автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.18, диссертация на тему:Математические модели и оптимизация передачи данных в беспроводных сетях со специальной топологией

004604135 На правах рукописи

СО-

СКРИПОВ Сергей Александрович

МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ И ОПТИМИЗАЦИЯ ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ В БЕСПРОВОДНЫХ СЕТЯХ СО СПЕЦИАЛЬНОЙ ТОПОЛОГИЕЙ

Специальность: 05.13.18 — Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

1 7 ИЮН /010

004604135

На правах рукописи

СКРИПОВ Сергей Александрович

МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ И ОПТИМИЗАЦИЯ ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ В БЕСПРОВОДНЫХ СЕТЯХ СО СПЕЦИАЛЬНОЙ ТОПОЛОГИЕЙ

Специальность: 05.13.18 — Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Работа выполнена на кафедре вычислительной механики и информационных технологий Челябинского государственного университета

Научный руководитель : доктор технических наук,

профессор А. В. Мельников

Официальные оппоненты доктор физико-математических наук,

профессор В. Ф. Куропатенко

кандидат технических наук, доцент И. А. Хохлов

Ведущая организация: «Государственный ракетный центр имени академика В. П. Макеева»

Защита диссертации состоится «17» июня 2010 г. в 10°° часов на заседании диссертационного совета Д-212.296.02 при Челябинском государственном университете по адресу: 454001, Челябинск, ул. Бр. Кашириных, 129

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета Автореферат разослан «14 » мая 2009 г.

Ученый секретарь диссертационного совета канд. физ.-мат. наук

С. Ф. Долбеева

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы

Характерной тенденцией современного этапа развития компьютерных сетей является интенсивное внедрение средств беспроводной связи. Успехи развития технологий уже на современном этапе делают возможным создание и развертывание беспроводных ad hoc сетей. Такие сети предоставляют ряд принципиально новых возможностей. В отличие от проводных сетей и систем, беспроводные сети обладают такими качествами как мобильность, автономность составляющих элементов, отсутствие необходимости централизованного управления. Беспроводные ad hoc сети позволяют эффективно решать множество задач, в число которых входит как передача данных общего назначения, так и работа в составе систем специального назначения. Например, беспроводные сенсорные сети позволяют круглосуточно, в режиме реального времени следить за физическими параметрами некоторой системы. Преимуществами таких сетей являются низкая стоимость, быстрота развертывания, высокая эффективность.

Особенностями таких сетей являются: большое количество устройств, мобильность устройств, отсутствие централизованного управления. Такие сети, как правило, имеют большую протяженность, поэтому узел-источник и узел-приемник часто не могут связываться напрямую. Поэтому каждый узел должен, в случае необходимости, выполнять также функции маршрутизатора.

В рассматриваемых сетях существует множество альтернативных маршрутов передачи, причем, в связи с мобильностью узлов, каналы передачи данных могут появляться и исчезать в любой момент времени. Это делает невозможным использование тех же протоколов маршрутизации, которые используются в классических сетях. Таким образом, одной из проблем является создание специализированных протоколов маршрутизации для ad hoc сетей.

В числе научных школ, внесших серьезный вклад в проблематику проектирования, реализации и использования беспроводных ad hoc сетей, следует перечислить многие исследовательские центры. Среди них следует выделить группу MANET (Mobile Ad-hoc Networks) при организации IETF (Internet Engineering Task Force), Калифорнийский университет, Санкт-Петербургский университет телекоммуникаций им. проф. М. А. Бонч-Бруевича, Институт радиотехники и электроники им. В. А. Котельникова РАН, Нижегородский государственный университет им. Н. И. Лобачевского.

Теоретические и практические аспекты решения задач в этой области рассмотрены в работах таких ученых как: А. X. Султанов, А. А. Захаров, А. В. Рожков, К. А. Аксенов, Чинг-Чуан Чанг, Марио Герла, Цзу-ехи Цзаи.

Недостатком проведенных на сегодняшний день исследований является отсутствие средств оценки и сравнения протоколов маршрутизации. Принятая в настоящее время классификация протоколов не позволяет оценить целесообразность применения конкретных решений в том или ином случае. Таким образом, имеется необходимость создания метода оценки и сравнения

существующих и разрабатываемых протоколов маршрутизации для беспроводных ad hoc сетей.

Цель работы

Разработка метода оценки качества передачи данных в беспроводных ad hoc сетях, включающего в себя критерии оценки качества, математические модели беспроводных сетей, программную реализацию имитационной модели беспроводной ad hoc сети, позволяющую получить значения параметров качества сети, а также методики оценки и сравнения протоколов, обеспечивающей выбор оптимального протокола маршрутизации для беспроводных сетей со специальной топологией.

Задачи исследования

В рамках диссертационной работы решались следующие основные задачи:

1. разработка комплексных критериев качества передачи данных для беспроводных сетей в соответствии с классами их целевого использования;

2. разработка имитационной модели беспроводных сетей, включающей в себя математические модели топологии, модели беспроводных каналов связи, модели сетевой нагрузки и алгоритмы, управляющие конечным устройством;

3. реализация разработанной имитационной модели с использованием инструментальных средств моделирования сетей;

4. разработка методики оценки и сравнения протоколов маршрутизации для беспроводных сетей со специальной топологией.

