Обзор методов случайного множественного доступа к общему каналу для сценариев массовой межмашинной связи

Аннотация

Постановка проблемы: наличие большого числа устройств в крупномасштабных системах межмашинной связи (Massive Machine Type Communication) приводит к необходимости применять методы случайного множественного доступа к общему каналу связи. Во многих работах предлагается для повышения эффективности использования канала применять методы помехоустойчивого кодирования при разрешении конфликтов (Coded Random Access). Разнообразие вариантов их систем связи привело к невозможности сравнивать алгоритмы, реализующие этот подход, что является проблемой, сдерживающей развитие как теории, так и практики использования методов помехоустойчивого кодирования при разрешении конфликтов. Цель исследования: разработка единого подхода к описанию алгоритмов случайного множественного доступа; выполнение на базе этого подхода обзора и сравнительного анализа алгоритмов, в которых методы помехоустойчивого кодирования используются при разрешении конфликтов. Результаты: сформулирована модель системы случайного множественного доступа в виде набора допущений, отражающих особенности как различных вариантов сценария крупномасштабных систем межмашинной связи, так и алгоритмов случайного множественного доступа, в том числе и подходов Coded Random Access. Проведена классификация моделей систем по следующим признакам: 1) конечное и бесконечное число абонентов; 2) стабильные, нестабильные и метастабильные системы; 3) системы c повторными передачами и без повторных передач; 4) системы с потерями и без потерь данных. Для системы с потерями определены основные характеристики: доля успешно доставленных сообщений (Througtput) и вероятность потери сообщения (Packet Loss Rate). Для системы без потерь также определены основные характеристики — скорость алгоритма и средняя задержка. Проведены систематизированный обзор и сравнительный анализ алгоритмов Coded Random Access. Результат сравнительного анализа представлен в табличной форме. Практическая значимость: предложенная модель системы случайного множественного доступа может быть использована как методическая основа для исследования и разработки алгоритмов случайного множественного доступа существующих и новых вариантов сценариев для крупномасштабных систем межмашинной связи. Систематизированные результаты обзора позволяют определить перспективные направления исследований в области систем передачи данных для интернета вещей.