۲-۳- پهنای باند
در ارتباطات، تفاوت بین بالاترین و پایینترین فرکانسها را پهنای باند گویند.
در یک شبکه تلفنی پهنای باند۳۰۰۰ هرتز است که از تفاوت بین پایینترین فرکانس ارسالی ممکن که ۳۰۰ هرتز است و بالاترین فرکانس ممکن که ۳۳۰۰ هرتز میباشد به وجود می آید. در شبکه های کامپیوتری بزرگترین پهنای باند به سریعترین یا بزرگترین ظرفیت انتقال داده دلالت دارد [۱۸].
۲-۴- توزیع تکی
توزیع تکی اصطلاحی است که به ارتباطی گفته می شود که در آن اطلاعات از نقطهای به نقطه دیگر انتقال مییابد. در این حالت تنها یک فرستنده و یک گیرنده داریم و اطلاعات از یک فرستنده به یک گیرنده خاص فرستاده می شود. هنوز توزیع تکی به عنوان بیشترین نوع انتقالات در شبکه های و اینترنت کاربرد دارد. شکل ۲-۳ نمونه ای از توزیع تکی را نشان میدهد.
شکل ۲-۳- توزیع تکی
۲-۵- توزیع همگانی
توزیع همگانی به ارتباطی گفته می شود که در آن اطلاعات از یک نقطه به تمام نقاط فرستاده می شود. در این حالت تنها یک فرستنده وجود دارد، اما اطلاعات به تمام گیرندههای مرتبط فرستاده می شود. از توزیع همگانی میتوان برای ارسال یک پیام یکسان به تمام کامپیوترها در یک شبکه استفاده کرد. شکل ۲-۴ نمونه ای از توزیع همگانی را نشان میدهد.
شکل ۲-۴- توزیع همگانی
۲-۶- توزیع چندگانه
توزیع چندگانه به ارتباطی گفته می شود که در آن اطلاعات از یک نقطه به مجموعه ای از نقاط فرستاده می شود در این حالت یک و یا شاید چند فرستنده داشته باشیم که اطلاعات را به گروهی از گیرندهها میفرستند. (تعداد گیرندهها می تواند یک یا بیشتر باشد) نمونه ای از کاربرد توزیع چندگانه در کنفرانسهای تلفنی و ارسال ویدیو یا صدا به گروه خاصی از گیرندههاست.
شکل ۲-۵ نمونه ای از توزیع چندگانه را نشان میدهد [۲۳].
شکل ۲-۵- توزیع چندگانه
۲-۷- توزیع قابل اعتماد[۷۳]
ما نیاز به تعریف دقیقی از توزیع قابل اعتماد داریم. تعریفهای متعددی در این زمینه موجود است. تعریفی کلی در سال ۲۰۰۲ توسط لی[۷۴] ارائه شد که در آن سه سطح از توزیع قابل اعتماد بسته داده ها مشخص شده است که در ادامه آمدهاند:
-
- تمام بستههای داده ها رسانده شوند.
-
- تمام ترتیبها بین بستهها نگهداری شود.
-
- ترتیب کلی رساندن بستهها حفظ شود.
تمام تعریفها نیاز دارند که فرستنده یک بسته داده را ارسال کند و تمام گیرندههای موجود در توزیع چندگانه آن را دریافت کنند. در صورتی که چند بسته داده ارسال شود که گیرندههای آنها مشابه یا متمایز باشند، هیچ تضمینی وجود ندارد که ترتیب خاصی برای دریافت بستهها حفظ شود. به عنوان مثال اگر فرستنده دو بسته را ارسال کند، گیرنده مایل است که را قبل از دریافت کند در حالی که ممکن است تمایل داشته باشد با ترتیب عکس بستهها را دریافت کند (یعنی را قبل از دریافت کند). حال آنکه رساندن تمام بستهها می تواند به عنوان کمترین نیاز هر مکانیزم توزیع قابل اعتماد در نظر گرفته شود، در برخی موارد شرطهای دقیقتر و سختگیرانهتری مورد نظر میباشد، به عنوان مثال ممکن است ترتیبی که بستهها دریافت میشوند به عنوان شرط مورد نیاز در توزیع قابل اعتماد باشد برای نمونه میتوان به گونه ای از توزیع چندگانه اشاره کرد که در آن بستهها، اعمال روی داده ها را به روز رسانی می کنند. اگر دو گیرنده این بستههای به روز رسانی را با ترتیبهای متفاوت دریافت کنند، نتایج متفاوت خواهند بود. به عنوان مثال فرض کنید که یک متغیر صحیح با مقدار اولیه ۱۰ داریم. اگر بسته به گیرنده بگوید که مقدار را دو برابر کند و بسته از گیرنده بخواهد که ۵ واحد به اضافه کند، مقدار نهایی بعد از اینکه ابتداو سپس را دریافت کند، ۲۵ خواهد بود، به صورت مشابه مقدار نهایی گیرنده که ابتدا و سپسرا دریافت کرده است ۳۰ خواهد بود، زیرا ابتدا ۵ واحد بهاضافه کرد و بعد از آن مقدار آن را دو برابر نمود.
