zunia.vn

Tuyển sinh 2024 dành cho Gen-Z

zunia.vn

» Kỹ Thuật - Công Nghệ

» Kĩ thuật Viễn thông

Những ảnh hưởng của thời tiết đối với kết nối mạng quang vô tuyến

Chia sẻ: Wang Ziyi | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:6

Báo xấu

35
lượt xem 3
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài viết xem xét một mạng FSO nhiều nút, các nút được phân phối tại các vị trí cố định trên một đường truyền nhất định. Tôi tính đến các hiện tượng thời tiết quan trọng nhất như là: sương mù, mưa và tuyết, và rút ra biểu thức giải tích xác suất nút cách ly. Tiếp theo, chúng ta tìm thấy số lượng trạm thu phát cho một chiều dài kết nối nhất định để đạt được hiệu suất đáng tin cậy. Mời các bạn cùng tham khảo!

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Những ảnh hưởng của thời tiết đối với kết nối mạng quang vô tuyến

Hội Thảo Quốc Gia 2015 về Điện Tử, Truyền Thông và Công Nghệ Thông Tin (ECIT 2015) Hội Thảo Quốc Gia 2015 về Điện Tử, Truyền Thông và Công Nghệ Thông Tin (ECIT 2015) Những Ảnh Hưởng Của Thời Tiết Đối Với Kết Nối Mạng Quang Vô Tuyến Lê Quốc Cường, Sở Thông tin và Truyền thông TPHCM, email: cuonglequoc@gmail.com Tăng Chí Kiệt, Học viện Công nghệ Bưu Chính Viễn thông (TPHCM), email: kiettc@gmail.com Tóm tắt – Với những ưu điểm mang lại của hệ thống quang hiếm khi xảy ra đồng thời vì thế ta tiến hành nghiên cứu nó vô tuyến thì quang vô tuyến (FSO) là mạng của kết nối trong riêng biệt [2]. tương lai. Tuy nhiên, quang vô tuyến bị ảnh hưởng rất lớn các Một giải pháp hiệu quả để giảm thiểu suy hao hiệu suất yếu tố khách quan của các điều kiện khí quyển thường xuyên của hệ thống FSO là sử dụng các kỹ thuật chuyển tiếp hỗ trợ. thay đổi dẫn đến làm suy hao hiệu suất kênh truyền. Do đó việc Trong một kênh truyền đa bước nhảy, tổng đường truyền được sử dụng nút chuyển tiếp là một trong những phương pháp hứa hẹn nhất đế giảm thiểu suy hao của hiệu suất truyền trong mạng chia thành những khoảng cách nhỏ. Tại mỗi nút chuyển tiếp, quang vô tuyến. Trong bài báo này, chúng ta xem xét một mạng các tín hiệu quang nhận được, xử lý và truyền sang nút kế tiếp. FSO nhiều nút, các nút được phân phối tại các vị trí cố định trên Bằng cách đó, một mạng lưới nối tiếp có thể truyền tín hiệu một đường truyền nhất định. Tôi tính đến các hiện tượng thời tiết đến những nơi khoảng cách xa [3]. Một mạng nối tiếp được quan trọng nhất như là: sương mù, mưa và tuyết, và rút ra biểu cho là kết nối khi tồn tại một kết nối từ một nút đến một nút thức giải tích xác suất nút cách ly. Tiếp theo, chúng ta tìm thấy số bất kỳ khác. Việc thiếu kết nối giữa ít nhất một cặp nguồn– lượng trạm thu phát cho một chiều dài kết nối nhất định để đạt đích có nghĩa là mạng được cho là bị ngắt kết nối [4]. Một được hiệu suất đáng tin cậy. Ngoài ra, tôi cũng xem xét các tham số quan trọng để mô tả kết nối là xác suất một nút bị trường hợp ngược lại, nghĩa là, với một số lượng máy thu phát cách ly, là xác suất mà một nút ngẫu nhiên không thể kết nối nhất định ta có thể tìm được chiều dài kết nối nhất định để đạt được hiệu suất đáng tin cậy. Các phân tích cũng cung cấp những với bất kỳ nút khác [5]. hiểu biết đáng kể vào những yếu tố chính làm giảm hiệu suất của Số lượng trạm chuyển tiếp mạng FSO. Nó là một công cụ có giá trị cho các nhà nghiên cứu viễn thông để thiết kế mạng lưới như vậy trong thực tế. Từ khóa – Quang vô tuyến, xác suất cách ly nút, ảnh hưởng T 1 2 … n R thời tiết, quỹ công suất đường truyền, mạng đa chặng. 