4. 第四章 模擬實驗與數據分析
4.2 模擬數據
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Physical Layer Parameter
QPSK 1/2 4.99 Mbps QPSK 3/4 7.48 Mbps 16-QAM 1/2 9.97 Mbps 16-QAM 3/4 14.96 Mbps 64-QAM 2/3 19.95 Mbps 64-QAM 3/4 22.44 Mbps
表 4-2 實體層各調變機制的速率
4.2 模擬數據
實驗一：
我們的方法 Time Zone Grouping (TZG)為中央控管的排程，所有管理訊息都 交由 BS 決定。模擬劇本中我們設定 1 個 MR-BS，250 個 MS 均勻分布在網路中，
每個 MS 有一條服務連線，並在不同 RS 數量的狀況內，以隨機產生的 traffic type 觀察效能，而 RS 佈建在 BS 訊號的邊緣。在此環境中我們比較 throughput、delay、
jitter、頻寬的使用率、還有重傳發生的機率做為評量效能的指標。
‧
Improvement (compare to Conventional)
Improvement (compare to Dynamic AccessZone)
封包成功傳送的機率高進而提升 throughput，又因為我們優先選取高 data rate 的 連線並調整 access zone 中頻寬的利用率，因此每秒可以傳送的資料量較高，頻
System throughput (Mbps)
System throughput vs. RS number
Conventional(fixed) Dynamic AccessZone TZG
RS number
‧
法比較最多可以增進 34%的 throughput，與動態調整的方法相比，因為考慮了碰 撞的問題，TZG 最多可以增加約 15%的效能。圖 4-2 Average delay 與 RS 數量關係圖
RS numbers
Improvement (compare to Conventional)
Improvement (compare to Dynamic AccessZone)
Average delay (ms)
Average delay time VS RS number
conventional RTDS
TZG Scheduling
RS number
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圖 4-2 為封包帄均延遲的時間，當 RS 為奇數個的情況下，因為排列的關係 使得分群至少為三群以上，因次輪流等待傳送的時間較長，相對於偶數個 RS，
在最佳情況下可以兩種時區即分群完，交互等待傳送的時間不用那麼久。RTDS 因為有計算 critical 封包，亦即當 latency 限制快到時，可以提高封包傳輸的優先 序而維持較低的延遲，因此可以降低過時無效封包的數量。但連線彼此間的碰撞 仍會造成重傳而增加延遲時間。傳統自由競爭的傳輸模式在 RS 變得密集時 MS 傳輸的 link 彼此靠很近就會產生碰撞而使效能低落。表 4-4 顯示我們的方法可以 改善傳統 delay 最多約 43%，之於 RTDS 的方法我們最多也可降低約 24%的 delay。
這是因為當基地台與行動裝置變得密集，就會使傳輸彼此受到干擾，TZG 使用 分群的方式將距離拉大，減少干擾可以有效降低干擾碰撞產生的重傳延遲。
圖 4-3 因為 RTDS 並沒有對干擾做改進，僅與傳統沒做改良的方法比較，說 明在 RS 數量變密集的環境中，分群傳輸可以有效降低碰撞或傳送失誤。當系統 處於高負載時很多連線都會因碰撞而重傳，我們比較一般沒有分群的傳輸排程，
在同樣的 RS 佈建密度，太靠近的連線傳輸產生很嚴重的碰撞重傳，造成網路效 能低落。
‧
retransmission ratio VS RS number
conventional
average jitter (ms)
Average jitter vs. RS number
conventional RTDS TZG
RS number
‧
Improvement (compare to Conventional)
Improvement (compare to Dynamic AccessZone)
3 17.99% 2.97%
AccessZone Utilization vs. RS number
conventional(fixed) dynamic zone TZG
‧
UGS、ertPS、rtPS、nrtPS、BE 各為 50 條連線隨機分布在不同的網路位置中，模擬時間為 30000 個 frames，共 150 秒。
圖 4-6 Average UGS delay with 6 Relay Stations
0
10 20 30 40 50 60 70 80 90 100110120130140150
average UGS delay (ms)
Average UGS delay
conventional RTDS
TZG Scheduling
simulation time (s)
‧
圖 4-7 Average ertPS delay with 6 Relay Stations
圖 4-8 Average rtPS delay with 6 Relay Stations
0
average ertPS dealy (ms)
Average ertPS delay
conventional RTDS TZG
simulation time (s)
0
average rtPS delay (ms)
Average rtPS delay
conventional RTDS TZG
simulation time(s)
‧
TZG improvement ratio 33.62% 28.97% 20.14%表 4-6 Average delay of real time service in RTDS and TZG (RS=6)
圖 4-9 Average nrtPS delay with 6 Relay Stations
0
average nrtPS delay (ms)
