를 생성할 수 있는 반면, 수 평방 킬로미터에 걸쳐 분산된 동일한 무선 장치는 희박한 다중 홉 체인을 형성할 수 있습니다. 클러스터링은 대비를 더욱 강하게 만들 수 있습니다. 한 영역은 혼잡할 수 있고 다른 영역에는 중요한 릴레이 간격이 있을 수 있습니다.
더 유용한 개념은 유효 이웃 밀도(실제 작동 조건에서 무선 장치가 사용 가능한 링크를 유지할 수 있는 노드 수)입니다. 지형, 건물, NLOS 전파, 안테나 배치, 전송 전력, 간섭 및 주파수 선택은 배포된 장치 수를 변경하지 않고도 해당 수치를 변경할 수 있습니다.
이것이 무선 메시 무선 계획이 적용 범위 지도에서 점을 계산하는 것과 다른 점입니다. 적당한 거리로 분리된 두 노드는 장애물이 경로를 차단할 때 제대로 통신할 수 없는 반면, 더 긴 기하학적 거리에 있는 상승된 릴레이는 훨씬 더 강력한 경로를 제공할 수 있습니다. 물리적 밀도와 유효 RF 밀도가 동일하다고 가정해서는 안 됩니다.
이동성은 밀도 문제에 시간을 추가합니다. 차량 호송대는 상당히 예측 가능한 상대 간격을 유지할 수 있는 반면, 다양한 고도와 방향을 횡단하는 UAV는 이웃 관계를 빠르게 나타나고 사라지게 할 수 있습니다. 이동성이 높을수록 전체 무선 장치 수가 일정하게 유지되는 경우에도 경로 변경, 링크 오류 및 복구 활동이 증가할 수 있습니다.
트래픽 밀도는 또 다른 차이를 만듭니다. 토폴로지 밀도는 잠재적인 무선 이웃이 얼마나 많이 존재하는지를 나타냅니다. 트래픽 밀도는 얼마나 많은 노드가 의미 있는 양의 데이터를 전송하거나 중계하는지를 나타냅니다. 가벼운 원격 측정을 수행하는 무선 메시 라디오는 하나의 동시 비디오 스트림 전달과 공유된 방송 시간에 대해 매우 다른 요구 사항을 제시합니다.
따라서 테스트는 예상되는 애플리케이션 혼합을 재현해야 합니다. 명령 및 제어 트래픽은 대역폭이 상대적으로 적지만 지연에 매우 민감할 수 있는 반면, 비디오는 훨씬 더 많은 지속 용량을 소비할 수 있습니다. 유휴 또는 저속 테스트에서 원활하게 수행되는 토폴로지는 실제 트래픽과 이동성이 함께 발생하면 매우 다르게 동작할 수 있습니다.
네트워크 계획은 임의의 목표 노드 수보다는 지리 및 애플리케이션 요구 사항부터 시작해야 합니다. 목표는 경로 다양성을 위해 충분히 신뢰할 수 있는 인접 링크를 설정하는 동시에 해당 경로가 전달해야 하는 트래픽 용량을 보존하는 것입니다. 실용적인 무선 메시 라디오 계획 프로세스는 6단계를 따를 수 있습니다.
1. 운영 영역, 예상 이동 및 노드 집중 가능성을 매핑합니다.
2. NLOS 구역, 지형 장애물, 최악의 경우 무선 간 분리를 식별합니다.
3. 단순히 평균이 아닌 불리한 위치에서 유용한 이웃 수를 추정합니다.
4. 지리적 그룹 간의 중요한 중계가 될 가능성이 있는 노드를 식별합니다.
5. 예상되는 동시 원격 측정, 명령, 음성 또는 비디오 로드를 추가합니다.
6. 주로 경합 도메인을 확대하기보다는 유용한 경로를 추가할 때만 노드를 늘리거나 재배치하십시오.
결과 설계에서는 커버리지 우선 계획보다 더 적은 수의 무선 장치를 사용할 수 있지만 각 노드는 더 명확한 네트워킹 역할을 갖습니다. 두 그룹이 지리적으로 분리되어 있는 경우 두 그룹 내에서 밀도를 높이는 것보다 적절하게 배치된 하나의 릴레이가 더 효과적일 수 있습니다. 또한 이러한 접근 방식을 사용하면 계획자가 불균형적인 트래픽을 전달할 가능성이 있는 릴레이를 식별할 수 있으므로 용량 테스트가 더 쉬워집니다.
스파스 배포에서는 안정적인 경로를 우선시해야 합니다. 릴레이 배치, 안테나 위치, 전송 전력, 작동 주파수, 채널 대역폭 및 링크 견고성은 노드가 연속적인 다중 홉 토폴로지를 형성하는지 여부를 결정할 수 있습니다. 밀도를 높이는 것은 가능한 여러 수정 중 하나일 뿐입니다.
WDS MIMOmesh 제품군에는 MIMO-AB 시리즈가 포함되어 있습니다. UAV 통합을 위한 경량 항공 무선 메시 라디오 및 전략적으로 배치된 항공 중계 노드. 둘 다 MANET + MIMO 작동, 분산 동적 라우팅 및 다중 홉 릴레이 기능을 지원합니다. 따라서 항공 및 지상 노드는 추가 엔드포인트로만 기능하는 것이 아니라 동일한 무선 메시 무선 토폴로지 내에서 서로 다른 위치를 차지할 수 있습니다.