1 2 3 N-1 N I. ĐẶT VẤN ĐỀ Quang vô tuyến (FSO) là một kỹ thuật rất hiệu quả cho việc tiết kiệm chi phí và băng thông cao cho các dịch vụ băng Số lượng trạm thông rộng qua mô hình kết nối điểm – điểm. Cách thức mà Hình 1: Kiến trúc mạng FSO hoạt động thì cũng khá giống như trong sợi quang. Tuy Các đường kết nối trong kết nối mạng không dây đóng nhiên, khi tín hiệu quang truyền qua môi trường không khí, thì vai trò rất quan trọng vì khả năng mất kết nối trong mạng suy hao đường truyền giữa máy phát và thu bị nâng lên do tác không dây cao hơn nhiều so với các mạng hữu tuyến. Hiện động các yếu tố trong môi trường không khí xuất hiện. Thời nay, các công trình nghiên cứu về mạng quang vô tuyến rất tiết, khoảng cách truyền, tán xạ, hấp thụ, sự nhiễu động, ảnh hạn chế về các tài liệu kỹ thuật chi tiết, vì đây là lĩnh còn khá hưởng pointing error, bước sóng truyền và tốc độ truyền là mới. Đó là động lực cho tôi bắt đầu làm việc về chủ đề này, tôi một trong các yếu tố xác định và ngẫu nhiên tác động đến hiệu nhận thấy vấn đề kết nối chính là thách thức mạng lưới FSO suất kênh truyền quang vô tuyến. mà bị chủ yếu là từ các điều kiện thời tiết bất lợi. Trong các yếu tố tác động trên thì các hiện tượng khí tượng đóng vai trò rất quan trọng trong việc thiết kế, triển khai II. CÁC MÔ HÌNH GIẢ ĐỊNH kết nối FSO. Sương mù, tuyết và mưa gây ra sự tán xạ của tín A. Mô Hình Phân Bố Nút hiệu quang trong khí quyển. Tán xạ làm cho một phần của Một mô hình phân bố nút không gian là cần thiết để phù chùm ánh sáng truyền từ một nguồn làm chệch hướng đi so hợp với hiệu quả cấu trúc động của một mạng truyền thông với phương truyền ban đầu. Một hiệu ứng khí quyển dưới điều [8]. Đối với các hệ thống vô tuyến, mô hình xử lý điểm kiện thời tiết cụ thể được gây ra bởi những thay đổi ngẫu Poisson (Poisson point-process - PPP) là phổ biến nhất do tính nhiên trong chiết suất khí quyển. Kết quả là có sự biến động đơn giản của nó [6]. Mô hình PPP giả định một số lượng lớn ngẫu nhiên và bức xạ (nhấp nháy) của các tín hiệu quang được các máy thu phát phân tán ngẫu nhiên trên một khu vực phục quan sát thấy tại máy thu [1]. Hơn nữa, các kết nối FSO còn vụ giới hạn và giả định mật độ nút liên tục. Tuy nhiên, cách phụ thuộc vào hiệu suất lỗi pointing error. Lỗi Pointing error tiếp cận đó là không chính xác cho các mạng trong thực tế xảy ra do sự không thẳng cơ học hoặc sai sót trong hệ thống. thường bao gồm một số hữu hạn các nút thông tin. Vì lý do Trong số tất cả các hiện tượng, sương mù mang lại những ảnh đó, sự phát triển của một mô hình thực tế hơn trong đó giả hưởng lớn nhất, nó được cấu thành từ các giọt nước nhỏ có định một số các nút đã biết và cố định có phân bố độc lập kích thước gần kích thước của bước sóng hồng ngoại. ngoài ra trong một khu vực nhất định gần đây đã được đề xuất trong mưa và tuyết cũng tác động đến hiệu suất FSO, mặc dù tác [9]. Mô hình này, được gọi là xử lý điểm nhị thức (binomial động của nó ít hơn của sương mù. Trong các yếu tố ảnh hưởng point-process - BPP), cũng có thể tìm thấy ứng dụng cho của các điều kiền thời tiết khác nhau thì các hiện tượng này mạng một chiều FSO nơi các nút được đặt cách nhiều km. ISBN: 978-604-67-0635-9 403 403
