3. Open-ended quiz

Checking criteria: (1) application of the course materials discussed after midterm, (2) concreteness, (3) originality, (4) [no] jumps in the protocol procedure, (5) possibility of performance calculation of the designed scheme, (6) meeting the design requirements

Q. For Bluetooth, you are designing a protocol to maximize the throughput when there are many contending Bluetooth devices. (Imagine you are the chief designer that your algorithm will be used by all Bluetooth devices.) Now, you want to increase or decrease the number of packets to transmit per unit time T, as a function of the number of contending devices N, which you cannot directly observe. Fortunately, you can observe the average number of packet transmission attempts. Design the algorithm and mathematically analyze its performance. Assume that T is equal to 10 packet transmission times.

 

The factors suggested before solving the problem may be misunderstood, so the number of packet transmission attempts per unit time is the same as the number of times the same packet is transmitted. If the number of competing devices N is known, the algorithm can be written as the number of transmission packets per unit time T = (the number of transmission packets per unit time T when there is no competing device) / N. In the current situation, instead of the number of competing devices N, the average number of packet transmission attempts per unit time can be known, so finding the relationship between the number of devices and the average number of packet transmission attempts is the key to algorithm design.

 

At this time, since all Bluetooth devices use the designed algorithm, the number of packet transmission attempts can be limited. Therefore, the existing problem has changed from finding the relationship between the number of devices and the average number of packet transmission attempts to how to establish the relationship. In this case, the polling method is better than the reservation. The polling method is always in control by the processor, so it is like asking if it is finished in the end. (The concept of polling comes from polling:programmed I/O in computer architecture subjects as well) It can be compared to standing in front of the door and watching who comes in, instead of hearing a knock every time someone knocks and opening the door. Then, whenever the number of devices increases, the throughput can be increased if the time is linearly divided and used. When there is a laptop, a speaker, and a mouse, the laptop is the main station and the speaker and the mouse are the base stations.

 

TDMA is conceptually similar to TDM, in which TDMA allocates time slots for data transmission to each station. However, in TDMA, there is a lot of competition between devices, so if the stations are spread out over a wide area, it is necessary to insert a protection time due to the propagation delay. Here, since the algorithm is involved in the Bluetooth device competition, in fact, the stations are not spread over a very wide area and most of them will be within 20m (because the data signal power rapidly weakens beyond that: effective range), set the guard time to a constant value and use it (and bear the overhead)
Considering channelization (channel division) again, among FDMA, TDMA, and CDMA, Bluetooth is a wireless communication and has a narrow bandwidth, so FDMA is impossible and you can choose between TDMA and CDMA. Both TDMA and CDMA may be used, but CDMA is considered to be a method with low overhead.