Single-CPU ontwerp

In deze sectie wordt een TDMA ontwerp voorgesteld dat slechts één CPU vereist en vanuit het vorige ontwerp vertrekt. Er wordt nog steeds gebruik gemaakt van TDMA op het subGHz- kanaal. De superframes zijn ook nog steeds overlappend voor beide kanalen.

Om het parallellisme van het vorig ontwerp te vermijden moeten overlappende slots van de twee kanalen samengevoegd worden tot één slot. Zo kan TAISC serieel code in dit slot uitvoeren en bei- de radio’s sequentieel aansturen. Een stuk van het slot wordt gebruikt voor UWB-communicatie, het volgende stuk voor subGHz-communicatie. Er zijn verschillende slots gedefinieerd om alle combinaties voor te stellen (subGHz-/UWB-pakketten versturen/ontvangen/idle). In figuur 3.3 wordt een slot weergegeven waarin er zowel een UWB- en een subGHz-pakket worden verstuurd.

Figuur 3.3: Overzicht slotstructuur waarin twee pakketten worden verstuurd. Eerst wordt het UWB-pakket verstuurd en vervolgens het subGHz-pakket.

Eerst worden de nodige instructies uitgevoerd om een UWB-pakket te versturen (het instellen van het pakket, het pakket van RAM naar de radio verplaatsen...), gevolgd door de instructies voor een subGHz-pakket te versturen. De transmissie zelf en het uitvoeren van instructies mag tegelijk gebeuren omdat de transmissie door de radio’s wordt beheerd i.p.v. de CPU.

Het slot kan worden ingedeeld in twee virtuele minislots, waarin in het eerste deel UWB- communicatie wordt afgehandeld en in het tweede deel subGHz-communicatie. Nodes beslis- sen of er moet geluisterd worden naar het UWB-kanaal, afhankelijk of ze aan afstandsbepaling deelnemen. Anders wordt er gewacht tot het tweede deel voor subGHz-communicatie. Er zijn optimalisaties mogelijk waarbij het subGHz-pakket zo snel mogelijk wordt verstuurd wanneer er geen UWB-pakket verstuurd moet worden. Dit geeft echter geen performantiewinst omdat de slotgrootte vast gekozen is.

Het superframe wordt weergegeven in figuur 3.4. Een UWB-slot van het multi-CPU ontwerp wordt nu opgesplitst in drie afzonderlijke slots waarbij in elk slot één berichtuitwisseling van ADS-TWR gebeurt. Tijdens deze slots versturen nodes ook hun reservatietabellen op het subGHz- kanaal.

Om het ontwerp schaalbaarder te maken zonder dat er superframes geconcateneerd moeten worden, ligt er niet vast in welk slot een node zijn reservatietabel verstuurt. Dit is vrij te kiezen door de gebruiker. Er kan nog steeds voor gekozen worden dat een node met ID i het i’de subGHz-slot gebruikt. Dit is enkel mogelijk indien 3N < M, met dezelfde nadelen van vroeger waarbij mogelijks niet alle nodes in elkaars bereik liggen en er veel lege slots zijn.

3.1. TDMA ONTWERP 35

Figuur 3.4: Single-CPU TDMA ontwerp. De slots over beide kanalen overlappen nu. Elk slot wordt voor zowel UWB- en subGHz-communicatie gebruikt.

leiden is uit de slotindex. Zonder superframeconcatenatie moet dit pakket nog steeds énmaal per superframe verstuurd worden. Extra mogelijke aanpassingen zijn de volgende:

• Één UWB-slot uit het multi-CPU ontwerp wordt bij het single-CPU ontwerp opgesplitst in drie kleinere slots. Er kunnen steeds drie opeenvolgende slots worden gereserveerd. Bij het reservatieproces worden deze drie slots samengenomen en worden die gezien als één groot virtueel slot, waarvan de index te bekomen is door de werkelijke slotindex i te delen door drie. In plaats van steeds drie slots te reserveren wordt er slechts één virtueel slot gereserveerd en kan de grootte van de reservatietabel worden beperkt.

• Elke node mag slechts één virtueel UWB-slot reserveren, met dus drie kleinere slots. Dit is gewenst bij beperkte M en grote groepen nodes.

