Ultrabreitband- Medienzugriffsprotokolle für die Kommunikation im Fahrzeug

Transkript

1 Ultrabreitband- Medienzugriffsprotokolle für die Kommunikation im Fahrzeug Kim Bartke, Maria Dolores Perez Guirao Institut für Kommunikationstechnik

2 Inhalt 1. Begriffserklärung: UWB 2. In-Car Kommunikationsszenario 3. Mögliche drahtlose Technologien 4. Implementierung in OMNeT++ 5. Simulationen 6. Zusammenfassung, Ergebnis und Ausblick (2)

3 UWB = Ultra-wide band Charakteristika des Signals (FCC): Begriffserklärung: UWB Bandbreite mind. 500 MHz oder normierte Bandbreite mind. 0.2 [FCC02] Generierung traditionell mit Hilfe von Pulsen im Nanosekunden-Bereich (3)

4 Freigegebenes Spektrum Begriffserklärung: UWB GHz 10.6 GHz GHz indoor limit UWB EIRP in dbm indoor limit UWB EIRP in dbm GHz 9 GHz GHz f in GHz GHz f in GHz FCC (2002) [FCC02] ECC / CEPT (2005) [ECC05] (4)

5 UWB = Ultra-wide band Charakteristika des Signals (FCC): Begriffserklärung: UWB Bandbreite Bandbreite mind. 500 MHz oder normierte Bandbreite mind. 0.2 Generierung traditionell mit Hilfe von Pulsen im Nanosekunden-Bereich Eigenschaften: Robust gegenüber schmalbandigen Interferenzen Robust gegenüber Mehrwegeausbreitung Hohe Störsicherheit Hohe Abhörsicherheit (5)

6 Hohe bis sehr hohe Datenraten, z.b. Multimedia Applikationen In-Car Kommunikationsszenario (6)

7 Drahtlose Technologien ( a) Zwei konträre Vorschläge Spektrum DS UWB [Fish05] OFDM UWB [Bat04] GHz / GHz GHz Max. Datenrate Lokale Regulierung 1.32 Gbps / 2 Gbps Sperrfilter 480 Mbps Ausblenden von Trägern Leistungsaufnahme N/A 15 µw 323 mw Jitter Sensitiv Weniger sensitiv Komplexität Gering Höher Kosten Gering Höher Netzwerkstruktur Stern- oder Peer2Peer verteilte Netzwerkstruktur MAC (CSMA CA) / TDMA PCA / DRP (7)

8 Implementierung in OMNeT++ Für die Implementierung wurde der Mobility Framework des Netzwerksimulators OMNeT++ verwendet [OMN] Fokus auf PHY und MAC Schicht Blackboard Funktionalität zur Kommunikation zwischen den Schichten, z.b. Statusinformationen über den Kanal an MAC Implementiert wurde IEEE MAC (DEV und PNC) PHY (reduziert) mit DS UWB Parametern Applikation (Burst und Stream) für Testzwecke (8)

9 Maximaler Durchsatz Fairness gegenüber Streams Fairness zwischen Bursts Optimale Paketlänge für maximalen Applikationsdurchsatz Einfluss von variabler Fehler- und Datenrate Einfluss des Scheduling Algorithmus Simulationen (9)

10 Burstübertragung von DEV 0 nach DEV 1 Paketlänge: Byte Sofortige bzw. keine Bestätigung Nom. Datenrate: 28, 55, 220, 660 Mbps Fehlerrate des Kanals: 0 Simulation: Maximaler Durchsatz Maximaler Durchsatz und Wirkungsgrad (10)

11 Simulation: Maximaler Durchsatz No Ack (obere Linie), Imm Ack (untere Linie) (11)

12 Simulation: Fairness gegenüber Streams DEV ID Datenrate (bps) Burstlänge (byte) Startzeit (s) DEV 0 1.3E DEV 1 0 5E6 2.0 DEV 2 0 5E6 3.0 DEV 3 128E Paketlänge: 1000 Byte Sofortige bzw. keine Bestätigung Nom. Datenrate: 28 Mbps Fehlerrate des Kanals: 0 (12)

13 Forderungen: Simulation: Fairness gegenüber Streams Keine Störung von Streams durch Burstübertragungen Bevorzugte Behandlung von höher priorisierten Übertragungen (13)