구성 가능한 채널 대역폭, 전송 전력 제어, 빔 형성 및 다양성과 같은 MIMO 기술, 스펙트럼 인식 채널 선택, 원격 토폴로지 모니터링은 링크 동작을 조정하기 위한 추가 도구를 제공합니다. 희박한 네트워크에서는 효과적인 도달 범위를 개선하고 중요한 중계 링크를 강화하거나 노드 배치를 변경하는 것이 단순히 무선 장치를 추가하는 것보다 더 많은 가치를 창출할 수 있습니다.
밀도가 높은 배포에는 반대의 강조점이 필요합니다. 인접 적용 범위가 풍부해지면 엔지니어링 목표는 불필요한 전송과 과도한 경합 도메인이 유용한 용량을 소비하지 않도록 방지하는 방향으로 전환됩니다. 높은 전송 전력은 라우팅 설계에 실제로 필요한 것보다 더 많은 노드가 서로 듣고 경쟁하게 만드는 경우 자동으로 유익하지 않습니다.
채널 폭, 주파수 사용, 트래픽 우선 순위, 멀티캐스트 동작 및 릴레이 로딩은 특히 주의를 기울여야 합니다. 무선 메시 라디오가 고대역폭 비디오와 지연에 민감한 제어 데이터를 모두 전달하는 경우 하나의 편리한 릴레이를 통해 모든 것을 라우팅하면 많은 대체 노드를 사용할 수 있더라도 로컬 병목 현상이 발생할 수 있습니다. 노드당 처리량, 링크 품질, 재전송 및 대기 시간을 모니터링하면 전체 네트워크 처리량 수치보다 먼저 이러한 핫스팟을 확인할 수 있습니다.
구성 가능한 대역폭, 전송 전력 제어, 빔 형성, 공간 다양성 및 다중화, 스펙트럼 스캐닝, 지능형 주파수 선택, 적응형 주파수 호핑, 동적 멀티홉 라우팅과 같은 기능은 변화하는 RF 조건을 관리하는 데 도움이 될 수 있습니다. 무선 메시 라디오 네트워크의 작동 범위를 확장할 수 있지만 공유된 방송 시간과 노드 활동 간의 기본 관계를 제거하지는 않습니다.
MANET 전체에 단일 '평방 킬로미터당 이상적인 노드' 수치가 적용되지 않습니다. 동일한 노드 수를 가진 네트워크는 라우팅 동작, 토폴로지, 이동성, 채널 상태 및 제공되는 트래픽에 따라 서로 다른 처리량, 패킷 전달 및 대기 시간을 제공할 수 있습니다. 따라서 필드 검증에는 예상되는 가장 희박한 토폴로지와 가장 집중적이고 트래픽이 많은 조건이 모두 포함되어야 합니다.
노드 밀도는 단순한 '많을수록 좋다' 척도가 아니라 연결성과 공유 채널 효율성 사이의 균형으로 처리되어야 합니다. 안정적인 MANET 성능은 유용한 이웃 관계, 노드 배치, 이동성, 트래픽 부하 및 사용 가능한 통신 시간에 따라 달라집니다. 희박하고 로드가 많은 조건을 모두 테스트하면 배포 전에 실제 밀도 범위를 결정하는 데 도움이 됩니다.
Shenzhen Sinosun Technology Co., Ltd.는 항공, 차량 및 기타 모바일 네트워크 애플리케이션을 위한 MIMOmesh 무선 메시 라디오 솔루션을 제공합니다. 이러한 옵션은 실제 적용 범위 및 트래픽 요구 사항을 중심으로 MANET 네트워크를 구축할 때 유연한 릴레이 배치 및 다중 홉 연결을 지원할 수 있습니다.
A: 아니요. 추가 노드는 적용 범위와 경로 중복성을 향상시킬 수 있지만 과도한 밀도는 간섭, 채널 경합, 라우팅 오버헤드, 재전송 및 대기 시간을 증가시킬 수 있습니다.
답: 보편적인 가치는 없습니다. 적합한 밀도는 적용 범위, 무선 범위, 이동성, 지형, 트래픽 양, 라우팅 동작 및 필요한 네트워크 탄력성에 따라 달라집니다.
A: 적당한 밀도는 대체 경로를 제공하여 연결성을 향상시킬 수 있습니다. 더 높은 활성 밀도에서는 경쟁적인 전송 및 다중 홉 전달이 사용 가능한 통신 시간과 노드당 처리량을 줄일 수 있습니다.
A: 희박한 네트워크에는 연속적인 다중 홉 경로를 유지하기에 충분한 중간 노드가 부족할 수 있습니다. 중요한 릴레이의 이동이나 방해로 인해 노드가 격리되거나 네트워크가 분할될 수 있습니다.
A: 이동성은 이웃 관계와 사용 가능한 경로를 지속적으로 변경합니다. 밀도가 높을수록 백업 경로를 제공할 수 있지만 토폴로지가 자주 변경되면 경로 유지 관리 및 트래픽 제어가 증가할 수도 있습니다.