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ABSTRAIT

Cet article présente un mécanisme dominant d’occupation de canal (DCO) pour la liaison montante rétrodiffusée Wi-Fi dans l’Internet des objets industriel (IIoT). Le DCO fournit un accès aux canaux de haute priorité et une transmission fiable en rafale vers les appareils de rétrodiffusion Wi-Fi, permettant ainsi à la balise de rétrodiffusion Wi-Fi de fournir ses informations de balise au lecteur Wi-Fi sans interférence des périphériques Wi-Fi hérités voisins afin de garantir la rapidité et la fiabilité du système IIoT. Pour les premiers, nous considérons trois types de configurations de contrôle d’accès au support (MAC): «accès multiple de détection de porteuse avec évitement de collision (CSMA / CA) commençant par un court espace inter-trame (SIFS)», «gel de la période de backoff» et « CW réduit_min. ».

De plus, le DCO utilise le SIFS entre les paquets de rafale pour garantir une transmission de rafale fiable. Pour vérifier l’efficacité du DCO et déterminer une valeur appropriée pour les paramètres MAC, nous effectuons des simulations expérimentales dans des environnements IEEE 802.11n PHY / MAC. Les résultats de la simulation montrent que le CW réduit_min a l’effet le plus significatif sur l’occupation du canal. Les dispositifs de rétrodiffusion Wi-Fi atteignent un débit beaucoup plus élevé que les cas séparés lorsque deux ou plusieurs configurations sont utilisées simultanément. De plus, les résultats montrent que l’utilisation du SIFS entre des paquets consécutifs prend en charge une transmission en rafale fiable quelle que soit la transmission des anciens appareils Wi-Fi à proximité.

Communication de liaison montante par rétrodiffusion Wi-Fi

La figure 1 illustre l’architecture et le fonctionnement de la communication en liaison montante par rétrodiffusion Wi-Fi. Comme le montre la figure 1a, la rétrodiffusion Wi-Fi comprend trois types d’appareils: le lecteur Wi-Fi, l’assistant Wi-Fi et la balise de rétrodiffusion Wi-Fi, qui sont l’appareil mobile, le point d’accès Wi-Fi et alimenté par RF. appareil, respectivement. Pour la communication en liaison montante, la balise de rétrodiffusion Wi-Fi transmet ses informations de balise à un lecteur Wi-Fi en réfléchissant ou non un signal d’assistance Wi-Fi. La figure 1b montre le fonctionnement de la communication de liaison montante par rétrodiffusion Wi-Fi.

Conception du DCO

Figure 3. Exemple de transmission en rafale de DCO

La figure 3 montre un exemple opérationnel de la transmission en rafale de dispositifs de rétrodiffusion Wi-Fi exécutant DCO. Dans l’exemple, une paire d’appareils de rétrodiffusion Wi-Fi et deux paires d’appareils Wi-Fi hérités voisins sont supposées. Les dispositifs de rétrodiffusion Wi-Fi utilisent DCO et ont trois paquets pour la transmission en rafale. D’autre part, les anciens appareils Wi-Fi utilisent le mécanisme CSMA / CA et ont un paquet à transmettre. Dans la figure, l’un des dispositifs de rétrodiffusion Wi-Fi transmet le paquet plus tôt que les autres car il utilise «CSMA / CA commençant par SIFS» et «CW réduit_min». En raison de la transmission des appareils de rétrodiffusion Wi-Fi, les appareils Wi-Fi hérités détectent un canal occupé après DIFS et reportent leur transmission jusqu’à la fin de la transmission.

ÉVALUATION DES PERFORMANCES

Figure 4. Exemples de topologie de réseau: (a) quatre périphériques; (b) huit appareils; (c) 14 appareils; et (d) 20 appareils

La figure 4 montre des exemples de topologie de réseau avec différents nombres de périphériques. Tous les appareils sont déployés dans un 100 × 100 m² région et ont la même plage d’interférence. Nous considérons une paire d’appareils par transmission et paramétrons les appareils Tx pour transmettre les paquets consécutivement. Plusieurs paires d’appareils sont déployées dans la région de simulation; l’une des paires est définie sur les appareils de rétrodiffusion Wi-Fi et les autres sur les appareils Wi-Fi hérités.

Figure 10. Cont

La figure 10 montre la variation de débit et le nombre de transmissions de paquets consécutives pour plusieurs paires de dispositifs de rétrodiffusion Wi-Fi. Dans la simulation, 20 paires d’appareils sont déployées au total; le nombre de paires d’appareils de rétrodiffusion Wi-Fi a commencé à partir de un et est passé à 10 par incréments d’une seule étape, et le reste est défini sur les paires d’appareils Wi-Fi hérités. Toutes les configurations MAC sont utilisées pour les paires d’appareils de rétrodiffusion Wi-Fi et CW_min est réglé sur trois. De plus, le nombre de paquets consécutifs pour la transmission en rafale est fixé à 100.

CONCLUSIONS

Cet article présente DCO pour garantir la rapidité et la fiabilité du système IIoT. Le DCO est conçu pour fournir un accès aux canaux de haute priorité et une transmission fiable en rafale. Pour le premier, trois types de configurations MAC sont considérés: «CSMA / CA commençant par SIFS», «gel de la période de backoff» et «CW réduit_min. » Pour ce dernier, on considère le SIFS entre les paquets consécutifs au lieu du DIFS. Les résultats de la simulation montrent que le DCO peut garantir l’occupation du canal dominant des appareils de rétrodiffusion Wi-Fi indépendamment des interférences d’autres appareils Wi-Fi existants à proximité.

Le CSMA / CA commençant par SIFS et le gel de la période d’interruption peuvent améliorer l’occupation des canaux de 85% et 29%, respectivement. Le CW réduit_min est la configuration MAC la plus efficace pour l’accès initial au canal dans des cas séparés. Lorsque CW_min = 1, la majeure partie du canal sans fil partagé est occupée par des appareils de rétrodiffusion Wi-Fi. De plus, les dispositifs de rétrodiffusion Wi-Fi atteignent une occupation de canal beaucoup plus élevée que les cas séparés lorsque plusieurs configurations MAC sont utilisées de manière composite. Si toutes les configurations MAC avec CW_min = 1 sont utilisés pour les dispositifs de rétrodiffusion Wi-Fi, ils ont toujours la priorité la plus élevée pour l’accès aux canaux.

Dans le cas où les dispositifs de rétrodiffusion Wi-Fi utilisent le SIFS entre des paquets consécutifs, ils transmettent les paquets successivement quelles que soient les transmissions des anciens dispositifs Wi-Fi à proximité. Cet article se concentre sur la conception de l’ACD et l’évaluation des performances par simulation expérimentale. Les travaux futurs seront orientés vers la mise en œuvre de DCO à l’aide des pilotes de périphériques Wi-Fi open source disponibles, car cela nécessite le développement supplémentaire de faible MAC d’un assistant Wi-Fi. En particulier, nous évaluerons et vérifierons la faisabilité de DCO dans des environnements IIoT réels grâce à une telle implémentation.

Source: Université Hallym
Auteurs: Jung-hyok Kwon | Hwi-ho Lee | Yongseok Lim | Eui-jik Kim

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