14 Forderungen: Simulation: Fairness gegenüber Streams Keine Störung von Streams durch Burstübertragungen Bevorzugte Behandlung von höher priorisierten Übertragungen (14)

15 Simulation: Fairness zwischen Bursts DEV 0 DEV 3: 1 Gbyte Paketlänge: 1000 Byte Sofortige Bestätigung Fehlerrate des Kanals: 0 Nom. Datenrate: 28 Mbps (15)

16 Burstübertragung von DEV 0 nach DEV 1 Paketlänge: Byte Sofortige bzw. keine Bestätigung Nom. Datenrate: 28 Mbps Fehlerrate des Kanals: Simulation: Optimale Paketlänge (16)

17 Simulation: Optimale Paketlänge Imm Ack (BER variiert) No Ack (BER variiert) (17)

18 Burstübertragung von DEV 0 nach DEV 1 Paketlänge: Byte Sofortige Bestätigung Nom. Datenrate: 28 Mbps Fehlerrate des Kanals: Standardabweichung der Fehlerrate: 0, 0.005, 0.01, Simulation: Einfluss der Fehlerrate (18)

19 Simulation: Einfluss der Fehlerrate Variable BER (19)

20 Stream von DEV 0 nach DEV 1: 300 kbps Standardabweichung der Datenrate: 10% (30 kbps) Paketlänge: 500 Byte Sofortige Bestätigung Nom. Datenrate: 28 Mbps Fehlerrate des Kanals: 0 Simulation: Einfluss der Datenrate (20)

21 Simulation: Einfluss der Datenrate einfach ganzer Kanal (21)

22 Simulation: Scheduling Stream von DEV 0 nach DEV 1: 300 kbps Paketlänge: 1000 Byte Sofortige Bestätigung Variable tutimes : 1, 2, 5, -1 Nom. Datenrate: 28 Mbps Fehlerrate des Kanals: (22)

23 Simulation: Scheduling Mit Beacon Verlust Ohne Beacon Verlust (23)

24 Zusammenfassung, Ergebnis, Ausblick Vorstellung drahtloser Technologien für die In-Car Kommunikation Implementierung von IEEE MAC mit DS-UWB PHY Parametern Bestimmung des maximalen Durchsatzes und der optimalen Paketlänge Gute Fairness des Protokolls Konstante Kanalauslastung unter Volllast bei steigender Zahl der Teilnehmer Variabilität der Fehlerrate bei geringerer negativ, bei höherer positiv Kanalauslastung lässt sich auch bei hoher Fehlerrate begrenzen Hocheffiziente Scheduling Algorithmen nötig, um schlechte Kanalbedingungen auszugleichen (24)

25 IEEE MAC Zusammenfassung, Ergebnis, Ausblick Fairness beim Zugriff auf das Medium Determinismus des Protokolls ermöglicht exakte Voraussagen und Kontinuität in der Übertragung DS UWB Sehr hohe Datenraten Robust gegenüber Mehrwegeausbreitung Hohe Störsicherheit Untersuchte Technologie für die Anwendung in einem drahtlosen Multimedia Szenario im Fahrzeug geeignet (25)

26 Zusammenfassung, Ergebnis, Ausblick Weiterführende Fragen: Welcher Vorschlag (DS oder OFDM) wird sich durchsetzen? Kanalmodell für die Umgebung im Auto Welche Auswirkungen werden Menschen auf die Übertragung haben und umgekehrt? Weitere Untersuchen die gegenseitige Beeinträchtigung von UWB und anderen IEEE Geräten betreffend Verbesserung des Scheduling Algorithmus Dly-Ack als weiteren Bestätigungstyp (26)

27 Vielen Dank für die Aufmerksamkeit! Institut für Kommunikationstechnik

28 Referenzen [Ass05] Assaf, HT PHY Specification, Enhanced Wireless Consortium, Dezember 2005 [Bat04] Batra et. al., Multi-band OFDM Physical Layer Proposal for Task Group 3a, March 2004 [Fish05] Fisher et. al., DS-UWB Physical Layer Submission to Task Group 3a, September 2005 [ECC05]ECC Meeting. Final CEPT Report in response to the Second EC Mandate to CEPT to Harmonize radio spectrum use for Ultra-wideband Systems in the European Union, Oktober 2005 [FCC02] Federal Communications Commission, Washington, D.C First Report and Order, Februar 2002 [OMN] OMNeT++, (28)