Dynamic spectrum access protocols: Channel Change Protocol

Этот раздел опишет работу второго из двух протоколов DSA, применяемого в CWT SR, называемого протоколом "смены каналов" (CCP). CCP - протокол совместного использования диапазона, который позволяет первчиным и вторичным пользователям сосуществовать на одной и той же частоте диапазона беспрепятвсенно.

Dimonchik 27.04.12 в 13:17

В особенности, CCP позволяет CWT SR детектировать возврат первичного пользователя аналогового FRS и управлять процедурами радио перестройки, чтобы переключаться на альтернативный, свободный участок диапазона.

Dimonchik 27.04.12 в 13:44

Изначально CCP был разработан, чтобы отвечать специфическим требованиям the public safety response scenario в SDRC07. CCP подразделяется на два главных компонента. Первый - "определение превичных пользователей", который являет собой набор алгоритмов, которые непрерывно следят за текущим каналом, для того чтобы оперделить место возвращения первичного пользователя.

Dimonchik 27.04.12 в 14:02

Второй - "запуск резерва", состоит из алгоритмов, которые прерывают текущие коммуникации, выбирают вакантный канал из списка резервных каналов, перенастраивают платформу SR на управление этим новым сигналом, выполняют перезагрузку и продолжают коммуникации.

Dimonchik 27.04.12 в 14:13

Первая задача CCP - это определение первчиного пользователя (PUD). Предполагая, что первичные пользователи FRS передают FM- сигналы, а вторичные пользователи SR передают BPSK, QPSK или 8PSK сигналы, задача PUD состоит в дифференциации сигналов между аналоговыми и цифровыми видами модуляций.

Dimonchik 27.04.12 в 14:20

Хотя существуют несколько способов дифференциации вида модуляции, CWT решило модифицировать CSMA алгоритм в существующем GNU Radio MAC уровне. Наша новая CSMA стратегия использует измерения принятой длины сигнального фрейма, применяя сенсоры, внедренные в PHY и MAC layer framework, и обеспечивает недорогое решение легко интегрированное в первый релиз CWT SR.

Dimonchik 27.04.12 в 14:39

Наш CSMA алгоритм похож на традиционные "слушай-перед-тем-как-ты-говоришь" CSMA алгоритмы, но есть три важных модификации. Во-первых, во время режима приема, CCP переставляет таймер отката CSMA на ноль, после того, как целый цифровой фрейм был получен.

Dimonchik 27.04.12 в 14:58

Это маленькая, но очень важная деталь; для потока фреймов, которые передаются непрерывно, таймер переставляется после каждого полного полученного фрейма, безотносительно прошел ли фрейм CRC проверку. Во-вторых, наш CSMA добавляет концепцию порога "расширенной несущей без демодуляции".

Dimonchik 27.04.12 в 15:20

Если счетчик отката продлеваеет этот порог, CPP считает, что первичный пользователь вернулся на текущий канал, и сигнализирует MC для начала запуска процедур смены канала.

Dimonchik 27.04.12 в 15:24

В-третьих, режим считывания несущей настроен на непрерывную работу, за искючением случая, когда SR узел дейсвительно передает фрейм. Это предотвращает SR от попыток "считывания своей же несущей".

Dimonchik 27.04.12 в 15:39

Последнее изменение - ключевое в этом алгоритме, так как обычный CSMA алгоритм только проверяет канал по несущей, только до попытки передачи фрейма, вместо постоянной проверки - за исключением действительной отправки фрейма.

Dimonchik 27.04.12 в 15:45

Конечный результат этих изменений состоит в том, что счетчик отката теперь обеспечивает CCP измерениями длины каждого входящего фрейма в реальном времени. Учитывая, что длина вторичного пользовательского фрейма фиксирована и хорошо известна, все, что длиннее ее, говорит о присутствии первчиного пользователя.

Dimonchik 27.04.12 в 15:58

К примеру, 512-байтовый фрейм переданный на скорости 19,2 Кб/c занял бы 0,213 с. Длина "фрейма" для аналогового FM пользователя - это время, за которое пользователь переводит микрофон из режима "вкл" в режим "выкл".

Dimonchik 27.04.12 в 16:07

Даже без разговора, простое переключение on-off займет 0,25 с. Если порог "расширенной несущей без демодуляции" должен быть выше, чем продолжительность цифрового фрейма, но короче, чем минимальное ожидаемое время включеня FM радио, таймер отката может действовать как эффективный дискриминатор между аналоговыми и цифровыми видами модуляций и как дискриминатор между первичными вторичными пользователями соответственно.

Dimonchik 27.04.12 в 16:14

Рисунок 10 подчеркивает концептуальную работу CSMA алгоритма для PUD. Отдельные детали таймера отката не были отображены для удобства читателя.

