Разработка аналитических методов оценки производительности беспроводных локальных сетей на базе протокола IEEE 802.11

• Автор: Баранов, Александр Владимирович
• Шифр специальности: 05.13.13
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 101 с. : ил.

1 Обзор протоколов беспроводных сетей. Описание семейства
протоколов IEEE 802.11. Аналитические методы исследования. Постановка задач диссертации
1.1 Беспроводные сети и их протоколы
1.2 Семейство протоколов IEEE 802.11, архитектура, спецификации MAC и физического уровней
1.2.1 Семейство протоколов IEEE 802
1.2.2 Архитектура стандарта IEEE 802
1.2.3 Уровень управления доступом к среде (МАС-уровень) протокола IEEE 802
1.2.4 Физический (PHY) уровень протокола IEEE 802
1.3 Обзор методов аналитического исследования беспроводных сетей
на базе протокола IEEE 802.11 и постановка задач
2 Оценка производительности локальных сетей при идеальном канале и произвольной нагрузке
2.1 Марковская модель поведения сети однородных станций
2.2 Оценка показателей производительности
2.3 Случай неоднородных станций
3 Моделирование локальных сетей с учетом влияния помех
3.1 Модификация Марковской модели
3.2 Оценка производительности в условиях помех
4 Анализ взаимозависимости поведения станций локальной сети
4.1 Описание иерархической модели
4.2 Оценка среднего времени задержки и вероятности отказа

4.3 Учет искажения пакетов из-за помех
4.4 Обобщение модели
4.5 Определение вероятностей для модели насыщенной сети
5 Численные результаты
5.1 Сравнение результатов численного и имитационного
моделирования
5.2 Оптимизации Ш Б/С Т 8 - предел а для сети из однородных станций
5.3 Оценка влияния помех на характеристики работы сети
Заключение
Список литературы
Актуальность темы диссертации.
В настоящее время беспроводные сетевые технологии заняли прочное место в нашей жизни. Область их применения простирается от взаимодействия бытовых устройств на дистанции меньше метра (телефон и телефонная гарнитура и т.п.) до построения городских и региональных сетей, в которых расстояния между устройствами могут достигать десятков километров.
Введение новых, прогрессивных методов кодирования, модуляции и передачи информации дало беспроводным технологиям уникальные преимущества по сравнению с «обычными» проводными. Это и гибкость архитектуры и простота подключения, используемая в, так называемых, сетях типа «hot-spot», и отсутствие необходимости прокладывать медный или оптоволоконный кабель. Последнее преимущество особенно актуально для Российской Федерации, где есть удаленные и сельские регионы с невысокой плотностью населения и дорогостоящая прокладка кабеля экономически не выгодна. В то же время от решения проблемы «информационного неравенства» зависит информационная безопасность страны.
Изначально отсутствие общепринятых стандартов, и как следствие этого, несовместимость между собой оборудования различных производителей препятствовали широкому распространению беспроводных устройств. К настоящему времени эта проблема в целом решена. Разработан ряд международных стандартов, протоколов и рекомендаций (Bluetooth, DECT, IEEE 802.11 и т.д.), которые специфицируют физический уровень и МАС-уровень (уровень доступа к среде передачи) беспроводных сетей и обеспечивают эффективное управление доступом к беспроводной среде. Протокол IEEE 802.11, разработанный институтом IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) и утвержденный как международный стандарт в 1997 г., получил наибольшую популярность среди разработчиков беспроводных локальных сетей.
равно Тв =7’ї* н— ^^0(1^, а количество таких пакетов - г° =т“Рт, в то время
2 і
как общее количество пакетов этой категории - г4 = .

Окончательно, учитывая асинхронную передачу, получаем среднее время, затрачиваемое на обслуживание пакета:
Т = - 2жф(/,) + £ ~ щр° - ^7],. (2.5)
1 — У 1 ~ л в
Здесь первое слагаемое ответственно за асинхронный, а второе - за синхронный механизм передачи.
В заключение найдем другие показатели производительности. Очевидно, вероятность отказа в обслуживании пакета рг = 1-(і-лв )[і - //"'(і - ра). Отказ происходит при: а) полном заполнение очереди, когда количество пакетов в ней равно В - вероятность лв, и б) ^исчерпании количества попыток на передачу пакета - вероятность р”*' (і - ра).
Также, на основании формул Литтла находим среднее время задержки пакета на МАС-уровне, т.е. среднее время пребывания на данной станции, включая возможное ожидание в очереди и обслуживание:
I Ч У] ікі
Тшс К)+ ~У° ~ -= •
1_*' Л0л0 + ХАл,

= + (2-6)
1 пВ і Vі 71В Iа 1
Окончательно, находим пропускную способность, определяемую как среднее число бит полезной информации, переданных за секунду.
Пусть ЯЕ = (і-г-г-а)Л' - вероятность того, что этот слот — пустой, то есть ни одна станция в системе не передает. К5 = а[г° + г (і - г)'7’1 ] - вероятность того, что в этот слот произошла успешная синхронная или асинхронная