Hội Thảo Quốc Gia 2015 về Điện Tử, Truyền Thông và Công Nghệ Thông Tin (ECIT 2015) Hội Thảo Quốc Gia 2015 về Điện Tử, Truyền Thông và Công Nghệ Thông Tin (ECIT 2015) Do đó chúng ta xem xét một kiến trúc mạng nối tiếp gồm Một nút trở nên bị cách ly khi nút kế đầu tiên của nó n chuyển tiếp, tức là, N nút thu phát FSO phân bố đều trong vượt ra ngoài phạm vi kết nối ( R ); do đó, xác suất cách ly một khoảng phục vụ theo một mô hình BPP (Hình 1). Khoảng nút, Piso , có thể suy ra: cách giữa một nút và nút kế thứ k của nó tuân theo phân phối Piso Pr(r  R )  1 Pr(r  R ) beta tổng quát được cho bởi [11]: N 1 1 r R N  r  f Rk (r )  ( ; k , N  k  1), (1) 1   1  l  dr (5) l l 0 l   N ớǣ  R  ( x; a, b) biểu thị hàm mật độ beta.  1   ,  l   ( x; a, b) (1/ B(a, b)) x a 1 (1  x)b 1  Từ phương trình trên, chúng ta có thể kết luận rằng xác và hàm beta B(a, b) được xác định bởi: suất cách ly nút phụ thuộc với chiều dài nhất định (l), phụ 1 thuộc vào phạm vi truyền dẫn tối thiểu ( R ), và số lượng các t x 1 B ( x, y) (1  t ) y 1 dt nút ( N ). 0 Chứng minh: Phạm vi truyền dẫn tối thiểu đó liên quan trực tiếp đến sự Xem xét mô hình xử lý điểm nhị phân (BPP) với N điểm xuất hiện của sương mù, khói mù, mưa, hoặc tuyết gây ra sự phân bố ngẫu nhiên đều trong một quả cầu B có d chiều và hấp thụ và/hoặc tán xạ của các tín hiệu quang truyền đi. Theo quan điểm trên, nghiên cứu này bắt nguồn từ số lượng các nút tâm là O bán kính R Thể tích của quả cầu vd (W) là bằng tối thiểu ( N ) điều đó là cần thiết để mạng hoạt động với xác cd R d mà: suất cách ly nút tiến gần bằng không. d B. Quỹ Công Suất Đường Truyền.  2 Trong những năm gần đây, những các nhà nghiên cứu đã Cd  , (2) (1  d 2) nỗ lực để phát triển một mô hình kênh dự báo ảnh hưởng thời Là thể tích đơn vị của quả cầu trong miền R d bao gồm các tiết trên truyền dẫn FSO [10]. Một mô hình khá hiệu quả cho việc đánh giá quỹ công suất đường truyền được mô tả trong trường hợp c2  và c3  4 . c1 2, 3 [5] và cũng trong [11]. Theo mô hình này, công suất thu được Mật độ của mô hình này là N (cd R d ) . biểu diễn theo phương trình truyền sóng như sau : Hàm phân bố tích lũy bù (ccdf) của Rn là xác xuất có ít Ar Pr  Pt e .R , (6)  .R  2 nhất có n điểm nằm trong quả cầu Bd (O, r ) : n 1 N với:   k  p 1  p  N k F Rn (r )  k ,0r  R (3) Pr là công suất thu (Watt), k 0   Pt là công suất phát (Watt), r R d d Với p c  dr cd R d .  là chùm tia phân kì (rad), F Rn viết lại với dạng đầy đủ như sau: R là khoảng cách truyền (m), F Rn (r ) I1 p ( N  n  1, n), 0r R Ar là diện tích khẩu độ máy thu, x e R là hàm mũ cơ số e của tích hệ số suy hao trong khí I x ( a, b)  0 t a 1 (1  t )b 1 dt quyển và khoảng cách. B ( a, b) Xem xét phương trình trên, các biến có thể được kiểm soát được là : công suất phát, diện tích của khẩu độ máy thu, Hàm pdf của khoảng cách là f Rn  d F Rn / dr và ta có: sự phân kỳ chùm tia, và khoảng cách truyền. Trong đó, hệ số d suy hao trong khí quyển là không kiểm soát được, phụ thuộc f Rn (r ) - I1- p ( N - n  1, n) điều kiện môi trường bên ngoài và nó độc lập với khoảng dr N - n n -1 bước sóng trong điều kiện suy hao lớn. Nhận thấy rằng, công  d (1- p)  (1- p) p suất thu được là phụ thuộc rất lớn vào hệ số suy hao trong khí  -   dr  B( N - n  1, n) quyển và khoảng cách ; trong các tình huống điều kiện khí dr d -1 (1- p ) N - n p n -1 quyển thực tế, cho hệ thống mạng có yêu cầu độ sẳn sàng là  99,9% hoặc cao hơn, hệ suy hao quyết định mọi yếu tố (chiếm R  R  B ( N - n  1, n) ưu thế) trong phương trình trên. d (1- p ) N - n p n -1 d B.1 Độ suy hao tín hiệu trong không khí:  Kênh