Анализ эффективности механизмов доставки потоковых данных с заданными требованиями к качеству обслуживания в самоорганизующихся беспроводных сетях

• Автор: Хоров, Евгений Михайлович
• Шифр специальности: 05.12.13
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 142 с. : ил.

Содержание
Введение
Глава 1. Особенности механизмов доставки данных в самоорганизующихся
беспроводных сетях
1.1. Назначение беспроводных многошаговых самоорганизующихся сетей
1.2. Сети MANET
1.3. Сети Wi-Fi Mesh стандарта IEEE 802.11s
1.4. Критерии эффективной работы сети
1.5. Постановка задач исследования
Глава 2. Анализ эффективности метода детерминированного доступа
2.1. Исследование передачи потоковых данных с помощью метода детерминированного доступа
2.2. Анализ влияния метода размещения биконов на метод детерминированного доступа
2.3. Выводы ко второй главе
Глава 3. Исследование механизмов управления соединениями
3.1. Показатели эффективности механизма управления соединениями
3.2. Модель МУС без синхронизации состояний соединений
3.3. Модель МУС с синхронизацией состояний соединений
3.4. Численные результаты
3.5. Результаты сравнения механизмов управления соединениями
3.6. Выводы к третьей главе
Глава 4. Исследование механизмов маршрутизации
4.1. Анализ ошибок маршрутизации, возникающих в сети MANET под управлением протокола OLSR
4.2. Исследование совместного использования проактивного и реактивного подхода при рассылке информации о соединениях
4.3. Метрики маршрутизации для случайного метода доступа
4.4. Метрика маршрутизации для детерминированного метода доступа

4.5. Выводы к четвертой главе
Заключение
Литература
Приложение А. Акты о внедрении результатов диссертации

Введение
Актуальность работы
Одной из задач, сфокусировавшей на рубеже тысячелетий внимание исследователей и разработчиков беспроводных широкополосных сетей, стала задача построения децентрализованных сетей.
Децентрализованные сети, или сети класса ad hoc, - это сети, создаваемые при необходимости из равнозначных станций без какой-либо заранее развернутой инфраструктуры. Большая потребность в таких сетях нашла отражение в стандартах беспроводных сетей, например в стандарте IEEE 802.11, известном под коммерческой маркой Wi-Fi. В этом стандарте сети ad hoc создаются из однотипных устройств и используют распределенное управление, при этом каждая станция находится в зоне непосредственного радиоприема всех остальных станций. С момента публикации первой версии стандарта в 1997 г. появилось множество новых задач, которые требовали обеспечения бесперебойной работы движущихся станций и расширения зоны покрытия сети. Расширение зоны покрытия сети означает, что некоторые станции связной сети находятся вне зоны радиоприема друг друга, поэтому для доставки пакетов между ними требуется ретрансляция пакетов через промежуточные станции. Таким образом, расширение зоны покрытия сети приводит к переходу от одношаговой сети к многошаговой. Технологиями, обеспечивающими работу движущихся станций в многошаговой сети, стали 1) оформленная в виде спецификаций организации IEFT технология мобильных ad hoc сетей (сетей MANET) и 2) технология mesh-сетей стандарта IEEE 802.11s (сетей Wi-Fi Mesh).
Хотя эти спецификации и позволили передавать данные в многошаговых мобильных сетях, потребности пользователей сетей все время растут и, как показывают последние отчеты телекоммуникационных компаний, в последние годы наблюдается резкий рост объема мультимедийного трафика. Это ставит перед исследователями и инженерами новые задачи, связанные с необходимостью не только передавать данные, но и выполнять при этом требования к качеству обслуживания.
Исследованию эффективности доставки данных в многошаговых беспроводных самоорганизующихся сетях посвящено значительное количество работ, среди которых следует особо отметить работы российских и зарубежных ученых: О.М. Брехова, A.B. Ви-неля, Н.Д. Введенской, А.Б. Гольдштейн, A.A. Гончарова, А.П. Кулешова, Д.В. Лакон-

значению VAmin (например, 90%).
В качестве основного критерия эффективности работы сети, передающей голосовые данные, примем максимизацию емкости сети, определенной выше.
1.5. Постановка задач исследования
Спецификации сетей MANET и Wi-Fi Mesh появились совсем недавно (например, стандарт [18] был принят в 2011г), поэтому остаются открытыми многие вопросы, связанные с анализом механизмов, использующихся в таких сетях. В частности являются актуальными оценка эффективности этих механизмов и их настройка для доставки потоковых данных реального времени с заданным требованием к качеству обслуживания. Поэтому в диссертации решаются следующие задачи.
1.5.1. Анализ метода детерминированного доступа
Как показано в [51], использование метода МССА детерминированного доступа к среде значительно повышает объем данных, переданных сетью (емкость сети). Однако, этот метод не гарантирует доставку пакетов. Причиной этого являются как наличие случайных шумов в радиоканале, так и незащищенность от коллизий, что показано в работах [52-55]. Коллизии могут быть вызваны передачами как станций, находящихся за пределами двухшагового окружения, так и станций, не поддерживающих МССА.
В любом случае некоторые попытки передачи пакетов оказываются неудачными, и резервирование канала ровно под одну попытку передачи каждого пакета может оказаться недостаточным для выполнения требований к качеству обслуживания. Поэтому возникает необходимость определить требуемые параметры резервирований, которые бы позволили выполнить требования к качеству обслуживания при минимальном потреблении ресурсов канала.
В диссертации рассматривается случай, когда на станцию поступает поток данных постоянной интенсивности, иными словами, пакеты поступают в очередь станции через равные интервалы времени. Этот поток может быть сгенерирован голосовым кодеком, например, G.729 [50]. Требования к качеству передачи потока формулируются в виде ограничений на максимально допустимые времена доставки пакетов и долю потерянных пакетов. Для определения требуемого периода резервирований в диссертации ставится задача разработки аналитической модели передачи данных постоянной интенсивности с