автореферат диссертации по радиотехнике и связи, 05.12.13, диссертация на тему:Анализ механизмов повышения эффективности передачи информации в высокоскоростных локальных и городских беспроводных сетях

На правах рукописи

Якимов Михаил Юрьевич

Анализ механизмов повышения эффективности передачи информации в высокоскоростных локальных и городских

беспроводных сетях

Специальность 05 12 13 - Системы, сети и устройства телекоммуникаций

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва-2008

ООЗ169678

003169678

Работа выполнена в Институте проблем передачи информации им А А Харкевича РАН

Научный руководитель доктор технических наук, доцент

Ляхов Андрей Игоревич Официальные оппоненты доктор технических наук, профессор,

академик РАН

Кузнецов Николай Александрович кандидат технических наук, Винель Алексей Викторович Ведущая организация Институт проблем управления

им В А Трапезникова РАН, г Москва

Защита состоится 10 июня 2008 г в 15 часов на заседании диссертационного совета Д 212 156 04 при Московском физико-техническом институте (ГУ) по адресу 141700, г Долгопрудный, Московская обл , Институтский пер , д 9, ауд

204 Нового корпуса

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского физико-технического института (ГУ)

Автореферат разослан 5"мая 2008 г

Ученый секретарь

диссертационного совета Д 212 156 04, кандидат технических наук, доцент

ЛП Куклев

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. 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 объемов 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 день наиболее популярными технологиями построения высокоскоростных локальных и городских беспроводных сетей являются W'îFî (стандарт IEEE 802 11) и WiMAX (стандарт IEEE 802 16)

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 M Брехова, В M Вишневского, В С Жданова, В А Жожикашвили, H А Кузнецова, О Г Мелентьева, А В Печинкина, В К Попкова, В В Рыкова, С H Степанова, G Balbo, S С Bruell, L Fratta, L Kleinrock, M Olivetty, H Takagi, S С Borst, O J Вохша и др Среди аналитических работ, посвященных исследованию протоколов IEEE 802 11 и IEEE 802 16 и оценке производительности построенных на их базе беспроводных сетей, наиболее значимыми являются работы А В Винеля, В M Вишневского, А И Ляхова, G Blanchi, F Cali, M Conti, E Gregory, Q Ni В большинстве этих работ производительность оценивается в предположении идеального канала

В работах, учитывающих влияние помех, имеется ряд недостатков В частности, работа различных механизмов беспроводного протокола (переключение скоростей, фрагментация пакетов и др ) в условиях помех анализируются разрозненно, те не существует моделей, позволяющих проводить анализ совместного влияния этих механизмов на эффективность передачи информации по беспроводной сети Следовательно, методы, предлагаемые в этих работах, невозможно напрямую использовать при оптимизации параметров протокола Кроме того, одним из основных недостатков существующих протоколов беспроводных сетей является отсутствие средств поддержки качества передачи многоадресного трафика В связи с этим необходимо создать механизм, обеспечивающий надежную многоадресную передачу в локальных и городских сетях, и разработать адекватную математическую модель этого механизма, позволяющую оптимизировать его работу с учетом требований к качеству обслуживания

Целью диссертационной работы является разработка комплекса аналитических

и имитационных моделей для анализа механизмов повышения эффективности

передачи информации в высокоскоростных локальных и городских

4

беспроводных сетей, а также исследование и оптимизация этих механизмов с учетом влияния помех и требований, предъявляемых к качеству обслуживания

Задачами диссертационного исследования являются

1. Получение аналитических зависимостей вероятности искажения кадра от уровня помех,

2 Разработка метода совместной оптимизации скорости передачи и порога фрагментации,

3 Аналитическое исследование механизма переключения скоростей,

4 Изучение интерференции прямых соединений станций в сетях IEEE 802 11 и разработка механизмов избегания этой интерференции,

5 Разработка нового протокола надежной многоадресной передачи в беспроводной сети и его математической модели

Методы исследования. Для достижения поставленной цели в диссертационной работе используются методы теории вероятностей, теории стохастических процессов, комбинаторного анализа, вычислительной математики, а также имитационного моделирования

Основные положения, выносимые на защиту:

1 Методы полиномиально-логарифмической и экспоненциально-логарифмической аппроксимации вероятности искажения кадра,

2 Аналитическая модель обобщенного механизма переключения скорости передачи типа ARF (Auto-Rate Fallback),

3 Метод совместной оптимизации скорости передачи и механизма фрагментации,

4 Механизм защиты прямых соединений от интерференции в беспроводных сетях с протоколом IEEE 802 11,

5 Мультилидерный механизм многоадресной передачи,

6 Аналитическая модель мультилидерного механизма с фиксированными лидерами,

7 Аналитическая модель мультилидерного механизма со случайно выбираемыми лидерами

Научная новизна:

1 Разработаны новые методы полиномиально-логарифмической и экспоненциально-логарифмической аппроксимации зависимости вероятности искажения кадра от отношения сигнал/шум,

2 Разработана аналитическая модель обобщенного механизма переключения скорости передачи, основанного на автоматическом откате скорости,

3 Разработан метод совместной оптимизации скорости передачи и механизма фрагментации,

4 Предложен новый механизм работы прямых соединений в структурированных беспроводных сетях с протоколом IEEE 802 11, позволяющий избегать взаимной интерференции соединений,

5 Предложен новый механизм многоадресной передачи, основанный на выделении части получателей в качестве лидеров, ответственных за подтверждение многоадресных пакетов,

6 Разработаны аналитические модели мультилидерного механизма с различными схемами выбора лидеров

Практическая ценность и реализация результатов. Результаты работы внедрены и используются на практике, что подтверждено соответствующими актами Предложенные и изученные механизмы переключения скорости передачи, защиты прямых соединений и многоадресной передачи реализованы в радио маршрутизаторе РЭС «Рапира», который был разработан ИППИ РАН в

6

рамках Федеральной целевой научно-технической программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития науки и техники» на 20022006 годы по Государственному контракту № 02 477 11 1003 «Разработка технологии создания нового поколения широкополосных телекоммуникационных средств комплектации беспроводных систем передачи данных, голоса и информации»

Теоретические и практические результаты работы использованы при разработке НИР, проводимой ИППИ РАН, по программе Отделения нанотехнологий и информационных технологий РАН «Новые физические структурные решения в инфокоммуникациях»

Апробация результатов работы. Основные результаты диссертации докладывались и обсуждались на

Международных семинарах «Распределенные компьютерные и телекоммуникационные сети Теория и приложения» (2003 г, 2007 г, Москва), (2006 г, София, Болгария),

4th IEEE International Conference on Mobile Ad-hoc and Sensor Systems (MASS 2007, Pisa, Italy),

3rd ACM International Workshop on QoS and Security for Wireless and Mobile Networks (Q2SWinet 2007, Chama, Crete Island, Greece), Международных конференциях по проблемам управления (МКПУ-Ш 2006г, 2008г, Москва),

Научных конференциях МФТИ в 2005 и 2007г (Долгопрудный), Конференции молодых ученых и специалистов "Информационные технологии и системы" (ИТиС-2007, Звенигород), 4-th IEEE Consumer Communications and Networking Conference (CCNC'07, Las Vegas, Nevada, USA),

IX Международной научно-практической конференции "Проблемы функционирования информационных сетей" (ПФИС-2006, Новосибирск), Семинарах ИППИ РАН

Публикации. По теме диссертации опубликовано 15 научных работ, список которых приведен в конце автореферата Из них, 2 статьи [1, 2] опубликованы в рецензируемых научных журналах, один из которых утвержден в перечне ВАК, а остальные 13 работ опубликованы в трудах ведущих международных и российских научно-технических конференций.

