Analyzing and stabilizing multichannel ALOHA with the use of the preamble-based exploration phase

Информационно-управляющие системы. 2022. Vol. 5. P. 49–59.

Бурков А. А., Тюрликов А. М.

Введение: в настоящее время активно используются устройства интернета вещей, функционирующие в рамках сценариев массивных машинных коммуникаций. Взаимодействие устройств осуществляется алгоритмами случайного множественного доступа, имеющими ограниченную пропускную способность. Для увеличения пропускной способности можно использовать ортогональные преамбулы в классе алгоритмов ALOHA. Цель: провести анализ алгоритмов на базе АЛОХА, использующих фазу исследования, и вычислить характеристики для алгоритма с потерями и без потерь при конечном числе каналов. Результаты: описана модель системы случайного доступа для передачи данных по общему каналу связи с использованием ортогональных преамбул и фазы исследования. Получена формула для численного расчета пропускной способности на канал алгоритма с потерями при бесконечном числе преамбул и заданном конечном числе каналов. Представлены результаты расчета для нескольких значений числа независимых каналов. Предложена и описана модификация алгоритма, использующая фазу исследования и повторные передачи. Данная система может работать без потерь. Для этой системы приведен анализ предельной пропускной способности, до которой система работает стабильно. Также показаны значения средней задержки для алгоритма, полученные имитационным моделированием. При уменьшении числа доступных преамбул данные результаты можно использовать в качестве верхней границы пропускной способности системы. Практическая значимость: полученные результаты позволяют оценить потенциальные возможности увеличения пропускной способности систем случайного множественного доступа в сетях 6G за счет применения фазы исследования.

Ключевые слова: stability, IoT, mMTC, random multiple access, multichannel ALOHA, maximum throughput