Анализ механизмов повышения эффективности передачи информации в высокоскоростных локальных и городских беспроводных сетях

• Автор: Якимов, Михаил Юрьевич
• Шифр специальности: 05.12.13
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2008
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 157 с. : ил.

1. Обзор протоколов локальных и городских беспроводных сетей и методов их исследования
1.1. Стандартизация протоколов беспроводного доступа
1.2.МАС-уровень протокола 802
1.3.РНУ-уровень протокола 802
1.4. Основные механизмы повышения производительности и надежности локальных беспроводных сетей
1.5. Механизмы обеспечения качества обслуживания (QoS) в протоколе IEEE 802
1.6. Стандарт IEEE 802.16 городских беспроводных сетей
1.7. Анализ существующих методов и алгоритмов повышения эффективности работы беспроводных сетей. Постановка задач диссертации
2. Исследование механизмов повышения эффективности передачи одноадресных сообщений в локальных беспроводных сетях
2.1. Методы полиномиально-логарифмической и экспоненциальнологарифмической аппроксимации для оценки интенсивности ошибок в беспроводном канале
2.2. Исследование механизмов переключения скорости передачи
2.3.Метод совместной оптимизации скорости передачи и механизма фрагментации в канале точка-точка
2.4. Механизм прямых соединений в беспроводных сетях с протоколом IEEE 802

3. Оценка качества передачи многоадресных сообщений в локальных и городских беспроводных сетях
3.1. Мультилидерный подход при многоадресной передаче
3.2. Оценка показателей производительности и надежности
многоадресной передачи с фиксированными лидерами
3.3. Анализ выполнимости QoS-требований
3.4. Оценка показателей производительности и надежности
многоадресной передачи со случайно выбираемыми лидерами
4. Результаты применения разработанных методов и их анализ
4.1. Оценка точности методов аппроксимации интенсивности ошибок в беспроводном канале с АБГШ
4.2. Результаты исследования механизма переключения скорости передачи ARF
4.3. Результаты совместной оптимизации скорости передачи и
механизма фрагментации в канале точка-точка
4.4. Численный анализ протоколов многоадресной передачи
Заключение
Литература
Приложение
Последнее десятилетие характеризуется бурным развитием беспроводных сетей передачи информации. В первую очередь это относится к сетям локального и городского масштаба, где применение беспроводных технологий обеспечивает гибкость архитектуры сети, включая поддержку мобильности, быстроту проектирования и низкие затраты на реализацию. Рост числа пользователей беспроводных сетей, а также объёмов передаваемых данных обусловил появление новых высокоскоростных технологий. За десять лет скорость передачи в локальных и городских беспроводных сетях выросла с 1-2 Мбит/с до 50-70 Мбит/с. В скором времени ожидается появление устройств беспроводного доступа со скоростями до 500 Мбит/с. На сегодняшний момент наиболее популярными технологиями построения высокоскоростных локальных и городских беспроводных сетей являются WiFi (стандарт IEEE 802.11 [1]) и WiMAX (стандарт IEEE 802.16 [2]).
Современные беспроводные протоколы должны обеспечивать не только высокоскоростную передачу данных, но и качественную доставку голосовой и видеоинформации в условиях наличия электромагнитных помех, неизбежных в локальных и городских беспроводных сетях. Под качеством понимается достижение определенных показателей производительности и надежности при передаче информации по беспроводной сети. В последних версиях стандартов беспроводных сетей появился ряд механизмов поддержки качества обслуживания. Однако, требуется детальное исследование эффективности этих механизмов, для чего необходимо разработать новые методы оценки производительности и надежности передачи данных. Проблемам оценки производительности сетей передачи информации на основе стохастических моделей посвящено значительное количество работ, среди которых следует отметить работы российских и зарубежных ученых: Г.П. Башарина, П.П. Бочарова, О.М. Брехова,
В.М. Вишневского, B.C. Жданова, В.А. Жожикашвили, H.A. Кузнецова, О.Г. Мелентьева, A.B. Печинкина, В.К. Попкова, В.В. Рыкова, С.Н. Степанова, G. Balbo,
S.C. Bruell, L. Fratta, L. Kleinrock, M. Olivetty, H. Takagi, S.C. Borst, О J. Boxma и др. Среди аналитических работ, посвященных исследованию протоколов IEEE 802

Как отмечено в конце предыдущего параграфа, последняя версия- стандарта IEEE 802.11 регламентирует возможность использования механизма прямых соединений между оконечными станциями структурированной сети. Хотя преимущества прямых соединений несомненны, их интерференция может существенно снизить пропускную способность и привести к практически полному захвату канала одним из соединений. Задачей диссертации. является изучение интерференции прямых соединений и способов их защиты.
Существующие протоколы локальных (IEEE 802.11) и городских (IEEE 802.16) беспроводных сетей не предоставляют никаких механизмов организации повторной передачи в случае обнаружения ошибок при- приеме кадра, предназначенного для группы получателей, ввиду невозможности применения получателями стандартных средств запроса повторной передачи (ARQ). Действительно, станция, принявшая многоадресный кадр, не может посылать кадр подтверждения доставки (АСК) из-за неизбежных коллизий кадров подтверждений, посылаемых одновременно несколькими станциями из многоадресной группы. Отсутствие ARQ-механизмов для многоадресной передачи в протоколах локальных и городских беспроводных сетей может, привести к частым потерям многоадресных кадров, что неприемлемо для большинства приложений.
Более того, по тем же причинам в локальных беспроводных сетях при многоадресной передаче запрещено использовать механизм RTS/CTS, что ведет к абсолютной незащищенности многоадресных данных от коллизий.
Таким образом, в отличие от одноадресной передачи, надежность доставки многоадресных сообщений в протоколах локальных и городских сетей никак не гарантируется, что отрицательно влияет на применимость механизма многоадресной передачи в тех или иных сетевых технологиях, протоколах и приложениях, а также на его эффективность.
Как было уже сказано, ни протокол IEEE 802.11, ни IEEE 802.16 не предполагают использование схем ARQ для многоадресной передачи. Однако они имеют все необходимые инструменты для реализации таких схем с целью поддержки необходимого уровня QoS. Так, например, повторяя передачу одного и того же кадра данных несколько раз, можно повысить надежность его доставки и, соответственно, снизить интенсивность потерь многоадресных кадров. Аналогично,