Структура и объем диссертационной работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы, включающего 70 наименований, и приложения Работа изложена на 158 страницах и содержит 64 рисунка и 9 таблиц

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность работы, сформулирована основная цель, научная новизна и практическая значимость результатов, приведено краткое описание структуры диссертации

В первой главе рассмотрена структура и дано функциональное описание стандартов высокоскоростных беспроводных сетей IEEE 802 11 и IEEE 802 16 Оба этих стандарта регламентируют работу уровня управления доступом к среде и физического уровня устройств беспроводной сети В частности, для протокола IEEE 802 11 фундаментальным механизмом доступа к беспроводной среде является режим распределенного управления, реализующий метод множественного доступа с контролем несущей и избеганием коллизий CSMA/CA (Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance) Прежде чем начать передачу, каждая станция сети, убедившись, что среда свободна, выжидает в

8

течение случайно выбираемого интервала отсрочки, который формируется из слотов постоянной длительности а Отсчет слотов отсрочки станция ведет только при свободном канале Если счетчики двух и более станций одновременно достигли нулевого значения, происходит коллизия, длительность которой определяется кадром максимальной длины из числа вовлеченных в коллизию Перед переходом в состояние отсрочки после передачи очередного кадра данных станция инициализирует счетчик слотов отсрочки некоторым начальным значением, равновероятно выбираемым из интервала целых чисел [О, ,CW], где величина CW называется конкурентным окном (Contention

Window) Если предыдущая передача прошла успешно, то конкурентное окно равно своему минимально возможному значению CWmm В противном случае,

оно определяется числом к неудачных попыток передачи кадра, которое ограничено пределом К , и равно CWk = (CWmm +1)2' -1, однако, не может быть больше некоторого значения CWmax =(CWmm +l)2m -1 Если переданный кадр

данных успешно принят станцией назначения, она по истечении интервала времени SIFS отправляет подтверждение успешной передачи - кадр АСК (Acknowledgement) После завершения попытки передачи очередного кадра данных станция переходит в состояние отсрочки спустя интервал DIFS, если попытка была успешной, или EIFS - при неудачной попытке

Для защиты передачи длинных кадров данных от коллизий, в протоколе IEEE 802 11 может использоваться так называемый механизм RTS/CTS, при котором передача данных предваряется обменом короткими кадрами RTS и CTS Далее рассматриваются такие механизмы повышения эффективности передачи данных, как фрагментация пакетов, переключение скорости передачи, блочные передача и подтверждение, установление прямых соединений, а также

механизмы, направленные на обеспечение качества обслуживания (QoS - Quality of Service)

Отдельно дается описание канального и физического уровней протокола IEEE 802 16, в котором организуется бесколлизионный регулируемый множественный доступ на основе механизма TDMA с временным (TDD) или частотным (FDD) дуплексированием для работы в сетях городского масштаба Время работы сети с протоколом IEEE 802 16 разделено на суперкадры фиксированной длины Т1"""1, в пределах которых базовая станция выделяет слоты для передачи в соответствии со своими потребностями и запросами, принимаемыми от оконечных станций

В последнем разделе главы проводится анализ существующих методов и алгоритмов оценки и повышения эффективности работы беспроводных сетей и ставятся задачи диссертации Показано, что как существующие беспроводные протоколы, так и методы их исследования обладают существенными недостатками В частности, протоколы не определяют механизм переключения скоростей и не обеспечивают надежную доставку многоадресных сообщений

Во второй главе проведен анализ механизмов повышения эффективности передачи одноадресных сообщений

В пункте 2 1 проведен анализ прямого метода нахождения зависимостей вероятностей искажения бита BER (Bit Error Rate) и кадра PER (Packet Error Rate) от отношения сигнал/шум SNR (Signal-to-Noise Ratio) в канале с АБГШ (Аддитивный Белый Гауссовский Шум), в результате которого показана неэффективность этого метода ввиду того, что он не является универсальным для всех типов модуляции и способов кодирования, применяемых в протоколах беспроводных сетей, имеет лишь оценочный характер и аналитически сложен, так как требует проведения большого количества вычислений Далее предлагаются два новых метода, позволяющие в явном виде получить

приближенные зависимости BER и PER от SNR Метод полиномиально-логарифмической аппроксимации основывается на том, что логарифмы BER хорошо приближаются полиномами S^(SNR) по степеням отношения SNR,

коэффициенты которых зависят только от типа модуляции и способа кодирования, используемых для передачи на i -ой битовой скорости При этом для вероятности искажения кадра длины L Байт справедливо приближение

PER = \-(\-exp(s{,](SNR))jL (1)

В методе экспоненциально-логарифмической аппроксимации логарифмы BER, а точнее функции -\n(2BER), аппроксимируются экспонентами вида

exp^SNR - а^, где коэффициенты а^ и /9*'* определяются только

типом модуляции и способом кодирования при передачи на i -ой скорости Таким образом, для вероятности искажения кадра длины L Байт справедливо

/

PER = 1-

. 1 1--ехР

/ /

-ехр

V

SNR-(3(,)

а0}

и JJ)

\ы

(2)

В пункте 2 2 предложена аналитическая модель универсального механизма переключения скорости передачи, обобщающего правила выбора битовой скорости АИР В частности, предполагается, что пороги ^ и г? переключения скоростей по числу последовательных успешных и неудачных попыток передач могут выбираться произвольно для каждой I -ой битовой скорости передачи, 1 = 1, , / Показано, что процесс передачи кадра в присутствии механизма переключения скорости представим марковским процессом с дискретным временем, единицей которого является время выполнения попытки передачи кадра (Рис 1)

Рис. 1 Марковская цепь процесса передачи кадров

Из любого состояния (/,у,±), означающего, что на скорости / последовательно произошло ) успешных «+» или неудачных «-» передач, возможно ровно два альтернативных перехода, соответствующих успеху (вероятность 1 — р,) или неудаче (вероятность р1) очередной попытки передачи

Для нахождения стационарных вероятностей состояний (/, у, ±),

марковская цепь преобразуется к упрощенному виду, представляющему собой процесс рождения-гибели с I состояниями, в котором состояние / со стационарной вероятностью Я, соответствует передаче станции на I -ой битовой скорости, А, - вероятность «рождения», т е увеличения битовой скорости, а д - вероятность «гибели», т е уменьшения битовой скорости. Стационарные вероятности состояний для упрощенной цепи равны

