Методы и алгоритмы увеличения эффективности передачи информации в AD HOC сетях с высокоскоростными объектами при использовании направленных антенн

• Автор: Смирнов, Алексей Витальевич
• Шифр специальности: 05.12.13
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 146 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1 ОСОБЕННОСТИ МОБИЛЬНЫХ БЕСПРОВОДНЫХ СЕТЕЙ С ВЫСОКОСКОРОСТНЫМИ ОБЪЕКТАМИ

1.1 Основные определения мобильных эпизодических сетей

1.2 Модели мобильности узлов в эпизодических сетях

1.3 Использование направленных антенн в эпизодических сетях

1.4 Проблемы, обусловленные использованием направленных антенн

1.4.1 Проблема «скрытого» терминала

1.4.2 Проблема «глухоты»

1.5 Известные методы доступа к среде в эпизодических сетях с использованием

направленных антенн

1.5.1 Протоколы на основе стандартных ЯТБ/СТЗ сообщений
1.5.2 Протоколы на основе специальных импульсов
1.5.3 Другие протоколы случайного доступа к среде
1.5.4 Протоколы планируемого доступа к среде
1.6 Проблемы маршрутизации
1.6.1 Особенности использования направленных антенн
1.6.2 Проблемы, обусловленные высокими скоростями перемещения
абонентов
1.7 Известные методы маршрутизации для мобильных эпизодических сетей
высокоскоростными объектами
1.8 Отличия стандартов 802.11, 802.16 с точки зрения использования в сетях
высокоскоростными объектами
1.9 Анализ сред моделирования для мобильных эпизодических сетей
1.10 Выводы и постановка задачи
ГЛАВА 2 АДАПТАЦИЯ 802.11 МАС ДЛЯ РАБОТЫ С НАПРАВЛЕННЫМИ АНТЕННАМИ В БЕСПРОВОДНОЙ СЕТИ
2.1 Выбор методов повышения эффективности работы мобильной
эпизодической сети
2.2 Имитационная модель канального уровня

2.3 Выводы
ГЛАВА 3 РАЗРАБОТКА МОДИФИЦИРОВАННОГО ПРОТОКОЛА МАРШРУТИЗАЦИИ ДЛЯ ЭФФЕКТИВНОЙ ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ МЕЖДУ ВЫСОКОСКОРОСТНЫМИ ОБЪЕКТАМИ
3.1 Выбор методов маршрутизации
3.2 Реализация предложенных методов маршрутизации
3.3 Выводы
ГЛАВА 4 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ПРОВЕРКА ЭФФЕКТИВНОСТИ НОВЫХ МЕТОДИК И ПОДХОДОВ
4.1 Исходные данные для проведения экспериментов
4.2 Исследование сети ViMAXс предложенными изменениями
4.3 Проверка качества принимаемых голосовых данных в сложной помеховой
обстановке
4.3.1 Описание испытаний
4.3.2 Результаты испытаний
4.4 Реализованное в рамках работы ПО и интерфейс пользователя
4.5 Выводы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ
ПРИЛОЖЕНИЕ А
ПРИЛОЖЕНИЕ Б
ПРИЛОЖЕНИЕ В
ПРИЛОЖЕНИЕ Г
ВВЕДЕНИЕ
Актуальность работы
Традиционно в беспроводных ad hoc (эпизодических) сетях используются всенаправленные антенны для приёма и передачи информации. Использование таких антенн приводит к низкой эффективности систем из-за интерференции сигналов от разных абонентов. Для достижения большей эффективности передачи информации используется пространственное разнесение с помощью направленных антенн. Благодаря этому значительно уменьшается количество коллизий, увеличивается дальность и появляется возможность управления мощностью. Для увеличения пропускной способности сети используются, например, методы доступа к среде с временным разделением. Но для такой схемы потребуется организации инфраструктуры сети с базовыми станциями, что не всегда возможно. Для организации беспроводной сети с высокоскоростными объектами (например, воздушными судами) и направленными антеннами необходимо решить несколько проблем, связанных с небольшой длительностью радиовидимости объектов и отслеживанием объектов для наведения направленных антенн. Для разрешения данных проблем используются методы определения положения объектов с помощью АоА (.Angle of Arrival, определение направления прихода радиоволны) или GPS (Global Positioning System, глобальная система позиционирования) и протоколы маршрутизации по требованию.
Проблеме организации беспроводной мобильной сети с направленными антеннами посвящено много монографий и публикаций. Наибольший вклад в теоретическое развитие этой проблемы внесли Y.A. Nasipnri, J. Sanchez, М. Takai, R. Ramanathan, R. Choudhnry. Проблеме разработки протоколов маршрутизации для сетей с высокоскоростными объектами уделено не так много внимания. Наиболее заметны работы таких авторов, как К. Peters, A. Jabbar, М. lordanakis. С. Perkins. Однако известные алгоритмы и методы не описывают готовой самоорганизующейся системы, учитывающей направленные антенны и высокие скорости перемещения объектов. В доступной литературе описывается единственная система для организации беспроводной сети с объектами,

последовательно во всех направлениях. Каждый узел поддерживает таблицу местоположения соседних узлов, от которых он когда-либо принимал данные. В данном подходе также используется ОИАУ механизм для решения проблем «скрытого» терминала и «глухоты». Хотя этот метод и предлагает значительные улучшения над всенаправленной передачей, избыток служебных сообщений, генерируемых последовательной передачей во всех направлениях, ухудшает общую производительность сети.
Так как направленные антенны имеют большее усиление, чем всенаправленные, передатчику требуется меньше энергии для передачи информации на такое же расстояние как для всенаправленных антенн. В [39] предложена абстрактная модель, в которой предполагается, что передатчик знает уровень принимаемой мощности на приёмнике. Основная проблема разработки методов управления мощностью в эпизодических сетях это оценка требуемой мощности передатчика для гарантированного адекватного уровня S1NR на приёмнике. Более того, в каналах со случайным доступом уровень интерференции постоянно меняется, что в свою очередь сильно влияет на SINR, даже при неизменных мощности передатчика и затухания. В предлагаемой авторами схеме RTS/CTS пакеты передаются с максимальной мощностью и используются для вычисления необходимого уровня мощности передатчика при использовании направленных антенн. Приёмник при получении RTS пакета вычисляет значение SINR.