Анализ скорости алгоритма случайного доступа с разной длительностью слотов на основе алгоритма АЛОХА

   Для многоабонентных систем рассматривается способ организации случайного множественного доступа к общему каналу связи, использующий алгоритмы разрешения конфликтов, построенные на основе алгоритма АЛОХА. В таких системах время в общем канале разделено на слоты, равные длительности времени передачи сообщения, и абоненты случайным образом выбирают слот для передачи. В некоторых системах слоты имеют разную длительность, что при определенных условиях позволит повысить скорость алгоритма. Для определения этих условий рассмотрены варианты влияния длительности слотов на скорость алгоритма. Показано, что скорость алгоритмов, построенных на основе алгоритма АЛОХА, возможно увеличить, если относительная длительность пустого слота отлична от единицы. Предложен алгоритм, обеспечивающий при выполнении этого условия максимальную скорость. Сформулирована и решена оптимизационная задача по выбору оптимального значения параметра, при котором скорость предложенного алгоритма максимальна. Аналогичное решение показано и для случая, когда относительная длительность пустого слота намного больше единицы.

1. Yu Y., Giannakis G. High-throughput random access using successive interface cancellation in a tree algorithm // IEEE Trans. on Information The ory, 2007. N 12. P. 4628–4639.

2. Бурков А. А. Сравнение способов снижения затрат энергии в стабильных системах массовой межмашинной связи // Информационно-управляющие системы. 2023. Вып. 2. C. 39–50.

3. Jeon S.-W. Online estimation and adaptation for random access with successive interference cancellation // IEEE Trans. on Mobile Computing. 2022. Vol. 22. P. 5418–5433.

4. Цыбаков Б. С., Файнгольд В. Б. Блокированный стек-алгоритм СМД в сети с конечным числом станций // Проблемы передачи информации. 1992. Т. 28, № 1. C. 89–96.

5. Bogatyrev V. A., Bogatyrev S. V., Bogatyrev A. V. Model and interaction efficiency of computer nodes based on transfer reservation at multipath routing // Wave Electronics and its Application in Information and Telecommunication. 2019. P. 1–4. DOI: 10.1109/WECONF.2019.8840647.

6. Богатырев В. А. Надежность и эффективность резервированных компьютерных сетей // Информационные технологии. 2006. № 9. C. 25–30.

7. Богатырев В. А. Оценка надежности и оптимальное резервирование кластерных компьютерных систем // Приборы и системы. Управление, контроль, диагностика. 2006. № 10. C. 18–21.

8. Богатырев В. А., Богатырев А. В. Надежность функционирования кластерных систем реального времени с фрагментацией и резервированным обслуживанием запросов // Информационные технологии. 2016. Т. 22, № 6. C. 409–416.

9. Цыбаков Б. С., Михайлов В. А., Лиханов Н. Б. Границы для скорости передачи пакетов в системе СМД // Проблемы передачи информации. 1983. Т. 19, вып. 1. С. 61–81.

10. Фалин Г. И. Оценка эффективности одного класса алгоритмов случайного множественного доступа в радиоканал // Проблемы передачи информации. 1982. Т. 18, вып. 3. С. 85–90.

11. Михайлов В. А. Геометрический анализ устойчивости цепей Маркова в Rn + и его приложение к вычислению пропускной способности адаптивного алгоритма случайного множественного доступа // Проблемы передачи информации. 1988. Т. 24, вып. 1. С. 61–73.

12. Rivest R. Network control by Bayesian broadcast // IEEE Trans. on Information Theory. 1987. Vol. 33, N 3. P. 323–328.

13. Wu Y. Massive access for future wireless communication systems // IEEE Wireless Communications. 2020. Vol. 27, N 4. P. 148–156.

14. Alhashimi H. F. A Survey on Resource Management for 6G Heterogeneous Networks: Current Research, Future Trends, and Challenges // Electronics. 2023. Vol. 12, N 3. P. 647.

15. Burkov A. A., Rachugin R. O., Turlikov A. M. Analyzing and stabilizing multichannel ALOHA with the use of the preamble-based exploration phase // Информационно-управляющие системы. 2022. Т. 5. С. 49–59. doi: 10.31799/1684-8853-2022-5-49-59

16. Burkov A., Shneer S., Turlikov A. An achievability bound of energy per bit for stabilized massive random access Gaussian channel // IEEE Communications Letters. 2020. Vol. 25, N 1. P. 299—302.

17. Salah H., Hazem A. A., Joerg R., Heuberger A. A Time and Capture Probability Aware Closed Form Frame Slotted ALOHA Frame Length Optimization // IEEE Communications Letters. 2015. Vol. 19. N11. P. 2009–2015.

18. Salah H., Gaydadjiev G. Toward Optimal RFID Frame Lengths // IEEE Journal of Radio Frequency Identification. 2023. P. 83–90.

19. Bianchi G. Performance analysis of the IEEE 802.11 distributed coordination function // IEEE Journal on Selected Areas in Communications. 2000. Vol. 18, N 3. P. 535–547.