1 + « А

t=2 ,=2 И,

Вероятности переходов Я, и находятся с помощью уравнений баланса, записанных для исходной марковской цепи (Рис 1), по формулам

,. й('-д)" 0-д)д"

а стационарные вероятности Л,1 , состояний исходной цепи Маркова

к; = р'{[-р'У R„ R'MilàiLRi, о - i-(i-Ay " •> i-p:

Далее разрабатывается аналитическая модель оценки производительности и надежности передачи беспроводной сети типа Hot spot, состоящей из N станций и работающей по протоколу IEEE 802 11 в режиме DCF Для анализа сети используется дискретная целочисленная временная шкала, моменты времени на которой соответствуют началам следующих друг за другом, так называемых виртуальных слотов В начале виртуального слота каждая станция меняет значение своего счетчика отсрочки передачи согласно правилам протокола IEEE 802 11 и может приступить к очередной передаче кадра, если значение этого счетчика стало равным нулю

Виртуальные слоты бывают 3-х типов Пустой сют постоянной длительности сг, в котором ни одна из станций сети не передает, успешный счот со средней длительностью Ts, в котором начинает передачу только одна из станций сети, и коллизионный слот со средней длительностью Тс, в котором

одновременно начинают передачу две или более станций сети Как и в большинстве работ по анализу сетей IEEE 802 11, вводится допущение, что для

13

любой станции вероятность г начала передачи в произвольно выбранный виртуальный слот не зависит ни от предыстории, ни от текущих состояний других станций и одинакова для всех станций сети Исходя из этого допущения, используя полученные стационарные вероятности Я, передачи станции на / -ой скорости, получены аналитические выражения для длительностей слотов Г?, Тс и вероятностей ре, рч и рс, а также определено среднее количество информации и , передаваемое за успешный слот

Выражение для пропускной способности сети имеет вид

Зм = р,и/(р.<г+рА+рЛ) (3)

Затем определяется вероятность т как отношение среднего числа попыток передачи кадра / к общему числу виртуальных слотов, прошедших с момента начала передачи кадра до успешного ее окончания или исчерпания всех попыток передачи К

Г = 7/(7+ 5), (4)

где а) - среднее число слотов, в которых станция вынуждена отложить передачу текущего кадра Средние /и ей определяются с использованием стационарных вероятностей /?,* и зависят от вероятностей неудачной попытки передачи кадра

р, С другой стороны, вероятности р1 связаны с г по формуле

/ = 1) г1 (5)

где Р"'"1 и Р^ск - вероятности искажения кадров данных и подтверждений вследствие воздействия шумовых помех Уравнения (4) и (5) совместно составляют систему из / +1 независимых уравнений относительно гид, решение которой дает значения соответствующих вероятностей для нахождения средней пропускной способности сети по формуле (3)

С использованием стационарных вероятностей Rf также предлагается способ нахождения вероятности потери пакета с данными 7], являющейся показателем надежности передачи данных

В конце пункта 2 2 эффективность исследуемого механизма оценивается путем сравнения производительности сети с данным механизмом и сети, работающей на идеально выбранной скорости, исследование которой проводится путем редуцирования разработанной аналитической модели к случаю работы только на этой скорости

В пункте 2 3 решается задача совместной оптимизации скорости i передачи

и порога фрагментации L с точки зрения минимизации среднего времени передачи пакета в канале «точка-точка» Количество фрагментов п, составляющих пакет данных общей длиной L, и длина Lf каждого из

фрагментов равны «=["l/l"| и ¿;=£/и При известных вероятностях

искажения фрагмента P,(Lf) и кадра подтверждения Р:мк вероятность р неудачной попытки передачи фрагмента определяется по формуле

а вероятности отказа рп1 в передаче фрагмента и потери т] всего пакета

Далее с учетом особенностей протокола определяется среднее время Т,

затрачиваемое на передачу всех фрагментов пакета

CW п » Т = + -J-Т + (1 - 77) (DIFS - SIFS),

где Т = (l - р) JTWiC + pJT/all + В, Тии, - время успешной передачи фрагмента,

Т/ш1 - время неудачной передачи фрагмента, со - среднее число слотов

15

отсрочки при передаче одного фрагмента, a f = Рщ)/(}-- р) - среднее количество попыток его передач После этого, используя плотность распределения длин пакетов Q(L), выражаются время передачи и вероятность потери пакета

t;(Î) = X©(I) т, 7 =

I I,

Проводя минимизацию времени совокупно по порогу фрагментации и

номеру скорости передачи, определяются оптимальный порог фрагментации Ьщ„ = arg min Tt (¿J, оптимальная скорость передачи iaft = arg тщ Tt (¿J и среднее

время Тшя = nun 1] передачи пакета при этих оптимальных параметрах

В пункте 2 4 проведено имитационное моделирование передачи данных посредством прямых соединений (в обход базовой станции) для типовых вариантов расположения станций структурированной сети IEEE 802 11 Показано, что наличие интерференции прямых соединений приводит к существенно неравномерному распределению пропускной способности канала между ними Проанализированы основные причины, приводящие к этому Разработан новый механизм организации прямых соединений, и показана его эффективность путем имитационного моделирования

В третьей главе проводится анализ производительности и надежности передачи многоадресных сообщений в локальных и городских беспроводных сетях Как известно, существующие версии стандартов IEEE 802 11 и IEEE 802 16 не регламентируют механизм, обеспечивающий надежность доставки многоадресных пакетов В связи с этим предлагается и исследуется новый мультилидерный протокол многоадресной передачи ELBP (Enhanced Leader-

Based Protocol), позволяющий достигать оптимального баланса производительности и надежности передачи

В пункте 3 1 описывается протокол ELBP, согласно которому после очередного блока многоадресных кадров с данными посылаются кадры запроса на подтверждение BAR (Block-ACK Request) по очереди определенной части получателей (лидерам), каждый из которых отвечает кадром В-АСК (Block-ACK), содержащим битовую маску подтверждений на кадры блока Если хотя бы один из лидеров не подтвердил прием какого-либо кадра из блока, то такой кадр должен быть передан вновь в следующем блоке при условии, что не истекло время его жизни Гтах В протоколе ELBP число лидеров J может быть меньше общего количества получателей N, а число кадров В в блоке - произвольным Показывается, что путем регулирования параметров J и В, а также схемой выбора лидеров можно удовлетворить самые разнообразные QoS-требования, предъявляемые к надежности и производительности, включая максимально допустимую интенсивность потерь пакетов if, минимально допустимую пропускную способностью S" и максимально допустимую задержку передачи пакета Г* Требование к задержке удовлетворяется путем установки Гтах < Т*, QoS-требования rf и S', очевидно, выполняются для каждого получателя при

