Delay probability distribution of acknowledged transmissions over fading channels with CSMA/CA channel access and finite retries
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Date
2024
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Abstract
La distribución de probabilidad del retardo de acknowledged transmissions entre un par de dispositivos en una red de sensores es una herramienta fundamental para optimización de rutas o optimizaciones a nivel de red. Estas distribuciones son usualmente derivadas con cadenas de Markov, lo que requiere de la solución de sistemas de ecuaciones no lineales y la utilización de técnicas de aproximación de distribuciones de probabilidad. Estos métodos entregan modelos computacionalmente intensos, son matemáticamente intratables y requieren de una visión centralizada de una red, lo que hace que sean imposibles de implementar en redes sin coordinador. Por otro lado, trabajos con métodos probabilísticos modelan políticas de retransmisión obsoletas que no se utilizan en este contexto o una combinación de métodos probabilísticos con estocásticos. En este trabajo se presenta una estructura de modelo probabilístico descentralizado para el loop de control del protocolo Beacon-less IEEE802.15.4 CSMA-CA de la que se deriva la distribución del retardo entre un par de nodos en una red de sensores inalámbricos bajo desvanecimiento Rayleigh lento. La función de masa de probabilidad del retardo de acknowledged transmissions se separa en la ocurrencia de tres eventos: Frame Transfer Success, Channel Access Failure y Frame Transfer Failure, donde frame transfer se conoce comúnmente como una transmisión entre dos nodos. Encontramos que estos eventos se pueden modelar como distribuciones bivariadas que quedan completamente definidas por los parámetros de las capas PHY y MAC del transmisor junto con estadísticas a nivel de canal como la probabilidad de canal ocupado y la probabilidad de pérdida de frames, ambas siendo propiedades locales y observables por transmisor. Validamos nuestros resultados con simulaciones Monte-Carlo y mostramos que nuestro modelo para los eventos Frame Transfer Success y Frame Transfer Failure es preciso, mientras que en el caso de Channel Access Failure, el modelo se puede usar como una cota superior para su valor esperado.
Description
Tesis (Master of Science in Engineering)--Pontificia Universidad Católica de Chile, 2024.
Keywords
Función de masa de probabilidad, CSMA/CA, Retardo, Energía