Optimalizace mezi vrstvami - Cross-layer optimization

Optimalizace mezi vrstvami je únik z čistého vodopád -jako koncept Komunikační model OSI s prakticky přísnými hranicemi mezi vrstvami. Přístup napříč vrstvami přenáší zpětnou vazbu dynamicky přes hranice vrstev, aby umožnil kompenzaci přetížení, latence nebo jiného nesouladu požadavků a zdrojů jakýmkoli řídicím vstupem do jiné vrstvy, ale tato vrstva je přímo ovlivněna zjištěným nedostatkem.[1][2][je zapotřebí objasnění ]

Přísné hranice mezi vrstvami jsou vynuceny v původním síťovém modelu OSI, kde jsou data přísně uchovávána v dané vrstvě. Optimalizace mezi vrstvami odstraňuje takové přísné hranice, aby umožnila komunikaci mezi vrstvami, a to tak, že jedné vrstvě umožní přístup k datům jiné vrstvy, aby si vyměňovala informace a umožňovala interakci. Například znalost aktuálního fyzického stavu pomůže schématu přidělování kanálů nebo strategii automatického opakování požadavku (ARQ) na vrstvě MAC při optimalizaci kompromisů a dosažení maximalizace propustnosti.[3][je zapotřebí objasnění ]

Zejména při směrování informací se současnou poptávkou po omezené kapacitě kanálů může existovat potřeba koncepce intervence k vyvážení mezi např. potřeby srozumitelného přenosu řeči a dostatečně dynamických řídicích příkazů. Jakékoli pevné přidělení zdrojů povede za zvláštních provozních podmínek k nesouladu.[je zapotřebí objasnění ] Jakákoli vysoce dynamická změna přidělování prostředků může ovlivnit srozumitelnost hlasu nebo stabilitu videí. Stejně jako u jiných optimalizačních strategií však algoritmus také spotřebovává čas.[4]

Zásady

Existují zásady, které musí design napříč vrstvami dodržovat:

  • Interakce a zákon nezamýšlených následků
  • Graf závislosti
  • Oddělení a stabilita v časovém měřítku
  • Chaos nespoutaného designu napříč vrstvami

Na rozdíl od tradičního přístupu architektonického designu, kde se návrháři mohou soustředit na jeden problém, aniž by se museli starat o zbytek protokolu, je třeba dávat pozor, aby se zabránilo nežádoucím účinkům na jiné části systému. Závislostní grafy jsou užitečné pro adaptační smyčky, ke kterým dochází při návrhu napříč vrstvami. [5]

Aplikace

Lze použít optimalizaci napříč vrstvami

  • přizpůsobování
  • plánování
  • přidělení zdrojů[6]
  • řízení výkonu
  • kontrola přetížení
  • multihop směrování[7]

Mezi jeho výhody patří vysoká adaptivita v a Síť bezdrátových senzorů a větší optimalizační prostor.[5]

Úprava kvality služeb

Optimalizace napříč vrstvami přispěje ke zlepšení kvality služeb za různých provozních podmínek. Takový adaptivní kvalita služeb management je v současné době předmětem různých patentových přihlášek, jako např.[8] Mechanismus řízení napříč vrstvami poskytuje zpětnou vazbu o souběžných informacích o kvalitě pro adaptivní nastavení parametrů řízení. Platí kontrolní schéma

  • sledované parametry kvality
  • A fuzzy logika založené uvažování o použití vhodné strategie řízení
  • statisticky vypočítaný řídicí vstup do nastavení parametrů a přepínačů režimů

Přizpůsobení efektivnosti zdrojů napříč vrstvami

Aspekt kvality není jediným přístupem k přizpůsobení strategie optimalizace mezi vrstvami. Kontrola přizpůsobená dostupnosti omezených zdrojů je prvním povinným krokem k dosažení alespoň minimální úrovně kvality. Příslušné studie byly provedeny a budou pokračovat.[9]