условиях rf >r) = max л и S' < S = min S , где i] и S - интенсивность

j j

искажения кадров и пропускная способность для получателя j

В пункте 3 2 проводится анализ работы протокола ELBP с фиксированными лидерами (F-ELBP), т е когда лидеры, будучи выбраны, не меняются длительное время Особенностью протокола ELBP является автоматическое определение максимального количества попыток передачи кадра К на скорости i через время Т между последовательными передачами блока кадров К = \Тпа/Т ]

Для протокола Р-ЕЬВР формулируется и доказывается теорема, указывающая на оптимальную схему выбора лидеров

Теорема 1 Для протокола многоадресной передачи Р-ЕЬВР с / > 1 лидерами показатель максимальной интенсивности потерь пакетов т]тт минимален в случае, если у всех лидеров уровень помех (а значит и вероятности искажения кадра р ) выше, чем у остальных получателей

Далее рассматривается работа Р-ЕЬВР с оптимальной схемой выбора лидеров Все получатели нумеруются в порядке убывания значений вероятности искажения кадра В общем виде определяются вероятности лк, что все лидеры

получили данный кадр именно после к -ой попытки и вероятности лк, что не все лидеры получили кадр данных после к -ой попытки, а также среднее количество попыток передачи кадра уК с учетом ограничения К на их число Затем определяются показатели работы протокола Р-ЕЬВР для каждого получателя

где L - длина кадров в блоке Показано, что предложенный метод анализа протокола F-ELBP универсален и годится для использования как для локальных сетей на базе протокола IEEE 802 11, так и для городских сетей с протоколом IEEE 802 16

В пункте 3 3 проведен анализ выполнимости QoS-требований к надежности передачи и производительности Показано, что необходимыми условиями для

Т% 8LB(l-p£,) этого являются Tt <- и 'Г <---- Кроме того,

Р% lijiJ,

формулируется и доказывается теорема, позволяющая ограничить сверху множество получателей, из которого выбираются лидеры

Теорема 2 При многоадресной передаче по протоколу Р-ЕЬВР у получателей, р] которых меньше, чем

р = -р{)/2р^ + г}' /р1 -(1 -р1)/2р1 , интенсивность потерь пакетов

заведомо меньше ?/*, и они не должны выбираться в качестве лидеров

В пункте 3 4 проводится анализ модификации \V-ELBP протокола многоадресной передачи, в которой лидеры выбираются из числа всех получателей в соответствии с их весовыми показателями м>1 каждый раз перед посылкой очередного блока кадров данных Как и в случае протокола Р-ЕЬВР, определяются вероятности 1,,ас помощью них - среднее количество попыток передачи кадра у к Кроме того, определяются вероятности рНк окончания

передачи пакета на к-ой попытке с неудачей для определенного получателя /г Интенсивности потерь пакетов для данного получателя находится путем суммирования этих вероятностей по всем возможным попыткам передачи

к

/д = ^ А ( Пропускная способность для каждого получателя находится по тем

же формулам, что и при анализе протокола Р-ЕЬВР

В заключение главы предлагается альтернативный метод анализа протокола \V-ELBP для сетей с большим количеством получателей, основанный на разделении всех получателей многоадресного трафика по группам так, чтобы у получателей в каждой из этих групп интенсивности искажения кадров были практически равны При этом, внутри одной группы весовые показатели для получателей принимаются равными Такой подход может быть полезен при рассмотрении городских сетей, в которых пользователи располагаются компактными группами, например, в отдельных зданиях

19

В четвертой главе получены и проанализированы результаты применения аналитических методов, разработанных в предыдущих главах

В пункте 4 1 проведено имитационное моделирование работы физического уровня протокола IEEE 802 lia в канале связи с АБГШ Найдены численные значения коэффициентов аппроксимирующих полиномов S^'\SNR) первой и

второй степени в формуле (1), а также коэффициентов а{,) и fr' в формуле (2) Путем сравнения с данными имитационного моделирования показано, что при использовании полиномов первой степени для расчетов по формуле (1) погрешность оценки PER составляет около 30% Однако, для расчетов по формуле (1) с полиномами второй степени, а также для расчетов по формуле (2), та же погрешность не превосходит 5%, что говорит о хорошей точности предлагаемых способов аппроксимации

В пункте 4 2 проведено сравнение результатов, полученных в пункте 2 2, с результатами имитационного моделирования на примере сети с протоколом IEEE 802 lia Показано, что их отличие лежит в пределах 1%, что говорит о высокой точности разработанной математической модели Проанализировано влияние алгоритма переключения скорости ARF при увеличении числа станций в сети на пропускную способность Найдены наилучшие пороги переключения s, и е, для некоторых диапазонов значений числа станций в сети при различных показателях допустимого отклонения а пропускной способности от ее значения на оптимальной скорости Показано, что при « = 01 наиболее эффективными являются схемы ARF с порогами s = 17,e = 4 для диапазона iV = [2,3] и с порогами s -12 ,е = 4 для диапазона 7V = [3,4], а при а = 0 25 - схема ARF s = 7 , е = 3 для более широкого диапазона N = [2,5]

В пункте 4 3 путем программной реализация метода оптимизации

предложенного в п 2 3, найдены оптимальные значения битовой скорости

20

передачи V (Рис 2) и порога фрагментации Lopl в зависимости от отношения

сигнал/шум в канале при работе в канале «точка-точка» по протоколу IEEE 802 11а В процессе анализа полученных результатов выяснилось, что значения V и Lopl слабо зависят от вида распределения ©(¿), что говорит о

потенциальной возможности применения данного метода при настройке беспроводного оборудования безотносительно к типу передаваемых данных Также показано, что станция не должна передавать на скорости V2 = 9 Мбит/с и фрагментировать пакеты следует лишь при передаче на самых низких скоростях

60 •

54 Мбит/с _______

50 ' 48 Мбит/с _!,

40 -

36 Мбит/с _. ,

24 Мбнт/с 20 ' IS Мбит/с 12 Мбит/с

10 -

_6 Мбит/с

0 -'-1-'-'-1-1-1-1-'-1-1-•-•-1-1-1-1-'-'-1-'-1-'-1-1

0 5 10 15 20 25

SNR дБ

Рис. 2 Оптимальная битовая скорость передачи в канале точка-точка

В пункте 4 4 на двух типовых примерах («Аудитория» и «Арена»)

беспроводной сети с протоколом IEEE 802 11 с большим (40 и 50

соответственно) числом получателей многоадресного трафика получены

численные результаты расчета по аналитической модели протокола F-ELBP из п

3 2 Для обоих примеров найдены пары значений J и В ((J=3, В=9) и (J=4, В=9)

соответственно) протокола F-ELBP, максимизирующие показатель пропускной

21

способности при С^-требованиях 77* = 0 08 и Т' - 6661 мкс Кроме того, получены графики, в явном виде доказывающие превосходство предложенного механизма Р-ЕЬВР над всеми известными протоколами многоадресной передачи Далее, на примере городской сети с протоколом ШЕЕ 802 16 проведен анализ масштабируемости протокола Р-ЕЬВР Получена зависимость (Рис 3) оптимального (с точки зрения минимизации полосы, выделяемой под многоадресный поток данных в каждом суперкадре) числа лидеров Jflpl от ОоБ-

