Ad Hoc Networks with Multiple Simultaneous Access

Le architetture di livello fisico basate su Multiuser detection e sistemi multiple-input multiple-output stanno emergendo come tecnologie chiave per lo sviluppo di reti wireless ad elevate prestazioni. Nonostante queste architetture siano state largamente studiate a livello di sistema punto-punto, manca ancora una completa comprensione di come poi questi si integrino con la rete nel suo complesso. Lo studio presentato in questa tesi discute l'impiego di queste tecnologie al fine di aumentare il parallelismo delle comunicazioni nelle reti ad hoc. Questo rappresenta un'evoluzione importante per le reti moderne, ed è tematica attualissima nella comunità di ricerca. Infatti, le implementazioni correnti di reti ad hoc, basate su protocolli di carrier sense e collision avoidance, raggiungono prestazioni limitate da un basso risuo spaziale della risorsa radio, anche a causa di inefficenze intrinseche come ad esempio i ben noti problemi di terminale esposto e terminale nascosto. Al fine di avere una rete ad hoc che sfrutti appieno le potenzialità di queste architetture, che offrono una considerevole resistenza all'interferenza, è evidente la necessità di pensare ad uno scenario dove link tra diverse coppie sorgente-destinazione siano attivati nella stessa area. I protocolli di carrier sense e collision avoidance, il cui obiettivo è appunto quello di evitare comunicazioni concorrenti e potenzialmente mutualmente distruttive, sono chiaramente inadeguati a gestire questo tipo di rete. In questa tesi vengono presentati e discussi diversi approcci e tematiche per il controllo dell'interferenza in questo scenario. La principale difficoltà in uno scenario di attivazione simultanea dei link è l'imprevedibilità e l'alta variabilità delle condizioni di canale che interesseranno la trasmissione del pacchetto dati. La prima classe di approcci studiati propongono uno schema che permette la coordinazione tra i nodi della rete. Una fase iniziale di handshake, dove le richieste di attivazione dei link da parte delle sorgenti avvengono simultaneamente, permettendo ai ricevitori di essere in parte coscienti dell'interferenza che interesserà la ricezione dei dati nella fase successiva. Una proposta alternativa ad approcci che propongono la riduzione dell'incertezza sull'interferenza, e il conseguente controllo sull'attivazione dei link, prevede la costruzione di meccanismi in grado di fronteggiare l'imprevedibilità delle condizioni di canale. In questa tesi vengono studiate nel dettaglio le complesse tematiche di uno scenario in cui le trasmissioni non vengono imbrigliate in rigide strutture di comunicazione e i nodi sono liberi di accedere in modo asincrono. Viene dimostrato come il meccanismo di controllo dell'errore sia un elemento chiave in questo tipo di reti. Infatti, non solo l'incertezza sulle condizioni di canale rende necessaria l'implementazione di protocolli atti al recupero di pacchetti errati, ma si instaurano delle complesse interazioni tra il meccanismo di controllo dell'errore e la statistica dell'interferenza, di cui bisogna tener conto nel progetto complessivo del sistema. All'interno di questa seconda classe di reti, vengono inoltre studiate tecniche che aumentino l'efficienza delle comunicazioni. Nello scenario affrontato, aumentare l'efficienza delle singole trasmissioni ha un evidente impatto anche sul bilancio globale d'interferenza nella rete. In particolare vengono considerati protocolli di cooperazione e meccanismi avanzati di controllo dell'errore. Oltre alla discussione e alle diverse proposte per il progetto dei protocolli di comunicazione contenuti in questa tesi, vengono presentati alcuni nuovi strumenti analitici per la valutazione delle prestazioni e lo studio del della rete.