Ile przeskoków może obsługiwać siatka MANET? Kompromisy dotyczące opóźnień i przepustowości

Liczba przeskoków, które może obsłużyć siatka MANET, rzadko jest taka sama, jak liczba, których powinna używać podczas działania. Trasa może pozostać połączona przez wiele przekaźników, gdy jakość wideo spada, wzrasta opóźnienie poleceń lub współdzielony czas antenowy staje się wąskim gardłem. Różne typy ruchu mogą również osiągać swoje limity w różnych punktach, więc pojedyncza reklamowana liczba przeskoków nie może odpowiedzieć na pytanie dotyczące planowania.

Kluczem jest osądzić Przeskoki siatki MANET według użytecznej przepustowości, opóźnienia od końca do końca, drgań, mobilności i warunków RF. Poniższa dyskusja wyjaśnia, w jaki sposób rozwijają się te kompromisy i jak ustalić praktyczny budżet przeskoków dla rzeczywistych wdrożeń.

 

Przydatna liczba przeskoków jest ustawiana przez aplikację

Zacznij od wymaganego poziomu usług

W przypadku każdego wdrożenia nie ma ustalonego limitu przeskoków siatki MANET, ponieważ aplikacje ulegają awariom na różne sposoby. Trasa może pozostać połączona, gdy wydajność sygnału spadnie poniżej szybkości wyjściowej kodera wideo, zauważalne są drgania głosu lub opóźnienie poleceń przekracza próg operacyjny. Przed ustawieniem limitu przeskoków siatki MANET należy zdefiniować minimalną dobrą wydajność od końca do końca, maksymalne opóźnienie w jedną stronę lub w obie strony, akceptowalny jitter i docelowy współczynnik dostarczania pakietów.

Zmierz te progi na granicy aplikacji, a nie na podstawie szybkości PHY radia. Nagłówki, rywalizacja, ponowne próby i ruch przekazujący zmniejszają użyteczną pojemność. Praktycznym ograniczeniem przeskoków siatki MANET jest pierwszy punkt, w którym poziom usług nie działa przy oczekiwanym obciążeniu, nawet jeśli punkty końcowe nadal wymieniają pakiety.

Różne rodzaje ruchu osiągają limit w różnym czasie

Telemetria wykorzystuje niewielką przepustowość, ale nieaktualne dane mogą nadal być nie do zaakceptowania. Ruch dowodzenia wymaga przewidywalnej reakcji, głos zależy od kontrolowanego opóźnienia i drgań, a obraz wideo na żywo wymaga stałej dobrej jakości. Dlatego wideo ujawnia słabe przeskoki siatki MANET wcześniej niż sporadyczne dane.

Ścieżka, która pomyślnie przenosi dane telemetryczne, może zakończyć się niepowodzeniem, jeśli zostanie wprowadzonych kilka strumieni HD. Twierdzenia takie jak „pięć przeskoków jest bezpieczne” mają niewielką wartość, jeśli nie określono również składu ruchu, rozmiarów pakietów, warunków RF i progów akceptacji.

 

Jak narasta opóźnienie na trasie z wieloma przeskokami

Każdy przekaźnik dodaje więcej niż tylko czas przetwarzania

Każdy przekaźnik dodaje kilka form opóźnienia. Pakiet musi przejść przez bieżące łącze, poczekać na dostęp do kanału, przejść przez logikę przekazywania i wejść do następnej kolejki transmisji. Uszkodzone ramki mogą zostać wysłane ponownie, więc słaba jakość łącza zwiększa opóźnienia i wykorzystanie czasu antenowego. Praktyczny model to: opóźnienie od końca do końca równa się skumulowanemu opóźnieniu na przeskok plus kary za kolejkowanie, retransmisje i zmianę trasy.

Mnożenie laboratoryjnej wartości pojedynczego przeskoku przez liczbę przeskoków siatki MANET daje jedynie punkt odniesienia. Zakłada stabilne łącza i niewielki ruch konkurencyjny. W terenie jeden przeciążony przekaźnik lub słaby segment RF może spowodować większe opóźnienie niż kilka czystych przeskoków.

Przeciążenie powoduje, że opóźnienia rosną nierównomiernie

Przy niskim obciążeniu inny przekaźnik może dodać dość stałe opóźnienie. Gdy ruch zbliża się do pojemności współdzielonego węzła, tworzą się kolejki, a niewielki wzrost oferowanego obciążenia może spowodować znacznie większy wzrost opóźnień na całej trasie. Konflikty w przekazywaniu, zachowanie adresów MAC, zasady routingu i dystrybucja węzłów wpływają na osiągalną przepustowość, podczas gdy wysyłanie przekraczające użyteczną szybkość ścieżki może zwiększyć rywalizację i zmniejszyć dostarczaną wydajność.