требования к интенсивности потерь пакетов 77* при = 5 мс и Т' = 20 мс

ч

Рис. 3 Оптимальное число лидеров в сети из N получателей

Показано, что в протоколе F-ELBP даже при довольно большом числе получателей в сети и довольно жестких QoS-требованиях оптимальное число лидеров на порядок меньше общего количества получателей

В последней части пункта 4 4 проводится исследование механизма W-ELBP в условиях сети с протоколом IEEE 802 16 С использованием альтернативной аналитической модели, разработанной в п 3 4, для определенной топологии и QoS-требований найдены оптимальные (с точки зрения минимизации общего

показателя интенсивности потерь //1ПМ для конкретного числа J) весовые показатели для всех групп станций сети Далее, механизм W-ELBP с оптимальными весовыми показателями сравнивается с механизмами W-ELBP с равновероятным выбором лидеров и F-ELBP при одинаковых условиях и QoS-требованиях Показано, что механизму W-ELBP с оптимальными весовыми показателями необходимо меньше лидеров J, меньшее число В кадров в блоке и, следовательно, меньшая полоса, выделяемая под многоадресный поток, для выполнения определенных QoS-требований, чем остальным механизмам

В заключении приводятся основные результаты и выводы диссертационной работы

В приложении приведены акты о внедрении результатов диссертационной работы

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1 Проведен анализ основных механизмов повышения эффективности передачи в протоколах высокоскоростных локальных и городских беспроводных сетей IEEE 802 11 и IEEE 802 16,

2 Разработаны методы полиномиально-логарифмической и экспоненциально-логарифмической аппроксимации зависимости вероятности искажения кадра от отношения сигнал/шум Показано, что эти методы обладают высокой точностью, что позволяет успешно использовать найденную с их помощью вероятность искажения кадра в аналитических моделях беспроводных сетей,

3 Разработана аналитическая модель обобщенного механизма переключения скорости передачи, основанного на автоматическом откате скорости С помощью данной модели проведена оптимизация параметров механизма, исследована его эффективность при наличии коллизий и определено

предельное число активных станций в сети, при котором данный механизм остается работоспособен,

4 Разработан метод совместной оптимизации скорости передачи и механизма фрагментации В результате применения этого метода показано, что фрагментация эффективна только на относительно малых скоростях передачи,

5 На основе имитационного моделирования показано, что интерференция прямых соединений в структурированных сетях IEEE 802 11 приводит к существенно неравномерному распределению пропускной способности канала между соединениями Для избегания этого эффекта разработан новый механизм работы прямых соединений, который был представлен на рассмотрение рабочей группы комитета IEEE,

6 Предложен новый механизм многоадресной передачи, основанный на использовании блочного подтверждения и выделении части получателей в качестве лидеров, ответственных за подтверждение многоадресных пакетов Этот механизм также представлен на рассмотрение рабочей группы комитета IEEE Разработаны аналитические модели мультилидерного механизма с различными схемами выбора лидеров На основе этих моделей найдены значения параметров механизма, оптимальные для конкретных топологий сети и требований к качеству обслуживания

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

[1] Вишневский ВМ, Ляхов АИ, Якимов МЮ Оптимизация работы высокоскоростной беспроводной сети в условиях помех // Электросвязь, 2007, №8, стр 16-19

[2] V Vishnevsky, A. Safonov, M Yakimov, Е Shim, Alexander Gelman "Scalable Blind Search and Broadcasting over Distributed Hash Tables",

24

Journal on Computer Communications, Elsevier, vol 31, is 2, pp 292-303, 2008

[3] A Lyakhov, V Vishnevsky and M Yakimov Multicast QoS Support in IEEE 802 11 WLANs Proceedings of the 4th IEEE International Conference on Mobile Ad-hoc and Sensor Systems (MASS 2007), Oct 2007, Pisa, Italy

[4] A Lyakhov, V Vishnevsky, and M Yakimov 802 11 Reliable Multicast with Weighted Leaders Proceedings of the International Workshop "Distributed Computer and Communication Networks (DCCN-2007)" Moscow, Russia, vol I M V1NITI, 2007, pp 95-100

[5] A Lyakhov, A Safonov, M Yakimov, A Gudilov Analysis of Direct Transmissions in IEEE 802 11 Networks Proceedings of the International Workshop "Distributed Computer and Communication Networks (DCCN-2007)" Moscow, Russia, vol I M VINITI, 2007, pp 108-115

[6] A Lyakhov, V Vishnevsky, M Yakimov Multicast QoS support m IEEE 802 16 Proceedings of the Third ACM International Workshop on QoS and Security for Wireless and Mobile Networks (Q2SWinet'07), pp 63-70, Chania, Crete Island, Greece, Oct 22, 2007

[7] Якимов M Ю, Сафонов А В Обеспечение качества доставки многоадресных пакетов в WiFi сетях И Труды 50-й научной конференции МФТИ, Долгопрудный, МО, Ноябрь 2007

[8] V Vishnevsky, A Lyakhov, М Yakimov, S Mo, A Gelman "An Efficient Packet Transmission Scheme for Millimeter Wave " Proceedings of 4-th IEEE Consumer Communications and Networking Conference (CCNC'07), FA2-L1, Las Vegas, Nevada, USA, Jan 2007, pp 7-11

Якимов M Ю, Сафонов А В, Поддержка надежной многоадресной передачи в беспроводном протоколе IEEE 802 11 // Труды конференции "Информационные технологии и системы" (ИТиС-2007), Звенигород, сентябрь 2007, с 54-58

В M Вишневский, А И Ляхов, А А Сафонов, M Ю Якимов, Распределенный МАС-уровень высокоскоростных беспроводных персональных сетей // Труды III Международной конференции по пробчемам управления, Москва, 20-22 июня 2006 г , т 2, с 148

В M Вишневский, А И Ляхов, M Ю Якимов, В В Лютов Справедливый доступ в беспроводных сетях типа "Hot Spot" // Труды IX Международной научно-практической конференции "Проблемы функционирования информационных сетей" (ПФИС-2006), Новосибирск, 2006 г, с 73-77

V M Vishnevsky, А I Lyakhov, M Yu Yakimov, A A Safonov, D Hahn, J H Sohn, D H Sim, S H Yang, "Reliable Milticast at MAC layer in IEEE 802 11," Proc Int Workshop "Distributed Computer and Communication Networks" (DCCN-2006) Sofia, Bulgaria, October 30 - November 2, 2006, pp 106-117

А И Ляхов, Д H Мацнев, M Ю Якимов, Адаптация протокола IEEE 802 11 к среде передачи // Труды международного семинара «Распределенные компьютерные и телекоммуникационные сети Теория и приложения» (DCCN-2003), M Техносфера, 2003, т 2, с 92-114

МЮ Якимов, Адаптация работы протокола IEEE 802 11а в режиме распределенного управления к условиям беспроводной среды передачи // Труды 48-й научной конференции МФТИ, Долгопрудный, МО, 2005

И В Зарубинский, M Ю Якимов, Обзор механизмов автоматического

переключения скорости передачи в ШБС // Труды III Международной

конференции по пробчемам управления, Москва, 2008 г, с 245-246

26

Заказ № 251/04/08 Подписано в печать 04 05 2008 Тираж 100 зкз Уел п л 1,5

ООО "Цифровичок", тел (495) 797-75-76, (495) 778-22-20 \vw\v с/г ги , е-тай т/о@с/г ги

Введение.