Het slot wordt gebruikt om met gekozen partners cyclisch aan afstandsbepaling te doen, over meerdere superframes heen. Deze partners worden ook vastgelegd in de reservatietabel. Zo heeft bv. node 4 gekozen om met node 5, 6 en 7 aan afstandsbepaling te doen en reserveert hiervoor slot 2. In het eerste superframe gebruikt de node slot 2 samen met node 5. In het volgende superframe wordt hetzelfde slot gebruikt met node 6. Daarna met node 7. De lijst is nu doorlopen, dus is het weer de beurt aan node 5.

Dit realiseren is analoog aan bij het multi-CPU TDMA ontwerp. Het synchronisatiebe- richt bevat een superframe index j. De reservatietabel wordt ook uitgebreid zodat een slotindex wordt afgebeeld op een lijst van afstandsbepalingspartners in plaats van slechts

één afstandsbepalingspartner. Welke node aan de beurt is wordt bepaald via j modulo de lijstgrootte als index in de lijst te gebruiken.

• Een node verstuurt zijn subGHz-pakket tijdens het virtuele UWB-slot dat de node reser- veert. Daarmee kan de grootte van het superframe beperkt worden bij lage nodedichtheden. Er zijn dan drie slots waarin de node het subGHz-pakket kan versturen. Elk superframe wordt dit in een willekeurig slot verstuurd. Op deze manier zorgen twee nodes die hetzelf- de virtuele UWB-slot reserveren niet steeds voor subGHz-collisions. Deze nodes (of een gemeenschappelijke one-hop buur wanneer de nodes two-hop buren zijn) beslissen wie het slot moet afstaan zoals besproken in sectie 3.1.1. Bij het optreden van subGHz-collisions gaan reservatietabellen verloren. Daardoor hebben nodes geen compleet two-hop reserva- tiebeeld, wat mogelijk leidt tot UWB-collisions. Dit wordt pas in een volgend superframe opgelost wanneer de reservatietabellen wel correct worden ontvangen en verwerkt.

Wanneer twee nodes hetzelfde UWB-slot reserveren is er 1

3 kans dat er een subGHz-collision optreedt. De kans dat dit meermaals gebeurt in opeenvolgende superframes is beperkt, beide nodes zullen elkaar snel opmerken en iemand zal het slot afstaan. Voor drie nodes stijgt de kans op collisions al naar 5

9. Hoe meer nodes hetzelfde slot reserveren, hoe kleiner de kans dat er snel een conclusie wordt getrokken. Daarom moeten nodes een slot ook soms afstaan zodra er een collision optreedt, ook al zou de node de uiteindelijke winnaar zijn, er is geen garantie om dit op voorhand te weten.

Nodes die geen UWB-slot reserveren, hebben geen subGHz-slots om de reservatietabel op te sturen. Om dit op te lossen kunnen deze nodes hun subGHz-pakket versturen tijdens ongereserveerde UWB-slots. Wanneer het aantal vrije UWB-slots daalt en er veel nodes zijn zonder reservaties, treden er veel collisions op. Dit is enkel op te lossen door M te verhogen, of door nodes toe te laten tijdens gereserveerde UWB-slots hun subGHz-pakket te versturen.

• Resultaten moeten ook nog opgestuurd worden. Indien deze in dezelfde slots worden ver- stuurd waarin nodes hun reservaties versturen, ontstaan er collisions tussen reservaties en resultaten. Er kan gekozen worden om dit onmogelijk te maken door na elk virtueel UWB- slot een kort slot te reserveren voor net bekomen resultaten te versturen, tijdens dit slot vindt er geen UWB-communicatie plaats. Hierdoor is er minder vertraging. Er zijn ook geen collisions met reservaties mogelijk. 1

4 van het UWB-kanaal wordt dan niet gebruikt en dus daalt de performantie.

Een belangrijk nadeel van dit ontwerp is dat slots groot genoeg moeten zijn om zowel UWB- en subGHz-communicatie af te handelen. Wanneer er geen UWB-pakket wordt verwacht mag de UWB-radio worden afgezet. Dit is verloren tijd die gebruikt zou kunnen worden voor subGHz- communicatie. De vast gekozen slotgrootte beperkt de performantie van het ontwerp.

3.2. CSMA ONTWERP 37