Mac Protocol Design In Full Duplex Enabled Wireless Networks PDF Download

Les xarxes sense fils basades en l'estàndard IEEE 802.11, sobretot aquelles que funcionen en mode infraestructura, conegudes com a xarxes WLAN o Wi-Fi, han tingut molt d'èxit i s'han convertit en una part indispensable de la nostra vida tant a les llars com als llocs de treball. No obstant això, el ràpid creixement dels dispositius sense fils, i un canvi d'hàbits dels usuaris des de la navegació web cap a una àmplia varietat d'aplicacions que requereixen un gran ample de banda (per exemple, vídeo d'alta definició, les xarxes socials o la càrrega de continguts al núvol), han fet que les WLAN d'avui en dia tinguin un baix rendiment. La pròxima generació de WLANs, basades en el nou estàndard IEEE 802.11ac, respon a aquests reptes mitjançant la introducció d'una sèrie de novetats a nivell físic (PHY) i a nivell d'accés al medi (MAC), incloent l'enllaç de baixada Multi-user Multiple-Input Multiple-Output (MU-MIMO), un nou esquema de modulació i codificació, canals amb major amplada de banda i l'agregació de trames. Entre ells, l'enllaç de baixada MU-MIMO és una de les novetats més importants per a millorar significativament el rendiment de les xarxes WLAN, ja que permet que el punt d'accés (AP) pugui transmetre trames a múltiples estacions (STA) en paral·lel, cosa que pot augmentar substancialment el rendiment de la xarxa, així com mitigar les altes taxes de col·lisió. D'altra banda, els avenços recents en investigació sobre la transmissió full-duplex (FD) obren una altra línia per millorar el rendiment de les xarxes WLAN amb molts usuaris. Transmissions full-duplex en xarxes sense fils trenquen la suposició que diu que els nodes no poden transmetre i rebre simultàniament usant la mateixa freqüència. Aquest emocionant avenç no només promet un augment de capacitat en permetre la transmissió i recepció simultània, sinó que també podria portar canvis revolucionaris en el disseny MAC sacsejant els fonaments del mecanisme Carrier Sense Multiple Access amb prevenció de col·lisions (CSMA/CA). Així, el CSMA/CA pot arribar a ser obsolet i ser reemplaçat per un sistema de detecció de col·lisions gràcies a la capacitat de transmissió i recepció simultània dels nodes que suportin full-duplex. No obstant això, aquestes dues línies d'avenços PHY (és a dir, MU-MIMO i FD) no es tradueixen directament en guanys de rendiment útils a la capa MAC (per exemple, l'augment de rendiment). Per tal de tenir beneficis per fer servir MU-MIMO i FD, es necessita adaptar els actuals protocols MAC. En aquesta tesi, primer examinem les propostes de protocols MAC existents a la literatura i, a continuació, mostrem els nostres esforços en la introducció de les adaptacions necessàries per donar suport MAC MU-MIMO a l'enllaç descendent i a l'enllaç ascendent per separat. Després d'això, combinem les adaptacions per a l'enllaç descendent i ascendent en un protocol MU-MIMO MAC unificat i avaluem el seu rendiment tant en condicions saturades com no saturades. A continuació, anem a modelar i avaluar el funcionament del nou IEEE 802.11ac MAC, i els comparem amb les nostres propostes en una xarxa mallada sense fils (xarxa back-haul). A continuació, es proposa un MAC que suporta full-duplex (FD+) per millorar les prestacions dels sistemes sense fils, on analíticament modelem transmissions FD i investiguem quins guanys es poden aconseguir a la capa MAC. Finalment, presentem les conclusions del nostre treball i plantegem les direccions futures en aquest camp de recerca.