1. Обзор протоколов локальных и городских беспроводных сетей и методов их исследования.

1.1. Стандартизация протоколов беспроводного доступа.

1.2. МАС-уровень протокола 802.11.

1.3.РНУ-уровень протокола 802.11.

1.4. Основные механизмы повышения производительности и надежности локальных беспроводных сетей.

1.5. Механизмы обеспечения качества обслуживания (QoS) в протоколе IEEE 802.11.

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 экспоненциально-логарифмической 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 802.11.

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.

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, Н.А. Кузнецова, О.Г. Мелентьева, А.В. 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, O.J. Boxma и др. Среди аналитических работ, посвященных исследованию протоколов IEEE 802.11 и IEEE 802.16 и оценке производительности построенных на их базе беспроводных сетей, наиболее значимыми являются работы А.В. Винеля, В.М. Вишневского, А.И. Ляхова, G. Bianchi, F. Cali, М. Conti, Е. Gregory, Q. Ni. В большинстве этих работ производительность оценивается в предположении идеального канала.

В работах, учитывающих влияние помех, имеется ряд недостатков. В частности, работа различных механизмов беспроводного протокола (переключение скоростей, фрагментация пакетов и др.) в условиях помех анализируются разрозненно, т.е. не существует моделей, позволяющих проводить анализ совместного влияния этих механизмов на эффективность передачи информации по беспроводной сети. Следовательно, методы, предлагаемые в этих работах, невозможно напрямую использовать при оптимизации параметров протокола. Кроме того, одним из основных недостатков существующих протоколов беспроводных сетей является отсутствие средств поддержки качества передачи многоадресного трафика. В связи с этим необходимо создать механизм, обеспечивающий надежную многоадресную передачу в локальных и городских сетях, и разработать адекватную математическую модель этого механизма, позволяющую оптимизировать его работу с учетом требований к качеству обслуживания.

Целью диссертационной работы является разработка комплекса аналитических и имитационных моделей для анализа механизмов повышения эффективности передачи информации в высокоскоростных локальных и городских беспроводных сетей, а также исследование и оптимизация этих механизмов с учетом влияния помех и требований, предъявляехмых к качеству обслуживания.

Задачами диссертационного исследования являются:

1. Получение аналитических зависимостей вероятности искажения кадра от уровня помех;

2. Разработка метода совместной оптимизации скорости передачи и порога фрагментации;

3. Аналитическое исследование механизма переключения скоростей;

4. Изучение интерференции прямых соединений станций в сетях IEEE 802.11 и разработка механизмов избегания этой интерференции;

5. Разработка нового протокола надежной многоадресной передачи в беспроводной сети и его математической модели.

Методы исследования. Для достижения поставленной цели в диссертационной работе используются методы теории вероятностей, теории стохастических процессов, комбинаторного анализа, вычислительной математики, а также имитационного моделирования.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Методы полиномиально-логарифмической и экспоненциально-логарифмической аппроксимации вероятности искажения кадра;

2. Аналитическая модель обобщенного механизма переключения скорости передачи типа ARF (Auto-Rate Fallback);

3. Метод совместной оптимизации скорости передачи и механизма фрагментации;

4. Механизм защиты прямых соединений от интерференции в беспроводных сетях с протоколом IEEE 802.11;

5. Мультилидерный механизм многоадресной передачи;

6. Аналитическая модель мультилидерного механизма с фиксированными лидерами;

7. Аналитическая модель мультилидерного механизма со случайно выбираемыми лидерами.

Научная новизна:

1. Разработаны новые методы полиномиально-логарифмической и экспоненциально-логарифмической аппроксимации зависимости вероятности искажения кадра от отношения сигнал/шум;

2. Разработана аналитическая модель обобщенного механизма переключения скорости передачи, основанного на автоматическом откате скорости;

3. Разработан метод совместной оптимизации скорости передачи и механизма фрагментации;

4. Предложен новый механизм работы прямых соединений в структурированных беспроводных сетях с протоколом IEEE 802.11, позволяющий избегать взаимной интерференции соединений;

5. Предложен новый механизм многоадресной передачи, основанный на выделении части получателей в качестве лидеров, ответственных за подтверждение многоадресных пакетов;

6. Разработаны аналитические модели мультилидерного механизма с различными схемами выбора лидеров.

Практическая ценность и реализация результатов. Результаты работы внедрены и используются на практике, что подтверждено соответствующими актами. Предложенные и изученные механизмы переключения скорости передачи1 и многоадресной передачи реализованы в радиомаршрутизаторе РЭС «Рапира», который был разработан ИППИ РАН в рамках Федеральной целевой научно-технической программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития науки и техники» на 2002-2006 годы по Государственному контракту № 02.477.11.1003 «Разработка технологии создания нового поколения широкополосных телекоммуникационных средств комплектации беспроводных систем передачи данных, голоса и информации».

Теоретические и практические результаты работы использованы при разработке НИР, проводимых ИППИ РАН, по программе Отделения нанотехнологий и информационных технологий РАН «Новые физические структурные решения в инфокоммуникациях».

Апробация результатов работы. Основные результаты диссертации докладывались и обсуждались на:

- Международных семинарах «Распределенные компьютерные и телекоммуникационные сети. Теория и приложения» (2003 г., 2007 г., Москва), (2006 г., София, Болгария);

- 4th IEEE International Conference on Mobile Ad-hoc and Sensor Systems (MASS 2007, Pisa, Italy);

- 3rd ACM International Workshop on QoS and Security for Wireless and Mobile Networks (Q2SWinet 2007, Chania, Crete Island, Greece);

- Международных конференциях по проблемам управления (МКПУ-Ш 2006г., 2008г., Москва);

- Научных конференциях МФТИ в 2005 и 2007г. (Долгопрудный);

- Конференции молодых ученых и специалистов "Информационные технологии и системы" (ИТиС-2007, Звенигород);

- 4-th IEEE Consumer Communications and Networking Conference (CCNC'07, Las Vegas, Nevada, USA);

- IX Международной научно-практической конференции "Проблемы функционирования информационных сетей" (ПФИС-2006, Новосибирск);

- Семинарах ИППИ РАН.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 15 научных работ [3 - 17]. Из них 2 статьи [3, 4] опубликованы в рецензируемых научных журналах, один из которых утвержден в перечне ВАК. 13 работ [5 - 17] опубликованы в трудах ведущих международных и российских научно-технических конференций.