Akceptowalna średnia może ukryć istotne pod względem operacyjnym skoki. Zgłaszaj medianę, opóźnienie p95 lub p99, wahania i straty, aby pokazać, czy przeskoki siatki MANET pozostają przewidywalne w przypadku zbieżnych przepływów.

Przenoszenie węzłów dodaje opóźnienia w przywracaniu trasy

Mobilność powoduje tymczasowe skoki w przypadku zerwania łączy i zmiany tras. Węzły mogą aktualizować stan sąsiadów, buforować pakiety, unieważniać ścieżkę, odkrywać alternatywę i wznawiać przekazywanie. AODV uzyskuje trasy do aktywnych miejsc docelowych i reaguje na awarie łączy i zmiany topologii w dynamicznych sieciach typu multi-hop.

OLSR przyjmuje podejście proaktywne, regularnie wymieniając informacje o topologii i utrzymując dostępność tras. Przekaźniki wielopunktowe redukują zbędne przekazywanie komunikatów sterujących. Pozwala to uniknąć wykrywania pierwszego pakietu, ale okresowe aktualizacje nadal zużywają pojemność, a szybsze aktualizacje zwiększają obciążenie. Praktycznym problemem jest to, jak zachowanie routingu wpływa na opóźnienia w zależności od rzeczywistej gęstości, mobilności i wzorca ruchu.

 

Dlaczego przepustowość maleje wraz z dodawaniem przeskoków

Przekazywanie tego samego ruchu ponownie wykorzystuje pojemność sieci

Przekaźnik nie tworzy świeżego widma. Odbiera ruch i retransmituje go, wykorzystując czas antenowy, który w przeciwnym razie mógłby przenieść nowy pakiet. W przypadku trasy półdupleksowej z współdzielonym kanałem pobliskie węzły przekazujące mogą wymagać zmiany, podczas gdy kolizje ukrytych węzłów powodują wycofywanie i ponowne próby. W miarę wzrostu przeskoków siatki MANET ten sam ładunek aplikacji wielokrotnie zużywa zasoby radiowe.

Najsłabsze lub najbardziej obciążone ogniwo może decydować o kompleksowej dobrej jakości. Segment o niższej szybkości zajmuje medium dłużej, podczas gdy przekaźnik centralny może się nasycić pomimo lekko obciążonego otaczającego łącza. Szybkość PHY nie jest użyteczną przepustowością miejsca docelowego. Nadmiar oferowanego obciążenia zamiast zwiększać zyski, tworzy kolejki i straty.

Równoległe strumienie pogłębiają problem. Ruch przekaźnikowy przyczynia się do zakłóceń, a przepustowość maleje, gdy więcej strumieni komunikacyjnych korzysta z tych samych zasobów przesyłania. Demonstracja jednego strumienia nie powinna być traktowana jako dowód na to, że te same przeskoki w siatce MANET mogą obsługiwać jednocześnie kilka przepływów wideo, głosu i telemetrii.

Unikaj skrótu „Połówki przepustowości przy każdym przeskoku”.

Twierdzenie, że każdy skok sieci bezprzewodowej automatycznie zmniejsza przepustowość o 50 procent, jest zbyt proste. Poważna degradacja może wystąpić w łańcuchu z jednym radiem i tym samym kanałem, ale nie ma uniwersalnej wartości procentowej dla każdego MANET. Wydajność zmienia się wraz z ponownym wykorzystaniem kanału, planowaniem, działaniem MIMO, szerokością kanału, jakością łącza, kierunkiem ruchu i liczbą aktywnych przepływów.

Zaplanowana trasa może zachować przepustowość poprzez zmniejszenie zakłóceń i unikanie słabych połączeń. Wielokanałowa obsługa i planowanie mogą oddzielać sprzeczne działania spedycyjne. Routing uwzględniający łącza może również preferować nieco dłuższą ścieżkę z silniejszymi, mniej przeciążonymi łączami, ponieważ współczynnik dostarczania, zakłócenia i współdzielona pojemność mają znaczenie obok liczby przeskoków.