truyền suy hao khí quyển bao gồm hai hiện tượng R B ( N - n  1, n) hấp thụ và tán xạ. Nồng độ các chất trong khí quyển gây ra sự d B  n -1 d  1, N - n  1   r   d 1 suy hao tín hiệu theo thời gian và không gian khác nhau, và      ; n   1, N  n  1 , R B( N - n  1, n)   phụ thuộc vào vị trí và điều kiện thời tiết hiện tại. Đối với kết  R  d  nối FSO mặt đất việc truyền tải tín hiệu quang từ máy phát (4) đến máy thu thông qua bầu khí quyển ở một khoảng cách L Vì 0  r  R, tuân theo định luật Beer-Lampert [7]. Với d  1 , ta có: P 1 r     , L   R e (  ) L , (7) f Rn (r )    ; n, N  n  1 PT R R  với y ( ) và  ( , L) là hai hệ số đại diện cho tổng suy hao và việc truyền tải tín hiệu quang thông qua bầu khí quyển ở bước 404 404
Hội Thảo Quốc Gia 2015 về Điện Tử, Truyền Thông và Công Nghệ Thông Tin (ECIT 2015) Hội Thảo Quốc Gia 2015 về Điện Tử, Truyền Thông và Công Nghệ Thông Tin (ECIT 2015) sóng  tương ứng. Sự suy hao tín hiệu quang trong bầu khí k1 , k2 : là thông số mô hình phụ thuộc vào kích thước giọt quyển bị gây ra bởi những thành phần phân tử khí và điều kiện mưa và nhiệt độ mưa. thời tiết. Hệ số suy hao là tổng những hệ số hấp thụ và tán xạ từ Bảng 1. Các điều kiện mưa [14] những thành phần phân tử và điều kiện thời tiết trong khí quyển. Lượng mưa Số lượng (mm/h)  ( )  m ( )  a ( )  m ( )  a ( ), (8) Mưa ít 2.5 với  m ( ),  m ( ) là hai tham số biểu diễn cho sự hấp thụ bởi Mưa vừa 12.5 những phân tử và các hạt trong khí quyển. Mưa lớn 25 Hệ số suy giảm tạo nên từ sự hấp thụ và tán xạ các Mưa dông và nặng hạt 90 photon quang của các phân tử khí trong không khí. Vì các bước sóng thường được lựa chọn để sử dụng (780nm, Các giá trị thông số k1 , k2 được sử dụng để ước lượng 850nm, 1550nm) nằm trong vùng cửa sổ truyền nên ảnh của sự suy giảm do mưa đã được khuyến nghị bởi ITU-R hưởng hệ số hấp thụ nhỏ so với tổng suy hao. Do đó, ảnh P1814 [15].cụ thể: hưởng của hệ số suy giảm do tán xạ đường truyền gây ra là Bảng 2: Các giá trị thông số suy hao do mưa chủ yếu. Địa điểm k  B.2 Suy hao tín hiệu do sương mù: Japan 1.58 0.63 Sự suy giảm của tín hiệu quang ở khoảng cách R , do France 1.076 0.67 sương mù và khói mù, được xác định bởi định luật Beer- Trong mô phỏng phía sau, ta áp dụng các giá trị k1 = Lambert [12]:  R 1.58, k 2 = 0.63, được dựa trên các số đo với R lên đến 90 Att fog  e fog , (9) mm/h. với: B.4 Suy hao tín hiệu do tuyết: Att fog : hệ số suy hao do sương mù trong khí quyển. Suy hao do tuyết được phân thành khô và ướt [16]. Tuyết  fog : hệ số suy hao trong điều kiện sương mù; ướt bị tan chảy một phần và dày đặc hơn trong khi tuyết khô ít đậm đặc hơn và dễ dàng trôi theo gió. Sự suy hao cụ thể R : khoảng cách truyền. (dB/km) được cho bởi [15]: Có một số mô hình cho phép để tính toán sự hấp thu ánh sáng cụ thể cho các bước sóng quang học khác nhau dựa trên Attsnow  b1S b2 , (13) các dữ liệu tầm nhìn. Hai mô hình được sử dụng rộng rãi nhất với: là mô hình Kruse và các mô hình Kim. Trong khuôn khổ bài Attsnow : hệ số suy hao trong điều kiện thời tiết tuyết, luận này tôi xin giới thiệu mô hình của Kruse [13], được bởi S : là tỷ lệ tuyết rơi mm/h, công thức sau: b1 , b2 : là hàm bước sóng. q 3.912    Các giá trị của các thông số b1 , b2 đã được khuyến nghị  fog ( Km )  1   , (10) V  0  bởi ITU-R P1814 [15] như sau: với: Bảng 3: Các giả trị suy hao bởi tuyết  fog : hệ số suy hao trong điệu kiện sương mù, b1 b2 -5 V : tầm nhìn [km], Tuyết ướt 1.02 