Структура и объем диссертационной работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы, включающего 70 наименований и приложения. Работа изложена на 158 страницах и содержит 64 рисунка и 9 таблиц.

Заключение

В данной- диссертации разработан комплекс аналитических и имитационных моделей для анализа механизмов повышения эффективности передачи в высокоскоростных локальных и городских беспроводных.сетях. В частности:

1. Проведен анализ основных механизмов повышения-эффективности передачи протоколов высокоскоростных локальных и городских' беспроводных сетей ГЕЕЕ 802.11 и IEEE 802.16;

2. Разработаны, методы полиномиально-логарифмической и' экспоненциально-логарифмической аппроксимации зависимости вероятности искажения кадра от отношения сигнал/шум. Показано, что эти методы обладают высокой точностью, что позволяет успешно использовать найденную с их помощью вероятность искажения кадра в аналитических, моделях беспроводных сетей;

3. Разработана аналитическая модель, обобщенного механизма переключения скорости передачи, основанного на автоматическом откате скорости. С помощью данной модели, проведена оптимизация параметров механизма, исследована его эффективность при наличии коллизий и определено предельное число активных станций в сети; при» котором данный механизм остается работоспособен;

4. Разработан метод совместной оптимизации скорости передачи и механизма фрагментации. В результате применения этого метода показано,-, что фрагментация эффективна только на* относительно малых скоростях передачи;

5. На основе имитационного моделирования показано, что интерференция прямых соединений в структурированных сетях IEEE 802.11 приводит к существенно неравномерному распределению пропускной способности канала между соединениями. Для избегания этого эффекта разработан новый механизм работы прямых соединений, который был представленf на рассмотрение рабочей группы комитета IEEE;

6. Предложен новый механизм многоадресной передачи, основанный на использовании блочного подтверждения и выделении части получателей в качестве лидеров, ответственных за подтверждение многоадресных пакетов.

Этот механизм также представлен на рассмотрение рабочей группы комитета IEEE. Разработаны аналитические модели мультилидерного механизма с различными схемами выбора лидеров. На основе этих моделей найдены значения параметров механизма, оптимальные для конкретных топологий сети и требований к качеству обслуживания.

1. 1.EE Std 802.11, 2007 Edition, Wireless LAN Medium Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY) specification, June 2007.

2. IEEE Std 802.16, 2004 Edition, Air Interface for Fixed Broadband Wireless Access Systems, October 2004.

3. Вишневский B.M., Ляхов А.И., Якимов М.Ю. Оптимизация работы высокоскоростной беспроводной сети в условиях помех. // Электросвязь. 2007, №8, стр. 16-19.

4. V. Vishnevskiy, A. Safonov, М. Yakimov, Eunsoo Shim, Alexander Gelman "Scalable Blind Search and Broadcasting over Distributed Hash Tables", Journal on Computer Communications, Elsevier, vol. 31, is. 2, pp. 292-303, 2008

5. Andrey Lyakhov, Vladimir Vishnevsky and Mikhail Yakimov. Multicast QoS Support in IEEE 802.11 WLANs. Proceedings of the 4th IEEE International Conference on Mobile Ad-hoc and Sensor Systems (MASS 2007), Oct. .2007, Pisa, Italy

6. Якимов М.Ю., Сафонов А.В. Обеспечение качества доставки многоадресных пакетов в WiFi сетях. // Труды 50-й научной конференции МФТИ, Долгопрудный, МО, Ноябрь 2007

7. Якимов М.Ю.*, Сафонов А.В. Поддержка надежной многоадресной передачи в беспроводном протоколе IEEE 802.11. // Труды, конференции "Информационные технологии и системы" (ИТиС-2007), Звенигород, сентябрь 2007, с. 54-58

8. В.М.Вишневский, А.И. Ляхов, А.А. Сафонов, М.Ю. Якимов. "Распределенный МАС-уровень высокоскоростных беспроводных персональных сетей." Тр. III Международной конференции по проблемам управления, Москва, 20-22 июня 2006 г., т.2, с. 148.

9. А.И. Ляхов, Д.Н. Мацнев, М.Ю. Якимов, Адаптация протокола IEEE 802.11 к среде передачи. // Труды международного семинара «Распределенные компьютерные и телекоммуникационные сети. Теория и приложения (DCCN-2003)», М.: Техносфера, 2003, т. 2, с. 92-114'

10. М.Ю. Якимов, Адаптация работы протокола IEEE 802.11а в режиме распределенного управления к условиям беспроводной среды передачи. // Труды 48-й научной конференции МФТИ, Долгопрудный, МО, Ноябрь 2005

11. И.В. Зарубинский, М.Ю. Якимов. "Обзор механизмов автоматического переключения скорости передачи в ШБС." Тр. Ш Международной конференции по проблемам управления, Москва, 7-9 апреля 2008 г., с. 245246.

12. Part 11: Wireless LAN Medium Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY) Specifications: Higher-Speed Physical Layer Extension in the 2.4 GHz Band // IEEE Std 802.1 lb-1999 (Supplement to ANSI/IEEE Std 802.11, 1999 Edition).

13. Wireless LAN Medium Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY) Specifications: High-speed Physical Layer in the 5 GHz Band // IEEE Std 802.1 la-1999 (Supplement to IEEE Std 802.11, 1999 Edition).

14. Part 11: Wireless LAN Medium Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY) Specifications: Further Higher Data Rate Extension in the 2.4 GHz Band // IEEE

15. Std 802.1 lg-2003 (Supplement to ANSI/IEEE Std 802.11, 1999 Edition).i t.

16. Part 11: Wireless LAN Medium Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY)

17. Specifications: Medium Access Control (MAC) Quality of Service Enhancements //t

18. EE Std 802.1 le-2005 (Supplement to ANSI/IEEE Std 802.11, 1999 Edition).

19. Вишневский B.M., Ляхов А.И, Портной С.JI и> др., Широкополосные беспроводные сети передачи информации // Москва, Техносфера, 2005, 592 с.

20. G. Bianchi, "Performance Analysis of the IEEE 802.11 Distributed Coordination Function," IEEE Journal on Selected Areas in Communications, vol. 18, pp. 535547, March 2000.

21. F. Call, M. Conti, and E. Gregory, "Dynamic Tuning of the IEEE 802.11 Protocol to-Achieve a Theoretical Throughput Limit," IEEE/ACM Transactions on Networking, vol. 8, pp. 785-799, December 2000.

22. V.M. Vishnevsky and A.I. Lyakhov, "IEEE 802.11 Wireless LAN: Saturation Throughput Analysis with Seizing Effect Consideration," Cluster Computing, vol. 5, pp. 535-548, April 2002.

