Аналитическое моделирование передачи данных в высокоскоростных городских беспроводных сетях

• Автор: Лукин, Дмитрий Вадимович
• Шифр специальности: 05.12.13
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 101 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение
1. Анализ особенностей высокоскоростных городских беспроводных сетей и методов их исследования

1.1 Стандарт ЕЕЕЕ 802.16 городских беспроводных сетей

1.2 Структура протокола IEEE 802.

1.3 Физический уровень

1.3.1 Структура кадра

1.3.2 Спецификации физического уровня

1.3.3 Формат управляющей секции

1.4 Подуровень преобразования сервиса

1.5 Основной подуровень MAC

1.5.1 Подзаголовок упаковки
1.5.2 Подзаголовок фрагментации
1.5.3 Механизм подтверждений
1.6 Типы сервисов в протоколе IEEE 802.
1.7 Механизм запроса полосы пропускания
1.7.1 Одноадресный опрос
1.7.2 Передача ЗПП с прикреплением (piggy-backing)
1.7.3 Конкурентный период запросов на полосу пропускания
1.7.4 Конкурентный запрос полосы пропускания на основе
множественного доступа с кодовым разделением
1.7.5 Инкрементные и агрегированные ЗПП
1.7.6 Выделение полосы пропускания
1.8 Допустимые виды опроса в зависимости от типа сервиса потоков
данных

1.9 Анализ существующих методов и алгоритмов повышения эффективности работы беспроводных сетей стандарта ШЕЕ 802.16. Постановка задач диссертации
2. Базовая модель передачи пакетов в сети ШЕЕ 802.
2.1 Оценка времени обслуживания пакетов
2.2 Модель изменения очереди зарегистрированных пакетов
2.3 Аналитическая модель конкурентного доступа
3. Модель сети с прикреплением запросов полосы пропускания к пакетам данных
3.1 Оценка средней длины очереди зарегистрированных пакетов и доли неактивных станций
3.2 Аналитическая модель конкурентного доступа с учетом возможности прикрепления запросов
4. Расширения моделей для учета специфики трафика и физической реализации сетей стандарта ШЕЕ 802.
4.1 Расширение модели в случае группового потока
4.2 Расширение модели для учета синхронизационной преамбулы
4.3 Расширение модели для учета СОМЛ-режима запроса полосы пропускания
5. Результаты применения разработанных методов и их анализ
5.1 Исследование работы сети без прикрепления запросов к данным
5.2 Анализ сети с возможностью прикрепления запросов к данным
Литература

Введение
В последние два десятилетия бурный рост вычислительной техники и компьютерного оборудования привели к стремительному развитию сетевых технологий. Основным направлением развития сетей в настоящее время является построение новых высокоскоростных беспроводных сетей, которые получают все большее и большее распространение, причем развитие получили не только беспроводные локальные сети (WLAN), но и городские беспроводные сети (Wireless Metropolitan Access Network, WirelessMAN).
Городские беспроводные сети призваны решить проблему последней мили, при этом обеспечивая высокую скорость передачи, сопоставимую с традиционными кабельными сетями, и допуская мобильность пользователей. Городские беспроводные сети характеризуются широкой зоной покрытия (километры или даже десятки километров), гибкостью архитектуры сети, быстротой проектирования и низкими затратами на развертывание сети. Именно эти возможности и делают городские беспроводные сети одним из наиболее перспективных направлений развития сетевых технологий [1].
Стандарт ШЕЕ 802.16 [2-3] является основой технологии широкополосной связи, рассчитанной на внедрение в городских беспроводных сетях. Стандарт IEEE 802.16 определяет общие правила передачи, не оговаривая при этом конкретные способы реализации предусмотренных стандартом механизмов и взаимодействия их между собой, таким образом, предоставляя широкие возможности для выработки алгоритмов и проверки их эффективности [4]. Таким образом, требуется детальное исследование эффективности этих алгоритмов в сетях различной конфигурации и условиях динамически меняющихся потоков передаваемой информации. Проблемам оценки производительности сетей передачи информации на основе стохастических моделей и методам доступа посвящено значительное количество работ, среди которых следует отметить работы российских и зарубежных ученых: Г.П. Башарина, О.М. Брехова, В.М. Вишневского, B.C. Жданова, В.А. Жожикашвили, H.A. Кузнецова, А. П. Кулешова, О.Г. Мелентьева, A.B. Печинкина, В.К. Попкова, В.В. Рыкова, О. В. Семенову, С.Н. Степанова, М. Adamou, G. Balbo, S.C. Borst, O.J. Boxma, S.C. Bruell, L. Fratta, L. Kleinrock,
интервал ЗПП могут передавать группы оконечных станций. Переход к конкурентному ЗПП приводит к ухудшению качества предоставляемого сервиса из-за увеличения времени доступа к каналу.
При конкурентном доступе для организации доступа группы абонентов к общему каналу связи применяются алгоритмы случайного множественного доступа (СМД). В сети ШЕЕ 802.16 БС определяет временные интервалы для конкурентной отправки ЗПП и оповещает ОС об этом посредством широковещательной отправки Информационных Элементов ЗПП (Request IE) в карте восходящего трафика (UL-MAP).
Каждый восходящий подкадр работы сети содержит один такой интервал (см. рис. 19), состоящий из К слотов, причем К не меняется в процессе передачи. За время одного слота возможна передача ровно одного ЗПП.
Первичная Конкурентный ОС 1 ОС
регистрация период ЗПП данные данные
ОС N данные
Сообщение ЗПП Коллизия Рис. 19. Конкурентный период запросов на полосу пропускания.
Стандартизованным в ШЕЕ 802.16 алгоритмом СМД является “двоичный экспоненциальный откат” (Binary Exponential Backoff, ВЕВ). Как показано в [5,6, 41], можно считать, что при выполнении этого алгоритма ОС, планирующая передать ЗПП сначала равновероятно выбирает кадр в пределах текущего окна разрешения конфликтов IV,, зависящего от числа / неудачных попыток передачи текущего ЗПП, т.е. кадр выбирается из множества {0,...,1V,-l}, где 0 соответствует текущему кадру, а затем также равновероятно - слот из К возможных слотов конкурентного периода выбранного кадра. Попытка передачи ЗПП может оказаться