x 10 λ + 3.79 0.72  : bước sóng của tín hiệu truyền [nm], Tuyết khô 5.42 x 10-5 λ + 5.50 1.38 0 : bước sóng chuẩn, C. Phạm Vi Truyền Dẫn Tối Thiểu: q : hệ số phân bố kích thước tán xạ được xác định theo Phạm vi truyền dẫn đạt được tối thiểu của mỗi máy thu mô hình Kruse. phát phụ thuộc nhiều vào điều kiện thời tiết trên các đường Kết quả của công trình nghiên cứu và kiểm chứng thực truyền FSO. Nó có thể dễ dàng thu được bằng cách thế nghiệm cho thất giá trị hệ số q được tính toán theo độ phân bố phương trình (9), phương trình (12), hoặc phương trình (13) kích thước hạt và tầm nhìn (theo mô hình của Kruse) [13]: vào phương trình (6) và tính được R như sau: 1.6 if V  50 Km   fog Pt Ar   10W0   q  1.3 if 6 Km  V  50 Km,  2 Pr  (11)   R fog  , (14) 0.585*V if V  6 Km 13  fog Giá trị q tăng dần theo khoảng cách nhìn. Sương mù xuất  ln z1 Pt Ar  hiện khi tầm nhìn ít hơn 1 km. Mặt khác, khói mù xuất hiện 10W0    2 Pr khi tầm nhìn dao động từ 2 km đến 5 km [14].  , Rrain  (15) B.3 Suy hao tín hiệu do mưa: ln z1 Giọt nước mưa có kích thước đủ lớn cũng gây ra phản xạ và khúc xạ của tín hiệu quang học. Suy hao cụ thể (đơn vị  ln z2 Pt Ar  10W0   dB/km) cho bởi [15]:  2 Pr Rrain   , (16) Attrain  k1 Rk2 , (12) ln z2 trong đó: k2 b2 với z1  10k1R và z2  10b1S . Attrain : hệ số suy hao do mưa trong khí quyển, Trong các phương trình trên, W0(.) biểu thị nhánh giá trị R : là tỷ lệ mưa (mm/h) (xem bảng I), thực chính của hàm Lambert W. Ta cũng có thể tính được biểu 405 405
Hội Thảo Quốc Gia 2015 về Điện Tử, Truyền Thông và Công Nghệ Thông Tin (ECIT 2015) Hội Thảo Quốc Gia 2015 về Điện Tử, Truyền Thông và Công Nghệ Thông Tin (ECIT 2015) thức giải tích xác suất cách ly nút (phương trình 5) bằng cách D. Tình Huống 1: Tìm Số Lượng Nút Chuyển Tiếp Cho Một thay thế biến R được cho bởi các phương trình (14) - (16). Kênh Truyền Có Chiều Dài Xác Định. Hình 2 là hình ảnh tác động của sương mù lên xác suất III. MÔ PHỎNG VÀ THẢO LUẬN cách ly nút với các giá trị của tầm nhìn V, giả sử l = 50 km. Trong chương này, các kết quả mô phỏng và lý thuyết sẽ Lúc đầu, ta nhận thấy khi V tăng, số lượng các nút cần thiết được vẽ để kiểm chứng lẫn nhau và cũng để so sánh hiệu năng được giảm đáng kể, trong đó khi V có giá trị lớn thì tương của các phương pháp khảo sát. Để tiến hành mô phỏng và ứng với điều kiện khí quyển rõ ràng hơn. khảo sát tôi sử dụng các thông số mô hình, được đưa ra trong Bảng 4 và được giữ không đổi nếu không có chú thích thêm. Bảng 4: Các thông số mô hình hệ thống Tham số Giá trị Bước sóng 780 nm Bước sóng tiêu chuẩn 550 nm Công suất phát 80 mW Độ phân kì bước sóng 5 mrad Độ nhạy đầu thu 2 µW Khoảng cách truyền 50 km A. Kết Quả Mô Phỏng: Mô phỏng Monte Carlo sẽ được thực hiện bằng Matlab để kiểm chứng các kết quả tính toán trong phần II. Trên hình vẽ, các kết quả mô phỏng sẽ được ký hiệu bằng các hình tròn và được chú thích bằng chữ MP. Trong mỗi mô phỏng, 105 phép thử sẽ được thực hiện và kết quả sẽ là giá trị trung bình Hình 2: Xác suất cách ly nút so với số lượng nút trong trên tổng số phép thử đó. điều kiện thời tiết sương mù. B. Kết Quả Lý Thuyết. Chi tiết hơn khi tăng tầm nhìn với hệ số bằng bốn (từ Kết quả lý thuyết sẽ được vẽ bằng các công thức (5; 14, sương mù dày đặc với V = 50 m đến sương mù dày với V = 15, 16) đã được dẫn ra trong phần II và sẽ được thể hiện vẽ 200 m) thì số lượng các nút cần thiết giảm khoảng 3,5 lần để bằng các đường thẳng liền