Τεχνικές διάδοσης και πρόσβασης σε κανάλι διαλείψεων για ποιοτικές ευρυζωνικές υπηρεσίες

Abstract

The object of this doctorate dissertation is the study of propagation and access techniques for powerline communication networks that provide broadband communication services. The cooperation between the physical layer and the data link layer is studied, as well as the combination of propagation techniques for the physical layer and access techniques to the network’s resources. Specifically, the physical layer provides channel state information to the medium access control layer, which uses that information in order to make the resource (time-slots) allocation to voice, data and video users (triple play services). The available resources are assigned to users according to a priority value that is computed by a priority assignment function, taking into account the system’s current demands. Moreover, the combination of the proposed priority assignment function with three common resource allocation mechanisms is examined and the performance is evaluated with respect to packet dropping probability and mean access delay. Next, hybrid ARQ (HARQ) combined with distributed packet space-time block coding for multicast powerline communications is studied for inhome and inbuilding powerline networks. The proposed retransmission scheme utilizes information from previous transmissions since the HARQ algorithms update their parameters and estimate the required number of retransmission packets according to the experienced transmission conditions. The performance evaluation is based on the mean packet reception delay and the system throughput as a function of the number of multicast users and for various network topologies. Afterwards, the performance of powerline communication equipment (ethernet-to-powerline adapters) is examined since different designs of the physical layer and the medium access control layer can be evaluated through experimental measurements. The coexistence of commercially available powerline equipment that come from different vendors and is based on different technologies and standards is tested in actual working environment under real conditions. Furthermore, the influence of potential noise sources (AC adaptors, cell phone chargers) as well as plug-in cases that are not recommended by the manufacturers but they are however convenient in domestic grids (power strips, extension cords) are also examined.

Αντικείμενο της παρούσας διδακτορικής διατριβής αποτελεί η μελέτη τεχνικών διάδοσης και πρόσβασης στο δίκτυο ηλεκτρικής ενέργειας, με σκοπό την παροχή ποιοτικών ευρυζωνικών επικοινωνιών. Μελετάται η συνεργασία μεταξύ των δύο πρώτων επιπέδων, φυσικού και ζεύξης δεδομένων, καθώς και ο συνδυασμός τεχνικών διάδοσης στο φυσικό μέσο και πρόσβασης στους πόρους του δικτύου. Ειδικότερα, το φυσικό επίπεδο παρέχει πληροφορία για την κατάσταση του καναλιού μετάδοσης στο αμέσως ανώτερο επίπεδο ελέγχου πρόσβασης μέσου, το οποίο την χρησιμοποιεί για την κατανομή των πόρων (χρονοθυρίδων) στους χρήστες φωνής, δεδομένων και βίντεο (υπηρεσίες triple play). Οι διαθέσιμοι πόροι μοιράζονται στους χρήστες με κριτήριο μια τιμή προτεραιότητας, που υπολογίζεται με τη βοήθεια μιας συνάρτησης ανάθεσης προτεραιοτήτων λαμβάνοντας υπόψη τις τρέχουσες απαιτήσεις του συστήματος κάθε φορά. Μελετάται επίσης ο συνδυασμός της προτεινόμενης συνάρτησης ανάθεσης προτεραιοτήτων με τρείς κοινά χρησιμοποιούμενες τεχνικές για την κατανομή των πόρων του συστήματος στους χρήστες και η αξιολόγηση γίνεται ως προς την πιθανότητα απόρριψης πακέτων και τη μέση καθυστέρηση πρόσβασης. Στη συνέχεια, διερευνάται ο συνδυασμός της κατανεμημένης, με χρήση αναμεταδοτών κωδικοποίησης χωρο-χρόνου σε επίπεδο πακέτου (τεχνική φυσικού επιπέδου) με την τεχνική υβριδικής αυτόματης αίτησης επανεκπομπής πακέτου σε πολυεκπομπικές επικοινωνίες μέσω των γραμμών ηλεκτρικής ενέργειας για οικιακά δίκτυα και δίκτυα στο εσωτερικό κτιρίων. Η προτεινόμενη διαδικασία επανεκπομπών χρησιμοποιεί πληροφορία από τις προηγούμενες εκπομπές για να εκτιμήσει τον αριθμό των απαιτούμενων κάθε φορά πακέτων που επανεκπέμπονται. Η αξιολόγηση του συστήματος γίνεται με βάση τη μέση καθυστέρηση λήψης ενός πακέτου και τη ρυθμαπόδοση του συστήματος συναρτήσει του πλήθους των πολυεκπομπικών χρηστών για διαφορετικές τοπολογίες του δικτύου. Κατόπιν, εξετάζεται η συμπεριφορά τηλεπικοινωνιακού εξοπλισμού (προσαρμογείς Ethernet to powerline), καθώς μέσω κατάλληλων πειραματικών μετρήσεων μπορεί να εξεταστεί η απόδοση διαφορετικών σχεδιασμών του φυσικού επιπέδου και του επιπέδου ελέγχου πρόσβασης μέσου. Διερευνήθηκε η επίδραση της συνύπαρξης προσαρμογέων διαφορετικών τεχνολογιών, προτύπων και κατασκευαστών κατά την ταυτόχρονη λειτουργία τους στο ίδιο οικιακό δίκτυο, όπου ήταν παρόντα συνήθη οικιακά φορτία. Μελετήθηκαν επίσης επιπτώσεις θορύβου και παρεμβολών από συσκευές, καθώς και η επίδραση της χρήσης μη συνιστώμενων από τους κατασκευαστές τρόπων τροφοδοσίας των προσαρμογέων.