Average nrtPS delay
conventional RTDS TZG
simulation time (s)
‧
圖 4-10 Average UGS jitter with 6 Relay Stations
0
10 20 30 40 50 60 70 80 90 100110120130140150
average UGS jitter (ms)
Average UGS jitter
conventional RTDS TZG
simulation time (s)
‧
圖 4-11 Average ertPS jitter with 6 Relay Stations
圖 4-12 Average rtPS jitter with 6 Relay Stations
0
10 20 30 40 50 60 70 80 90 100110120130140150
average ertPS jitter (ms)
Average ertPS jitter
conventional RTDS TZG
simulation time (s)
0
average rtPS jitter (ms)
Average rtPS jitter
conventional RTDS TZG
simulation time (s)
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Algorithm UGS ertPS rtPS
RTDS 1.05655 1.3599 1.386
TZG 0.1843 0.2539 0.291
TZG improvement ratio 82.56% 81.33% 79%
表 4-7 Average jitter of real time service in RTDS and TZG (RS=6)
圖 4-10、圖 4-11、圖 4-12 為模擬過程中 jitter 的變化。在 real time 服務的種類中 jitter 是一項重要指標，用來判斷網路傳輸的穩定度，在 MR 環境中，連線變得 較密集，控制重傳的比例就變得很重要。傳統的排程與 RDTS 在沒有考慮干擾碰 撞的情況下，會產生嚴重的重傳，表 4-7 顯示在 real time 的服務中，TZG 可以改 善 jitter 約 80%效能，使傳輸更加穩定。本文中提出的時區分群避免了大部分的 干擾，不僅降低封包延遲，也穩定傳輸速率。
‧
此實驗中我們比較當系統負載狀況相異時，系統 throughput、delay 以及連線 發生重傳的情形。環境中我們設定以 250 個 MS 為系統最大負載量，RS 的數量 為 6 個，每個 MS 皆只產生一條連線，產生的連線種類為 UGS、ertPS、rtPS、nrtPS、
BE，均勻分布於環境中。
system throughput
System throughput vs. System loading
conventional RTDS TZG
system loading
‧
圖 4-15 Retransmission ratio 與 system loading 關係圖
0
average delay (ms)
Average delay vs. System loading
Conventional RTDS TZG
system loading
0
retransmission ratio vs. System loading
Conventional TZG
system loading
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圖 4-14、圖 4-15 顯示當系統負載變高時，網路將變得壅塞，如果沒有適度避免 干擾問題會提升封包重傳的機率而使連線需求的 delay 提高。我們所提出的方法 可以有效減少干擾產生的碰撞，在系統負載量高時，可以有效降低封包碰撞，減 少重傳發生的機會，而使系統有較好的效能。
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5. 第五章
結論與未來研究
5.1 結論
傳統 WiMAX 中沒有 Relay Station 的佈建，在同一個 BS 的範圍內，MS 的 連線都連至 BS 下，由 BS 統一控制分配傳送時槽。而在 IEEE 802.16j 中，因為 多了中繼基地站，為了增加系統傳輸效能，密集的 RS 佈建使不同 RS 訊號範圍 內的每個連線距離縮短了，MS 將連至不同的 RS，這樣的情況下由於 RS 本身不 知道附近還有其他 RS 在傳送資料，而密集的 RS 使連線彼此間的干擾更嚴重，
如果沒有好的排程控管，放任自由的傳輸，過多的碰撞會造成更多的重傳使封包 延遲加劇，也會降低系統的 throughput。因此，本文提出一個排程中的分群方式，
Time Zone Grouping (TZG)，同時在允入控制時選擇傳輸速率較高調變的連線，
並在 access zone 調整各基地台頻寬的使用以降低差距。
在我們的方法中保留傳統允入控制計算系統剩餘頻寬的優點，額外考量連線 的調變，我們讓有高傳輸效率的高調變有較高的優先權進入系統。如此可縮短連 線與基地台的傳輸距離，在分群方面能有比較好的效果。接著我們利用 non-real time 服務沒有 latency 的限制，彈性配置這類的服務至 access zone 中以增加頻寬 的使用率，配合間格分區的方式拉大同時傳輸的 RS 距離以避免干擾的問題，增 加封包成功傳送的機率。
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5.2 未來研究
目前我們研究的 MS 調變是固定的，但在 WiMAX 規定中，動態移動的 MS 是可以隨狀況改變使用的調變。每個 RS 底下的 MS 不僅調變在改，數量也隨時 在變動，而使用不同的調變代表 MS 連線的距離也不同。在分群的考量上需要更 精準的動態去調整分群，讓一同傳輸的基地台可以有較小的干擾。未來我們的研 究將探討如何在動態的網路環境中應變 MS 動態的連線調變，避免更多的干擾。
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