تفاوت بین تعریفهای دوم و سوم توزیع قابل اعتماد در قید پذیرش بستههای متفاوت است. جدیترین تعریف، تعریف سوم است که ترتیب بین تمام بستههای توزیع چندگانه تعریف می شود (که میتوانند از فرستندههای یکسان یا متفاوت فرستاده شده باشند) و اجبار می کند که تمام گیرندهها تمام بستهها را دقیقا به ترتیب دریافت کنند. ترتیبی که در آن بستههای توزیع چندگانه به تمام گیرندهها فرستاده میشوند، ترتیب کلی[۷۵] نامیده می شود.
تعریف دوم کمی ضعیفتر است و ترتیبی را اجرا می کند که به آن ترتیب جزئی[۷۶] روی بستههای توزیع چندگانه رسانده شده گفته می شود که درآن روی تمام بستهها قید ترتیب نداریم. به صورت بسیار مختصر، این تعریف میگوید که اگربتواند روی تاثیر بگذارد، تمام گیرندهها بایدرا پیش از دریافت کنند، در صورتی که هیچ تاثیری روی نداشته باشد گیرندهها میتوانند بدون ترتیب خاصی بستههایو را دریافت کنند. بسته می تواند روی بسته این چنین تاثیر بگذارد:
-
- بعد از توسط فرستندهای یکسان ارسال شود.
-
- هنگامی توسط فرستنده ارسال شود کهدریافت شده باشد.
در این موارد میگویند که بر مقدم است. از آنجایی که این رابطه ترتیبی را برای تمام بستهها اجبار نمیکند، به آن ترتیب جزئی گویند [۱۰].
فصل سوم
توزیع قابل اعتماد کد محور در شبکه های بیسیم
مقدمه
توزیع قابل اعتماد کد محور، انتشار بدون اتلاف داده ها از یک فرستنده به گروهی از گیرندهها، دارای کاربردهای وسیعی میباشد. اخیرا از کدگذاری شبکه ها در توزیع قابل اعتماد در شبکه های بیسیم استفاده شده است، جاییکه چند بسته از دست رفته با گیرندههای متمایز تحت عمل با هم ترکیب میشوند و مجددا تحت یک انتقال ارسال میگردند، که در کاهش پهنای باند بسیار موثر است. از آنجا که عمل ساده نمیتواند فرصتهای بالقوه کدگذاری را کاملا بکار گیرد و یافتن مجموعه بهینه از بستههای از دست رفته برای عمل یک مساله بهینه سازی است، در این فصل به بررسی عملهای کدگذاری کلیتری میپردازیم و به صورت اخص دو طرح جدید را نیز ارئه میکنیم. طرح استاتیک که یک بسته کدگذاری شده را مرتبا انتقال میدهد تا هنگامی که تمام گیرندههایی که تمایل به دریافت این بسته دارند، این بسته را دریافت کنند و طرح پویا که در آن بسته کدگذاری شده بعد از دریافت توسط یک یا چند گیرنده به روز رسانی می شود. سپس با بررسی تحلیلی و شبیه سازی شده این دو طرح، نشان میدهیم که طرحهای مورد بحث قرار گرفته، پهنای باند مورد نیاز را نسبت به طرحهای کد محور دردسترس بسیار کاهش می دهند، به خصوص در حالتی که بستههای از دست رفته و تعداد گیرندهها زیاد باشد.