và ký hiệu bằng chữ LT. đạt được Piso = 10-3. Với việc tầm nhìn tăng từ 200m đến 500m thì số lượng nút này tiếp tục giảm theo hệ số 2. Như C. Giải thuật mô phỏng: vậy, sương mù có tác động rất lớn đến hiệu quả của kênh truyền và ảnh hưởng rất đến việc giảm số lượng các nút cần Bắt đầu thiết, như là khi cải thiện tầm nhìn từ V = 50 m đến V = 5 km để làm giảm số lượng các nút giảm hơn 30 lần (từ  500 còn Nhập các thông số đầu vào: công suất phát, thu;  15). phân kỳ tia; điều kiện thời tiết; khoảng cách Ngoài ra, sự lựa chọn của các bước sóng truyền cũng là một vấn đề quan trọng. Trong thực tế, các bước sóng truyền truyền, bước sóng truyền; thường gặp có 3 bước sóng truyền bước sóng 780 nm, 950 nm và 1550 nm. Sự lựa chọn 3 bước sóng trên là vì các thành phần quang học về phương diện thương mại đã được xác định Tính toán các tham số suy hao trên kênh truyền vô và được xây dựng để hoạt động ở những bước sóng nhất định tuyến trong các điều kiện thời tiết khác nhau. theo thông số kỹ thuật được sử dụng trong truyền thông cáp quang. Nói chung, các bước sóng dài hơn nhiều khả năng bị ảnh hưởng của tán xạ nhiều hơn [17]. Tính toán khoảng cách tối thiểu trên kênh truyền Hình 3 thể hiện sự ảnh hưởng điều kiện thời tiết sương vô tuyến trong các điều kiện thời tiết khác nhau. mù (tầm nhìn V =2km và V =200m) cũng như khả năng cách ly nút cho các bước sóng đặc trưng (λ) với khoảng cách truyền l = 50. Ở đây, ta nhận thấy rằng số lượng các nút cần Mối liên hệ khoảng cách tối thiểu với xác suất thiết để đạt được Piso = 10-3 tăng theo hệ số hai cho tầm nhìn cách ly nút, số lượng nút, khoảng cách truyền N V = 200m và V =2 km với bước sóng hoạt động giảm từ  R 1550 nm đến 780 nm, do đó, khẳng định rằng bước sóng Piso 1   truyền 1550 nm sẽ bị ảnh hưởng của điều kiện thời tiết sương  l  mù nhiều hơn hai bước sóng còn lại. Tác động điều kiện thời tiết mưa đến khả năng cách ly và số lượng nút được mô tả trong Hình 4. Để đảm bảo xác xuất cách ly nút 103 , ta nhận thấy với cư ly truyền là 50 km, sự gia Tính toán xác suất cách ly của nút. tăng cường độ mưa từ mưa ít R =2.5 mm/h (  35 nút) đến Vẽ mối liên hệ xác xuất cách ly với số lượng nút. mưa lớn R =5 mm/h (  80 nút) tăng đáng kể số lượng các nút Rút ra mối quan hệ giữa xác suất cách ly với số được yêu cầu theo hệ số 2. Khi các điều kiện mưa tồi tệ hơn lượng nút, khoảng cách truyền. R = 12.5 mm/h (  120 nút), hệ số này làm tăng thêm đến 3. Một lượng mưa cực lớn R >90 mm/h đòi hỏi triển khai nút (  250 nút) mật độ cao. 406 406
Hội Thảo Quốc Gia 2015 về Điện Tử, Truyền Thông và Công Nghệ Thông Tin (ECIT 2015) Hội Thảo Quốc Gia 2015 về Điện Tử, Truyền Thông và Công Nghệ Thông Tin (ECIT 2015) ràng, trong điều kiện thời tiết tuyết ướt sẽ tăng sự tác động hấp thu tín hiệu quang so với điều kiện tuyết khô. Quan sát này ta cũng có thể được rút ra bằng cách so sánh hai đường cong cho một tỷ lệ tuyết rơi cụ thể. Chính xác hơn, khi tại S = 2 mm/h, thì số lượng các nút tăng gấp 2 với điều kiện tuyết ướt để đạt Piso =10-3, trong khi với S = 5 mm/h tỷ lệ này tăng gấp ba lần. E. Tình Huống 2: Tìm Khoảng Cách Kênh Truyền Với Số Lượng Nút Chuyển Tiếp Xác Định. Trong tình huống thứ hai này, ta xem xét một số máy thu phát cố định N và tìm kiếm chiều dài mạng yêu cầu l để đạt được Piso trong trường hợp 103 . Tình huống này có thể cung cấp thông tin cho các nhà khai thác mạng làm thế nào để từng bước triển khai mạng lưới của họ trong