Przykładowy wykres mógłby porównać znormalizowaną jakość transmisji w jednym do ośmiu przeskoków siatki MANET dla przeciążonego łańcucha liniowego i trasy z silniejszymi łączami i lepszym ponownym wykorzystaniem zasobów. Należy go oznaczyć jako ilustrację planowania, a nie punkt odniesienia. Strata na dodatkowy przeskok siatki MANET musi pochodzić z testów z wykorzystaniem zamierzonej konfiguracji i obciążenia ruchem.

 

Warunki, które przesuwają sufit chmielowy

Topologia ma większe znaczenie niż całkowita liczba węzłów

Sama liczba węzłów niewiele mówi o wydajności ścieżki. Sieć złożona z 30 węzłów, w której większość aktywnych tras ma długość jednego lub dwóch przeskoków, może być bardziej spójna niż sieć złożona z 10 węzłów ułożona w jeden długi łańcuch. Ścieżki liniowe wielokrotnie wykorzystują ten sam korytarz przesyłowy, podczas gdy częściowa siatka może oferować krótsze lub mniej zatłoczone alternatywy.

Najbardziej ruchliwe lokalizacje mają większe znaczenie niż teoretyczna średnica sieci. Przekaźniki centralne, węzły sąsiadujące z bramą lub jednostki powietrzne obsługujące kilka węzłów znajdujących się poniżej mogą stać się punktami koncentracji ładunku i ruchu sterującego. Odporna konstrukcja utrzymuje podstawowe przepływy na krótkich trasach o wysokiej jakości, zachowując jednocześnie dodatkowe przeskoki siatki MANET w celu pokrycia i odzyskiwania.

Jakość RF może pomóc w dodatkowym przeskoku

Trasa z najmniejszą liczbą sztafet nie zawsze jest najszybsza. Jedno długie łącze może ucierpieć z powodu niskiego współczynnika SNR, zmniejszonej modulacji, utraty pakietów i powtarzających się retransmisji. Podzielenie go na dwa krótsze, silniejsze łącza dodaje krok przekazywania, ale wyższa szybkość łącza i mniejsza liczba ponownych prób może poprawić zarówno dobrą wydajność, jak i opóźnienie końcowe.

Wynik zależy od umiejscowienia anteny, przeszkód, zakłóceń, mocy nadawania, czułości odbiornika i przepustowości kanału. Dobrze umiejscowiony przekaźnik w zasięgu wzroku może ulepszyć trasę; źle umiejscowiony, jedynie dodaje spór. Wybór trasy powinien zatem uwzględniać jakość łącza i dostępną przepustowość, a nie minimalizować za wszelką cenę przeskoki w siatce MANET.

Przeczytaj oświadczenia o przeskokach produktów w kontekście testowym

Wartości wydajności zależne od konfiguracji mogą stanowić przydatny punkt wyjścia. Dla Dzięki przeskokom siatki MANET o niskim opóźnieniu , seria WDS MIMOmesh Lightweight Airborne Series zapewnia średnio 6 ms jednokierunkowego opóźnienia na przeskok przy 20 MHz i obsługuje ponad 15 przeskoków danych, ponad 10 przeskoków głosowych i ponad 8 przeskoków wideo. Dostępne możliwości techniczne obejmują konfigurowalną przepustowość kanału, adaptacyjne szybkości i modulację, QoS i kilka technik MIMO.

Liczby te ilustrują, dlaczego przeskoki w siatce MANET mogą być oceniane oddzielnie według rodzaju ruchu. Należy je nadal sprawdzać pod kątem szybkości ładowania, odstępów, zakłóceń, mobilności, rozmiaru pakietu i jednoczesnego obciążenia. Osiem przeskoków pomnożone przez linię bazową trwającą 6 ms sugeruje 48 ms w jedną stronę przed ustawieniem w kolejce, ponownymi próbami lub odzyskaniem trasy. Dlatego użyteczną liczbę przeskoków siatki MANET należy potwierdzić w warstwie aplikacji, a nie kopiować bezpośrednio ze specyfikacji.

 

Ustaw możliwy do obrony budżet na przeskoki przed wdrożeniem

Przetestuj sieć przy rzeczywistym ruchu, a nie pustym łączu

Testy terenowe powinny odtworzyć oczekiwaną strukturę ruchu. Zdefiniuj przepływność wideo, sesje głosowe, głośność telemetrii, częstotliwość sterowania, rozmiary pakietów i kierunek. Następnie przetestuj przy jednym, dwóch, czterech, sześciu i ośmiu przeskokach siatki MANET, dodając punkty pośrednie, gdy wyniki zbliżają się do progu akceptacji.