۳-۱- تاریخچه
پهنای باند یکی از مسایل مهم در شبکه های بیسیم است. تکنیکهای کدگذاری شبکه که به گرههای شبکه این امکان را میدهد که عمل کدگذاری را روی داده ها انجام دهند، تاثیر بسیاری در کاهش پهنای باند و مصرف انرژی در شبکه های بیسیم دارند، این مساله در سال ۲۰۰۰ توسط آلسود[۷۷] بررسی شد[۱]. امروزه تلاش های قابل توجهی در خصوص استفاده از کدگذاری شبکه ها در نمونههای ارتباطی متفاوت صورت گرفته است. یو[۷۸] در سال ۲۰۰۵ نشان داد که تغییر اطلاعات مستقل بین دو گره در یک شبکه بیسیم می تواند توسط کدگذاری شبکه و توزیع فیزیک محور صورت گیرد[۲۷]. لی[۷۹] در سالهای ۲۰۰۴ و ۲۰۰۵ به بررسی حالاتی از چندین توزیع تک گیرنده پرداخت و دریافت که کدگذاری شبکه تنها می تواند فوایدی حاشیهای داشته باشد[۱۳، ۱۴]. کاتی[۸۰] در سال ۲۰۰۶ کدگذاری را ارائه داد که در آن کدگذاری بر اساس معماری شبکه صورت میگیرد () و به صورت موثری بازده شبکه را در شبکه های بیسیم بالا میبرد[۹]. در سالهای ۲۰۰۶ و ۲۰۰۷ ، سنگوپتا[۸۱] به بررسی
کدگذاری شبکه با عمل بر اساس معماری شبکه پرداخت[۲۰، ۲۷]. تلاشهایی نیز در خصوص تخمین بازده شبکه هایی بیسیم در حالت کدگذاری بر اساس ساختار شبکه صورت گرفته است[۱۲، ۱۶، ۲۷]. روای هب[۸۲] ترکیبات کلی و پیچیدهتری را نسبت به ترکیبات تحت نام کدبندی شاخص[۸۳] بررسی کرد[۲۴]. اخیرا تلاشهایی نیز در خصوص کدگذاری فیزیک محور شبکه های بیسیم صورت گرفته است[۸، ۳۰]. یو در سال ۲۰۰۵ نشان داد که در یک شبکه سیار استفاده از کدگذاری شبکه به منظور مینیمم کردن هزینه توزیع می تواند به صورت یک مساله بهینه سازی خطی مدل سازی شود [۲۱]. الگوریتمهای غیر متمرکزی توسط لون[۸۴] در سال ۲۰۰۶ به منظور ساخت درخت توزیع با هزینه مینیمم ارائه شدند[۱۷]. پارک[۸۵] در سال ۲۰۰۶ به بررسی تئوری توزیع چندگانه به وسیله کدگذاری در شبکه های غیر قابل اطمینان پرداخت [۲۲] با توجه به کاربرد کدگذاری شبکه برای توزیع در شبکه های بیسیم، الگوریتمهایی احتمالی و قطعی برای توزیع به ترتیب توسط فراگولی[۸۶][۵، ۶] و لی[۱۳] ارائه شدند که نتایجی مهم در ذخیره سازی انرژی داشتند.
توزیع قابل اعتماد، انتشار بدون اتلاف داده ها از یک فرستنده به گروهی از گیرندهها، کاربردهای وسیعی در انتشار داده های دادوستد از یک موسسه مالی به مشتریهایشان دارند. توزیع قابل اعتماد نه تنها از اتلاف داده ها جلوگیری می کند بلکه تاخیر حاصل از انتقال را نیز مورد اغماض قرار میدهد. پیش از این برای اطمینان از توزیع قابل اعتماد، منبع به آسانی داده های از دست رفته (یعنی بستههایی که توسط گیرندهها دریافت نشدهاند) را یکی یکی منتقل میکرد. در سال ۲۰۰۷ نگوین[۸۷] از کدگذاری شبکه ها برای توزیع در شبکه های بیسیم استفاده کرد و دو طرح استاتیک و پویا را بر اساس کدگذاری شبکه ها اراده داد. ایده این طرحها بدین صورت است که ابتدا بستههای از دست رفته را در حافظه ذخیره می کنند، سپس به جای ارسال یکی یکی بستههای از دست رفته، منبع یک مجموعه بهینه از بستههای از دست رفته با گیرندههای متمایز را تحت عمل با هم ترکیب می کند و تحت یک انتقال این بسته کد شده را ارسال مینماید. به عنوان مثال، فرض کنید که گره مبدا باید بستههای را به و بفرستد. گره مبدا در ابتدا بستههای ، و را یکی یکی ارسال می کند تا توسط و دریافت شوند. علاوه بر این فرض میکنیم که و توانسته اند به ترتیب بستههای ، و ، را با موفقیت دریافت کنند. از آنجایی که بستههای از دست رفته که مایل به دریافت آن بود و که تمایل به دریافت آن داشت، دارای گیرندههای متمایز هستند، گره مبدا به جای ارسال مجدد و جداگانه و ، را ارسال می کند. با دریافت توسط ، او می تواند با بهره گرفتن از بسته که قبلا آن را دریافت کرده است بسته را احیا کند. به صورت مشابه با دریافت ، نیز قادر به احیای بسته خواهد بود. تفاوت عمده طرح استاتیک و پویا این است که در طرح استاتیک بسته کدگذاری شده (با عمل) متناوبا ارسال میگردد تا هنگامی که تمام گیرندههایی که تمایل به دریافت این بسته دارند، بسته را دریافت کنند. در حالی که در طرح پویا بسته کدگذاری شده به منظور بهبود تاثیرات انتقال، در هر انتقال به صورت پویا به روز رسانی می شود. (در بخش ۳-۲-۳ به بررسی این مطلب میپردازیم) به منظور بیشتر مشخص شدن آنچه گفته شد به بررسی مثالی ساده میپردازیم. شکل ۳-۱ شبکه ای با دو گیرنده و و ۹ بسته را نشان میدهد. در این مثال بستهها با اعداد ۱ تا ۹ مشخص شده اند.
| ۱ | ۲ | ۳ | ۴ | ۵ |
|
[چهارشنبه 1400-07-21] [ 02:52:00 ق.ظ ]
|