Dimonchik 27.04.12 в 16:19

Верхняя половина диаграммы показывает гипотетический сценарий, включающий в себя прием входящих цифровых фреймов(BPSK) от других вторичных пользователей и аналоговых фреймов(FM) от первичных пользователей FRS.

Dimonchik 27.04.12 в 16:24

Нижняя половина диаграммы изображает соответствующее значение таймера задержки отката. На этом рисунке задержка откаты возрастает экспоненциально, когда несущая определена, но линейно убывает, если не определена.

Dimonchik 27.04.12 в 16:29

Единственное критическое исключение имеет место быть, когда таймер задержки отката выставлен именно на ноль после демодуляции полного цифрового фрейма.

Dimonchik 27.04.12 в 16:36

Задержка отката не переставляется на ноль в конце аналогового фрейма, и таймер задержки отката должен дойти до нуля перед тем, как узел сможет передать свой следующий фрейм. На рисунке 10, первичный пользователь был успешно детектирован на времени t0.

Dimonchik 27.04.12 в 16:49

Эксперименты CPP с использованием от двух до трех соседних SRузлов c одним перескоком демонстрирует, что эта PUD техника чрезвучайно эффективна для различения первичных и вторичных пользователей в локальной близости SR.

Dimonchik 27.04.12 в 17:09

Так или иначе, дальнейшее тестирование должно повысить производительность в сетях многими перескоками, как и математическое моделирование, необходимое для оценки результирующей пропускной способности сети.

Dimonchik 27.04.12 в 17:13

Вторая задача CPP - переключение рабочего канала CWT SR, в случае, если PUD произошло. Переключение канала включат в себя две ключевые операции.

Dimonchik 27.04.12 в 17:21

Первая - CCP должен выбрать свободный канал в доступном спектральном пробеле, вторая - СPP должен зпустить передачу управления частотой, путем отправки требуемой информации по перенастройке радио платформы.

Dimonchik 27.04.12 в 17:35

Первая важная задача организовать один или более альтернативных каналов заблаговременно до PUD. Эти альтернативные каналы будут относиться к "резервным каналам", так как все SR узлы в соседней области немедленно зарезервируются под следующий свободный канал, если они определят первичного пользователя.

Dimonchik 27.04.12 в 17:42

Множественные организованные заранее каналы требуются в ситуациях, когда многочисленные FRS радио внезапно начинают передачу, и первые несколько резервных каналов также становятся занятыми. В этом случае, SR узлы получат дополнительные альтернативные каналы в свое распоряжение.

Dimonchik 27.04.12 в 17:52

К примеру, предполагая, что после встречи миногочисленные SR работают на канале А. Они все содержат идентичный словарь резервных каналов, таких как ( B, C, D).

Dimonchik 27.04.12 в 17:57

Если FRS радио внезапно станут активными на каналах А и В, каждый узел CCP сначала определит первчиного пользователя на канале А, а затем переключится на канал В. После перехода на канал В, ССР снова определит первичного пользователя на канале В и переключится на канал С.

Dimonchik 27.04.12 в 18:02

SR узлы останутся на канале C до того, как другой первичный пользователь определится, в таком случае они все переключатся на канал D.

Dimonchik 27.04.12 в 17:58

Конечно, это подразумевает, что все узлы в соседней области выполняют PUD одновременно и успешно переключаются на следующий резервный канал, поддерживающий их синхронизацию.

Dimonchik 27.04.12 в 18:07

Если синхронизация прерывается, и SR узлы теряют "соседей", оно может реактивировать их протоколы "встречи", для того чтобы локализировать и переподключиться с другими узлами.

Dimonchik 27.04.12 в 17:45

В настоящее время для SDRC07, резервные каналы выбираются из свободного места, используя результаты главного SR сканирования/сортировки, а затем вручную вносятся во вторичные узлы в соседней области.

Dimonchik 27.04.12 в 18:11

Будущие версии CWT SR станут включать стратегию, согласно которой словарь резеврных каналов будет автоматически распределяться со всеми узлами в соседней области, используя начальные каналы встречи и специальные конфигурационные и управляющие сообщения.

Dimonchik 27.04.12 в 18:15

Как только все соседние узлы нашли друг друга через протокол "встречи", и у всех есть полный список резервных каналов, они готовы выполнить "прыжок" на альтернативный канал, когда наш CSMA алгоритм определит первичного пользователя.

Dimonchik 27.04.12 в 16:56

Когда происходит PUD, CCP сигнализирует MC. MC в этом случае прервет все коммуникации, пересканирует среду PSD сенсором, чтобы обновить список резервных каналов( если требуется), переключится на свободный канал и затем продолжит коммуникации.

Dimonchik 27.04.12 в 16:44

Чтобы переключить каналы, МС посылает команду "стоп" на радио платформу( уровни MAC и PHY), посылает новый набор конфигурационной информации, используя конфигурационные файлы XML, и перезапускает радио платформу командой "старт".

Dimonchik 27.04.12 в 16:40