Zachowaj spójność ustawień kanału i oferowanego obciążenia. Powtórz tę czynność z reprezentatywnymi przeszkodami, zakłóceniami, ruchem i zdarzeniem utraty przekaźnika. Mierz dostarczoną wydajność, a nie główną częstotliwość radiową.

Oddziel limit normalny od limitu trybu awaryjnego

Ustaw progi pozytywnego lub negatywnego wyniku przed przejrzeniem wyników. Normalny limit operacyjny powinien obsługiwać pełny zestaw ruchu z marginesem dla dodanych użytkowników, zmianami częstotliwości radiowej i ruchem tras. Oddzielny limit trybu awaryjnego może pozwolić na większą liczbę przeskoków w siatce MANET, gdy celem jest zachowanie podstawowych poleceń lub danych telemetrycznych po awarii przekaźnika.

To rozróżnienie zapobiega pomyleniu ścieżki awaryjnej z rutynową trasą o dużej przepustowości. Dłuższa ścieżka może pozostać cenna, nawet jeśli nie może przenosić normalnego głosu ani obrazu. Zdefiniuj umowę SLA, przetestuj realistyczne obciążenie, zidentyfikuj pierwszy próg, który nie zadziałał, margines rezerwy i ustaw budżet operacyjny poniżej tego punktu. Oddzielne limity dla każdej klasy ruchu są bardziej przydatne niż jedno maksimum dla całej sieci.

 

Wniosek

Praktycznym ograniczeniem przeskoków siatki MANET nie jest najdłuższa trasa, jaką może utworzyć sieć, ale najdłuższa trasa, która nadal spełnia wymagania dotyczące opóźnień, przepustowości, fluktuacji i niezawodności. Testowanie realistycznych warunków ruchu i częstotliwości radiowych pomaga zespołom ustalić oddzielne budżety przeskoków dla wideo, głosu, sterowania i telemetrii, zachowując jednocześnie dłuższe ścieżki w przypadku przełączania awaryjnego.

Shenzhen Sinosun Technology Co., Ltd. dostarcza radia MIMOmesh przeznaczone do dynamicznej komunikacji typu multi-hop, dając planistom sieci konfigurowalne narzędzia umożliwiające zrównoważenie zasięgu, mobilności i wydajności danych. Używane z testowaniem na poziomie aplikacji, systemy te mogą podejmować bardziej niezawodne decyzje dotyczące wdrożenia.

 

Często zadawane pytania

P: Ile przeskoków siatki MANET może obsłużyć sieć?

Odp.: Nie ma zastosowania żaden uniwersalny limit. Praktyczne maksimum to najdłuższa trasa, która nadal spełnia wymagane cele w zakresie opóźnień, przepustowości, fluktuacji, dostarczania pakietów i mobilności w realistycznych warunkach ruchu.

P: Jak każdy dodatkowy przeskok wpływa na opóźnienie?

Odp.: Każdy przekaźnik dodaje transmisję, dostęp do kanału, przetwarzanie, kolejkowanie i możliwe opóźnienie retransmisji. W przypadku zatorów lub zmian tras opóźnienie może gwałtownie wzrosnąć, a nie wzrosnąć o stałą wartość.

P: Czy przepustowość siatki zmniejsza się o połowę przy każdym przeskoku?

O: Nie. Spadek o 50 procent to jedynie przybliżona zasada w przypadku niektórych łańcuchów półdupleksowych ze współdzielonym kanałem. Rzeczywista strata zależy od ponownego użycia kanału, zakłóceń, harmonogramu, MIMO i obciążenia ruchem.

P: Czy trasa z najmniejszą liczbą przeskoków jest zawsze lepsza?

O: Nie zawsze. Jedno słabe łącze dalekobieżne może działać gorzej niż dwa krótsze i silniejsze łącza. Jakość trasy powinna uwzględniać współczynnik SNR, retransmisje, zatory i dostępną przepustowość, a także liczbę przeskoków.

P: W jaki sposób inżynierowie powinni ustalić praktyczny limit przeskoków?

Odp.: Przetestuj reprezentatywne obciążenia wideo, głosu, sterowania i telemetrii przy rosnącej liczbie przeskoków. Ustaw limit operacyjny poniżej pierwszego punktu, w którym nie powiedzie się dowolny próg usługi na poziomie aplikacji.