một khu vực địa lý có tính đến điều kiện khí tượng hàng năm. Trong trường hợp sương mù dày đặc trong một thời gian dài, việc triển khai một mạng lưới FSO là không có lợi vì chỉ bao phủ được có một vài Hình 3: Xác suất cách ly nút với số lượng nút trong thời tiết km. Nhưng trong điều kiện sương mù và mưa trung bình là sương mù tầm nhìn 2km và 200m với 3 bước sóng chấp nhận được và một khoảng thời gian phục vụ đáng kể có (750,950,1550). thể được bao phủ thậm chí với 10 máy thu phát. Ví dụ, với Vì vậy cường độ mưa rất quan trọng để thu thập các dữ liệu tỷ lệ lượng mưa trong khoảng thời gian khác nhau trong Piso  103 , 10 nút chuyển tiếp và V  500m hoặc năm để đạt được một sự cân bằng giữa các mạng có sẵn và số R  12.5 mm h , khoảng cách truyền có thể bao phủ 8 km. Như lượng các nút cần thiết để đạt được giá trị Piso thấp. đã nhấn mạnh trước đây, tuyết ướt là một yếu tố làm suy giảm chủ yếu, ví dụ khoảng cách truyền giảm đi một nửa tại tốc độ tuyết rơi ướt 2 mm/h so với tốc độ tuyết khô. Trong điều kiên để đạt được xác xuất cách ly nút 10-3 và 10 nút chuyển tiếp thì trong điều kiện khí hậu khắc nghiệt nhất (Bảng 5) ta có thể truyền được gần 1.5km, ngược lại với điều kiện thời tiết thuận lợi tầm nhìn lớn hơn 5km thì cự ly truyền được mở rộng rất nhiều (40km). Bảng 5: Khoảng cách truyền với xác suất cách ly nút Piso  103 Số lượng Điều kiện Hệ số trạm thu phát thời tiết thời tiết N=10 N=20 N=50 V=0.05 1.83 3.28 7.67 V=0.2 5.62 10.1 23.56 Sương mù Hình 4: Xác suất cách ly nút so với số lượng nút trong (hệ số V=0.5 11.4 20.4 47.72 điều kiện thời tiết mưa. thời tiết là tầm hình V=1 18.9 34 79.43 Km) V=2 30.7 55.1 128.9 V=5 55.6 99.8 233.2 Mưa (hệ R=2.5 26.1 46.1 109.6 số thời tiết là R=12.5 10.8 19.4 45.38 lượng R=25 7.37 13.2 30.91 mưa mm/h) R=90 3.39 6.9 14.24 Su=1 23.2 41.7 97.44 Tuyết ướt Su=2 11.9 21.4 49.92 (mm/h) Su=5 3.25 5.82 13.61 Sk=1 32.3 57.9 135.4 Hình 5: Xác suất cách ly nút so với số lượng các nút và điều Tuyết khô kiện thời tiết tuyết khô (đường nét đứt) và tuyết ướt (đường Sk=2 20.9 37.5 87.66 (mm/h) liên tục). Sk=5 11 19.7 46.03 Cuối cùng, Hình 5 mô tả tác động của tuyết với các giá trị khác nhau của tốc độ tuyết rơi, giả sử với l = 50 km. Rõ 407 407
Hội Thảo Quốc Gia 2015 về Điện Tử, Truyền Thông và Công Nghệ Thông Tin (ECIT 2015) Hội Thảo Quốc Gia 2015 về Điện Tử, Truyền Thông và Công Nghệ Thông Tin (ECIT 2015) IV. KẾT LUẬN Trong bài báo này, tôi tập trung vào nghiên cứu xác suất cách ly của nút trong mạng FSO nối tiếp đặt trong mô hình kết nối nhị thức điểm một chiều BPP. Tôi sử dụng mô hình suy hao trên đường truyền và xét đến các hiện tượng thời tiết quan trọng như: sương mù, mưa, tuyết. Các tình huống đưa ra để trình bày nhằm cho thấy rõ số lượng các nút, chiều dài của đường truyền và các điều kiện thời tiết khác nhau để đạt được Piso ≈0. Tức là trong trường hợp thời tiết xấu nhất (tầm nhìn 50m) thì để đảm bảo kết nối Piso=10-3 thì các nhà mạng cần 10 cho khoảng cách truyền 1.35 km. (Bảng 5). Ta có thể phát triển tiếp các vấn đề trên theo các hướng khác như là: sử dụng mô hình suy hao khác, xem xét các định dạng điều chế khác, kết hợp tính toán với các tham số pointing error,…Đây là những hướng phát triển rất quan trọng và cần thiết vì truyền thông quang vô tuyến ngày này đang ngày càng được quan tâm hơn. