Συνδεσιμότητα ασύρματων οπτικών δικτών

Abstract

Optical Wireless Communications (OWC) networks are becoming more and more popular for delivering broadband traffic since they are introducing significant advantages against the other alternative technologies. Operating wavelengths range from ultraviolet (UV) to the infrared (IR) portion of the electromagnetic spectrum and present significant attenuation from channel impairments. As a result, the transmission range is significantly reduced when a single hop is used. Therefore, multi-hop operation, which is a common technique in wireless RF communication systems, is adopted in order to increase the effective distance between transmitter and receiver. To improve their reliability connectivity issues need to be investigated. Connectivity has been investigated in RF ad hoc networks (either one or two dimension) in contrast with OWC networks. The present dissertation aims to examine this research area by connecting the minimum transmission range ensuring connectivity with a plethora of parameters such as the adopted modulation and/or coding format, the transmitted power, the supported data rate and the error probability. Analytical expressions are extracted and the derived results are depicted using appropriate figures. The outcomes constitute a valuable tool to design such networks in practice.

Οι ασύρματες οπτικές επικοινωνίες (Optical Wireless Communications – OWC) γίνονται ολοένα και πιο δημοφιλείς καθώς παρουσιάζουν σημαντικά πλεονεκτήματα για τη μεταφορά ευρυζωνικής κίνησης ως προς τις άλλες εναλλακτικές τεχνολογίες. Τα μήκη κύματος λειτουργίας αυτής της τεχνολογίας εκτείνονται από το υπεριώδες (Ultraviolet – UV) έως το υπέρυθρο (infrared – IR) τμήμα του ηλεκτρομαγνητικού φάσματος και παρουσιάζουν σημαντική εξασθένιση από τις αλλοιώσεις που εισάγει το κανάλι διάδοσης. Ως αποτέλεσμα, η εμβέλεια εκπομπής περιορίζεται σημαντικά με χρήση απλής ζεύξης.Για το λόγο αυτό, υιοθετείται η χρήση πολυαλματικών ζεύξεων με χρήση ενδιάμεσων πομποδεκτών (κόμβων), όπως και στα ασύρματα δίκτυα ραδιοσυχνοτήτων, προκειμένου να αυξηθεί η ενεργός απόσταση μεταξύ πομπού και δέκτη. Σημαντική παράμετρος για την αξιοπιστία τέτοιων δικτύων αποτελεί η επίτευξη κατάλληλων συνθηκών που να εγγυώνται έναν ικανοποιητικό βαθμό συνδεσιμότητας των κόμβων τους. Η συνδεσιμότητα έχει μελετηθεί εκτενώς σε ad-hoc δίκτυα ραδιοσυχνοτήτων, είτε μιας είτε δυο διαστάσεων, σε αντίθεση με τα ασύρματα οπτικά δίκτυα όπου υπάρχει ένα κενό στη σχετική βιβλιογραφία. Η παρούσα διατριβή συμβάλει στη μελέτη της περιοχής αυτής συνδέοντας την ελάχιστη εμβέλεια που διασφαλίζει τη συνδεσιμότητα με μια πληθώρα παραγόντων όπως το σχήμα διαμόρφωσης ή/και κωδικοποίησης που έχει υιοθετηθεί, η ισχύς εκπομπής, ο ρυθμός δεδομένων και η πιθανότητα σφάλματος. Η μελέτη της απόδοσης γίνεται με την εξαγωγή κατάλληλων αναλυτικών εκφράσεων των βασικών δεικτών που μετρούν το βαθμό συνδεσιμότητας και τα αποτελέσματα παρουσιάζονται με τη βοήθεια κατάλληλων σχημάτων και πινάκων. Τα συμπεράσματα της εργασίας αποτελούν χρήσιμο θεωρητικό εφόδιο για την πρακτική υλοποίηση και εφαρμογή εύρωστων ασύρματων οπτικών συστημάτων.