Μελέτη Παρεμβολών Σε Δίκτυα Μ2μ Εσωτερικού Χώρου Βασισμένα Σε Παλμικό Uwb

Abstract

Τα δίκτυα μηχανής προς μηχανή (machine-to-machine, M2M) έχουν αποτελέσει αντικείμενο έντονης μελέτης το τελευταίο διάστημα και αναμένεται να αποκτήσουν εκρηκτική ανάπτυξη τα επόμενα χρόνια. Οι εφαρμογές τους για τον άνθρωπο και συνολικά την κοινωνία είναι αμέτρητες, παρέχοντας επιπλέον ασφάλεια, άνεση, πληροφόρηση και εξοικονόμηση πόρων. Δυστυχώς, ακόμη δεν έχει υπάρξει σύγκλιση μεταξύ των διαφορετικών προτεινόμενων αρχιτεκτονικών και τυποποιήσεων. Τα δίκτυα M2M καλούνται να συγκεράσουν διαφορετικές απαιτήσεις και παραμέτρους λειτουργίας, όπως χαμηλή κατανάλωση ενέργειας, υψηλή διαθεσιμότητα και ανθεκτικότητα σε παρεμβολές, συνιστώντας καθοριστική την ορθή επιλογή φυσικού στρώματος. Η παρούσα εργασία εξετάζει κατά πόσο το παλμικό UWB (IR-UWB) μπορεί να αποτελέσει κατάλληλο φυσικό στρώμα (PHY) για την ανάπτυξη δικτύων M2M εσωτερικού χώρου (indoor). Εκτιμώντας ότι βασικό πρόβλημα στα δίκτυα αυτά θα είναι οι παρεμβολές τόσο λόγω πολλαπλής πρόσβασης (Multi-User Interference, MUI) όσο και συνυπάρχοντων φασματικά δικτύων στενής ζώνης (Narrowband Interference, NBI), αναπτύχθηκε προσομοιωτής σε γλώσσα Python με σκοπό την αξιολόγηση της επίδοσής τους για διαφορετικά σενάρια λειτουργίας. Για τη ρεαλιστικότερη μελέτη των παρεμβολών, η κίνηση στο ασύρματο μέσο μοντελοποιήθηκε χρησιμοποιώντας στοχαστικές ανελίξεις Poisson, ενώ η τοπολογία των δικτύων χρησιμοποιώντας στοχαστική γεωμετρία (ομογενείς σημειακές ανελίξεις Poisson - Poisson Point Processes, PPP). Στην προσομοίωση λαμβάνονται υπόψη φαινόμενα διάδοσης (απώλειες διάδοσης, λογαριθμοκανονική σκίαση, πολυδιαδρομική λήψη) και λευκός προσθετικός θόρυβος Gauss (Additive White Gaussian Noise, AWGN) ενώ οι δέκτες είναι τύπου Rake. Η επίδοση καταγράφεται με δείκτες όπως το μέσο Bit Error Rate (BER), ο μέσος λόγος σήματος προς παρεμβολή και θόρυβο (Signal-to-Interference-and-Noise Ratio, SINR) και ο μέσος λόγος παρεμβολής προς θόρυβο (Interference-to-Noise Ratio, INR). Τα αποτελέσματα καταδεικνύουν ότι υπό όρους το IR-UWB συνιστά αποτελεσματικό και ταυτόχρονα αποδοτικό ενεργειακά PHY για επικοινωνία M2M εσωτερικού χώρου (indoor) με υψηλές απαιτήσεις σε ρυθμό μετάδοσης δεδομένων (> 10 Mbps).