23. P. Chatzimisios, A. C. Boucouvalas, and V. Vitsas, "IEEE 802.11 packet delay a finite retry limit analysis," in Proc. IEEE Globecom, San Francisco, USA, Dec. 2003.

24. R. Iyengar, P. Iyer, B. Sikdar, "Delay Analysis of 802.16 based Last Mile Wireless Networks," Ргое. 49th IEEE Global Telecommunications Conference (GLOBECOM 2006), San Francisco, California, USA, November 27 December 1, 2006.

25. A. Vinel, Y. Zhang, Q. Ni, A. Lyakhov, "Efficient Request Mechanism Usage in IEEE 802.16," Proc. 49th IEEE Global Telecommunications Conference

26. GLOBECOM 2006), San Francisco, California, USA, November 27 December 1,2006.

27. A.I. Lyakhov, V.M. Vishnevsky, "Packet Fragmentation in Wi-Fi Ad Hoc Networks with Correlated Channel Failures," Proc. 1st IEEE Int. Conf. on Mobile Xd-hoc and Sensor Systems (MASS 2004), October 24-27, 2004, Fort Lauderdale, Florida, USA.

28. A.I. Lyakhov and V.M. Vishnevsky, "Comparative Study of 802.11 DCF and its Modification in the Presence of Noise," Wireless Networks, vol. 11, no. 6, November 2005, pp.729-740.

29. Q. Ni, T. Li, T. Turletti, and Y. Xiao, "Saturation throughput analysis of error-prone 802.11 wireless networks," Wireless Communications and Mobile Computing, vol. 5, no. 8, November 2005, pp.945-956.

30. Chatzimisios P, Boucouvalas AC, Vitsas V. Performance analysis of IEEE 802.11 DCF in presence of transmission errors. Proceedings of IEEE ICC 2004; 7: 38543858.

31. Velkov ZH, Spasenovski B. Saturation throughput delay analysis of IEEE 802.11 DCF in fading channel. Proceedings of IEEE ICC 2003; 1: 121-126.

32. Yin J, Wang X, Agrawal DP. Optimal packet size in error-prone channel for IEEE 802.11 distributed coordination function. Proceedings of IEEE WCNC 2004; 3: 1654-1659.

33. He JH, Tang ZY, Yang ZK, et al. Performance evaluation of distributed access scheme in error-prone channel. Proceedings of IEEE TENCON 2002; 2: 1142-1145.

34. Yeo J, Agrawala A. Packet error model for the IEEE 802.11 MAC protocol. Proceedings of IEEE PIMRC 2003; 2: 1722-1726.

35. Мелентьев О.Г. Теоретические аспекты передачи данных по каналам с группирующимися ошибками. Москва, Горячая линия Телеком, 2005, 232 с.

36. KAMERMAN A. and MONTEBAN L. WaveLAN-II: A high-performance wireless lan for the unlicensed band // AT&T Bell Labs Technical Journal, vol.2, no.3, рр.Ы8-133, Aug. 1997.

37. LACAGE M., MANSHAEI M.H. and TURLETTI T. IEEE 802.11 rate adaptation: A practical approach // in Proceedings of MSWiM, 2004 ,42. http ://madwifi. org/browser/madwifi/trunk/athrate/onoe43. http://www.atheros.comI

38. HOLLAND G., VAIDYA N., and BAHL V. A rate-adaptive MAC protocol for , multihop wireless networks // in Proceedings of Mobicom, 2001

39. KIM J., KIM S., CHOI S., and QIAO D. CARA: Collision-aware rate adaptation for IEEE 802.11 WLANs // in Proceedings of IEEE INFOCOM, 2006

40. BICKET J.C. Bit-rate Selection in Wireless Networks // M.S Thesis, MIT, February 2005.

41. WONG S.H, YANG H., LU S., and BHARGAVAN V. Robust rate adaptation for 802.11 wireless networks // in Proceedings of Mobicom, 2006.48. http://madwifi.org/browser/madwifi/trunk/athrate/minstrel

42. K. Tang and M. Gerla, "Random Access MAC for Efficient Broadcast Support in Ad Hoc Networks," Proc. IEEE WCNC 2000, pp. 454-459, Sep. 2000.

43. К. Tang and M. Gerla, "MAC Reliable Broadcast in Ad Hoc Networks," Proc. IEEE MILCOM2001, pp. 1008-1013, Oct. 2001.

44. Min-Te Sun, Lifei Huang, Anish Arora, Ten-Hwang Lai, "Reliable MAC Layer Multicast in IEEE 802.11 Wireless Networks," Proc. of the International Conference on Parallel Processing (ICCP'02)

45. Joy Kuri, Sneha Kumar Kasera, "Reliable Multicast in Multi-access Wireless LANs," ACM/Kluwer Wireless Networks, vol. 7, pp. 359-369, 2001.

46. Han-Chieh Chao, S. W. Chang, J. L. Chen "Throughput Improvements Using the Random Leader Technique for the Reliable Multicast Wireless LANs," Lecture Notes In Computer Science, Proc. of the First ICN-Part 1 Vol. 2093, pp. 708 -719, 2001

47. Yongho Seok, Diego Dujovne, Thierry Turletti, Pedro Cuenca, "Leader based Multicast Proposal," IEEE 802.11 -07/0144r2, January 2007

48. S. Gupta, V. Shankar, and S. Lalwani, "Reliable multicast MAC protocol for wireless LANs," Proc. IEEE ICC'03, Anchorage, Alaska, May 2003

49. А.И. Ляхов, A.A. Сафонов, М.Ю. Якимов и др. "Fair and protected DLS" IEEE 802.11-07/2489rl

50. А.И. Ляхов, М.Ю. Якимов и др. "802.11 Multicast Enhancements for Multimedia Streaming" IEEE 802.1 l-07/2842r0

51. А.И. Ляхов, А А. Сафонов, М.Ю. Якимов и др. "Reliable multicast with QoS support in IEEE 802.11" IEEE 802.1 l-07/2554r063. http://www.mathworks.com

52. GPSS World // http://www.minutemansoftware.com

53. R. Bruno, M. Conti, E Gregori, "Throughput Analysis and Measurements in IEEE 802.11 WLANs with TCP and UDP Traffic Flows," IEEE Transactions on Mobile Computing, Volume 7, Issue 2, Feb. 2008, pp. 171 186

54. Ляхов А.И., Мацнев Д.Н., "Исследование функционирования городской беспроводной сети передачи данных", Электросвязь, 2003. № 6. С.40-43.

55. Вишневский В.М., Ляхов А.И., Мацнев Д.Н., Терещенко Б.Н.Деликин Ю.В.', " Сеть Radionet: опыт разработки и реализации," VII межд.конф. "Информационные сети, системы и технологии" (ICINASTe-2001),Минск, 2001. Т.2. С.135-139.

56. В. Bing. Wireless Local Area Networks: The New Wireless Revolution. New York: Wiley-Interscience, 2002.

57. Д. Бертсекас, P. Галлагер, «Сети передачи данных», Москва, Издательство «Мир», 1989, 544 с.