Přizpůsobení plánování MAC na základě parametrů PHY

Komunikační systémy, které potřebují pracovat přes média s nestacionárním šumem a interferencí na pozadí, mohou těžit z úzké koordinace mezi MAC vrstva (která je odpovědná za plánování přenosů) a PHY vrstva (která řídí skutečný přenos a příjem dat přes média) [10][11]

V některých komunikačních kanálech (například v elektrických vedeních) může být šum a interference nestacionární a mohou se synchronně měnit s 50 nebo 60 Hz Střídavý proud cyklus. V takových scénářích lze zlepšit celkový výkon systému, pokud MAC může získat informace z PHY o tom, kdy a jak se mění úroveň šumu a interference, takže MAC může naplánovat přenos během období, ve kterém hluk a interference úrovně jsou nižší.[11]

Příkladem komunikačního systému, který umožňuje tento druh optimalizace mezi vrstvami, je ITU-T G.hn standard, který poskytuje vysokorychlostní místní síť přes stávající domácí vedení (elektrické vedení, telefonní vedení a koaxiální kabely).

Problémy

Některé problémy mohou nastat při návrhu a optimalizaci mezi vrstvami vytvořením nežádoucích efektů, jak je vysvětleno v.[12][13] Cross-layer design solutions that allow optimized operation for mobile devices in the modern heterogeneous wireless environment are described in,[14] kde jsou navíc zdůrazněny hlavní otevřené technické výzvy v oblasti výzkumu mezivrstvového designu.

Viz také

Reference

  1. ^ http://www.ece.purdue.edu/~shroff/Shroff/journal/LSS06.pdf[mrtvý odkaz ]
  2. ^ „Archivovaná kopie“ (PDF). Archivovány od originál (PDF) dne 2008-07-04. Citováno 2008-06-25.CS1 maint: archivovaná kopie jako titul (odkaz)
  3. ^ [1]
  4. ^ „Archivovaná kopie“ (PDF). Archivovány od originál (PDF) dne 2008-05-16. Citováno 2008-06-25.CS1 maint: archivovaná kopie jako titul (odkaz)
  5. ^ A b Kognitivní rádiové komunikace a sítě: zásady a praxe. Burlington, MA: Academic Press. 2010. str.201 –234. ISBN  9780080879321.
  6. ^ Karmokar, Ashok (21. listopadu 2012). „Energeticky efektivní zelená rádiová komunikace pro aplikace s tolerancí zpoždění“. Příručka zelených informačních a komunikačních systémů.
  7. ^ Wymeersch, Henk (2016). "Vícenásobné řízení přístupu v bezdrátových sítích". Academic Press Library in Mobile and Wireless Communications: Transmission Techniques for Digital Communications.
  8. ^ „Cross-layer integrated collision free path routing - US Patent 7339897“. Archivovány od originál dne 12.06.2011. Citováno 2008-06-25.
  9. ^ http://www.nyman-workshop.org/2003/papers/Cross-Layer%20Optimization%20for%20Sensor%20Networks.pdf
  10. ^ S. Shabdanov, P. Mitran, C. Rosenberg, „Cross-Layer Optimization Using Advanced Physical Layer Techniques in Wireless Mesh Networks“, v IEEE Transaction on Wireless Communications
  11. ^ A b Guowang Miao; Guocong Song (2014). Energeticky a spektrálně efektivní design bezdrátové sítě. Cambridge University Press. ISBN  978-1107039889.
  12. ^ V. Kawadia, P.R. Kumar, „Varovný pohled na design napříč vrstvami“, v: IEEE Wireless Communications, svazek 12, vydání 1, únor 2005.[mrtvý odkaz ]
  13. ^ P. Papadimitratos, A. Mishra a D. Rosenburgh, „Cross-Layer Design Approach to Enhance 802.15.4“, v: IEEE MILCON 2005, svazek 3, str. 1719-1726, červen 2005
  14. ^ F. Foukalas a kol., „Mezivrstevové návrhy bezdrátových mobilních sítí: průzkum a taxonomie“