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] S. Arnon, J. Barry, G. Karagiannidis, R. Schober, and M. Uysal, Eds (2012), Advanced Optical Wireless Communication Systems, Cambridge University. [2] S. Bloom, E. Korevaar, J. Schuster, and H. Willebrand (June 2003), “Under-standing the performance of free-space optics” Journal of Optical Networking, Vol. 2, Issue 6, pp. 178-200. [3] G. K. Karagiannidis, T. A. Tsiftsis, and H. G. Sandalidis (Aug 2006), “Outage probability of relayed free space optical communication systems,” Electron Letters, vol. 42, no. 17, pp. 994–995. [4] B. Bollobas (2001), Random Graphs, 2nd edition, Cambridge University. [5] C. Bettstetter, J. Klinglmayr, and S. Lettner (May 2010), “On the degree distribution of k-connected random networks” in IEEE Proc. of ICC, pp. 1–6. [6] G. Mao and B. Anderson (Apr 2011), “On the asymptotic connectivity of random networks under the random connection model” in IEEE Proc. of INFOCOM, pp. 631–639. [7] Al Naboulsi, M., Sizun H, de Fornel F, “Propagation of optical and infrared waves in the atmosphere” in Université de Bourgogne. 9 Avenue Alain Savary, France. [8] D. Stoyan, W. S. Kendall, and J. Mecke (2008), Stochastic Geometry and Its Applications, 2nd edition Wiley. [9] S. Srinivasa and M. Haenggi (Fed 2010), “Distance distributions in finite uniformly random networks: theory and applications,” in IEEE Transaction, Vehicular Technology, vol. 59, no. 2, pp. 940–949. [10] S. S. Muhammad, P. Kohldorfer, and E. Leitgeb (July 2005), “Channel mod-eling for terrestrial free space optical links,” in IEEE Proceeding of International Conference, Vol. 1, pp. 407–410. [11] T. Kamalakis, I. Neokosmidis, A. Tsipouras, S. Pantazis, and I. Andrikopoulos (Sept 2007), “Hybrid free space optical/millimeter wave outdoor links for broadband wireless access networks,” in IEEE Proceeding of PIMRC, pp. 1–5. [12] F. Nadeem, V. Kvicera, M. S. Awan, E. Leitgeb, S. Muhammad, and G. Kandus (Dec 2009), “Weather effects on hybrid FSO/RF communication link” IEEE Journal on Select Areas Communication, vol. 27, no. 9, pp. 1687–1697. [13 P. W. Kruse, L. D. McGlauchlin, and R. B. McQuistan (1962), Elements of Infrared Technology: Generation, Transmission and Detection, Wiley. [14] I. Kim, B. McArthur, and E. Korevaar (July 2001), “Comparison of laser beam propagation at 785 and 1550 nm in fog and haze for optical wireless communications” Proc. SPIE, Optical Wireless Communication III, vol. 4214, pp. 26–37. [15] ITU recommendation ITU-R P.1814, “Prediction methods required for the design fo terrestrial free space optical link”. [16] M. S. Awan, P. Brandl, E. Leitgeb, F. Nadeem, T. Plank, and C. Capsoni (June 2009), “Results of an optical wireless ground link experiment in continental fog and dry snow conditions” in Proc. Of ConTEL, pp. 45– 49. [17] F. Nadeem, E. Leitgeb, M. S. Awan, and G. Kandus, (Sept 2009 ), “Optical wavelengths comparison for different weather conditions,” in Proc. of IWSSC, pp. 279–283. 408 408

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

LV.15: Bộ Đồ Án Tốt Nghiệp Chuyên Ngành Cơ Khí

65 tài liệu

2431 lượt tải

THÔNG TIN

TRỢ GIÚP

HỖ TRỢ KHÁCH HÀNG

Theo dõi chúng tôi

Chịu trách nhiệm nội dung:

Nguyễn Công Hà - Giám đốc Công ty TNHH TÀI LIỆU TRỰC TUYẾN VI NA

LIÊN HỆ

Địa chỉ: P402, 54A Nơ Trang Long, Phường 14, Q.Bình Thạnh, TP.HCM

Hotline: 093 303 0098

Email: support@tailieu.vn

Giấy phép Mạng Xã Hội số: 670/GP-BTTTT cấp ngày 30/11/2015 Copyright © 2022-2032 TaiLieu.VN. All rights reserved.