5. разработка специализированного протокола маршрутизации для беспроводных сетей со специальной топологией;

6. оценка эффективности разработанного специализированного протокола маршрутизации для беспроводных сетей со специальной топологией.

Методы исследования

Основные результаты диссертационной работы получены с использованием положений теории вероятностей, методов имитационного моделирования, статистического анализа данных, а также методов объектно-ориентированного анализа, проектирования и программирования.

Научная новизна результатов

1. Разработаны критерии комплексной оценки качества передачи данных в беспроводных ad hoc сетях, ориентированные на практические задачи, решаемые с использованием беспроводных сетей. Данные критерии позволяют, используя интегральные оценки эффективности, проводить сравнение беспроводных сетей, предназначенных для решения целевых задач разного класса.

2. Разработана объектно-ориентированная потоковая имитационная модель беспроводной ad hoc сети. Основным отличием модели является использование объектно-ориентированного подхода для представления составляющих её компонентов и связи между ними. Данный подход обеспечивает архитектурное и

3. Предложена модель специальной топологии беспроводных ad hoc сетей — «бутылочное горло». Выделены области ее применения, проблемы, особенности. Основной особенностью предложенной топологии является ее ориентация на практические задачи, решаемые с помощью беспроводных ad hoc сетей. Для такой топологии был разработан специализированный протокол маршрутизации.

Практическая значимость результатов

1. Разработана программная реализация имитационной модели беспроводной сети со специальной топологией, программно реализованы критерии оценки качества передачи данных в беспроводных ad hoc сетях.

2. Предложен протокол маршрутизации DSFSR, предназначенный для беспроводных сетей со специальной топологией «бутылочное горло». Проведены эксперименты, подтвердившие увеличение эффективности протокола DSFSR в ряде случаев в два раза по сравнению с базовым протоколом.

Основные научные результаты, выносимые на защиту:

1. Критерии комплексной оценки качества передачи данных в беспроводных сетях. Эти критерии позволяют оценивать протоколы маршрутизации в соответствии с решаемой практической задачей.

2. Объектно-ориентированная имитационная модель беспроводной ad hoc сети. Модель основана на потоковой схеме передачи пакетов данных. Она может быть легко модифицирована путем замены части компонентов без изменения ее архитектуры, что существенно расширяет класс беспроводных сетей, для которых можно оценить качество передачи данных.

3. Методика оценки и сравнения протоколов маршрутизации для беспроводных ad hoc сетей. Применение этой методики позволило повысить эффективность протоколов маршрутизации.

4. Создание специализированного протокола маршрутизации DSFSR для беспроводных сетей. Его применение позволило более чем в два раза уменьшить суммарную среднюю задержку передачи данных по сравнению с американским протоколом FSR.

Апробация работы

Основные положения диссертационной работы докладывались на:

— мевдународной конференции «Computer Science and Information Technologies CSIT'2007», Уфа, 18—21 сентября 2007 г.;

— всероссийской зимней школе-семинаре «Актуальные проблемы в науке и технике», Уфа, 20—23 февраля 2008 г.;

— международной конференции «Computer Science and Information Technologies CSIT'2008», Уфа, 13—20 сентября 2008 г.;

— региональной научно-практической конференции «Безопасность информационного пространства», Екатеринбург, 25—26 декабря 2008 г.;

— всероссийской зимней школе-семинаре «Актуальные проблемы в науке и технике», Уфа, 18—21 февраля 2009 г.;

— международной научно-практической конференции «Современные информационные технологии и ИТ-образование», Москва, 14—16 декабря 2009 г.;

Публикации

По материалам диссертации опубликовано 10 печатных работ, в том числе 1 — в рецензируемом журнале из списка периодических изданий, рекомендованных ВАК РФ.

Структура и объем работы

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и библиографии. Текст диссертации изложен на 117 листах, включая 107 листов машинописного текста, 21 рисунок, 16 таблиц, список литературы (102 названия).

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность исследований, сформулированы цель и основные задачи исследования, показана научная новизна работы.

Первая глава посвящена рассмотрению технологий построения беспроводных сетей, классификации алгоритмов и протоколов для конфигурации, самоорганизации и маршрутизации в беспроводных сетях. Здесь же рассмотрены методы моделирования сетей.

В этой главе описан особый тип беспроводных сетей — беспроводные ad hoc сети. Основное отличие таких сетей — отсутствие централизованного управления. Каждый узел беспроводной ad hoc сети может передавать данные для других узлов, причем выбор следующего узла для передачи осуществляется динамически, на основе текущей связности сети. Это отличает их от проводных сетей, где только маршрутизаторы могут отвечать за доставку данных по сети. Это также отличает их от классических беспроводных сетей, где специальное устройство — точка доступа, управляет обменом данных между узлами.

Беспроводные ad hoc сети делятся на:

• MANET (Mobile Ad Hoc "Networks) — мобильные ad hoc сети. Беспроводная самонастраивающаяся сеть, состоящая из мобильных устройств. Каждое устройство может свободно перемещаться в пространстве, соответственно его связи с другими устройствами могут часто меняться. Каждое устройство должно работать как ретранслятор данных, следовательно, быть маршрутизатором.

• Wireless mesh networks — беспроводные ячеистые сети. Разновидность мобильных ad hoc сетей. Основное отличие состоит в том, что беспроводные узлы не перемещаются в пространстве во время работы.

• Сенсорные сети — беспроводные сети, состоящие из распределенных в пространстве автономных устройств, использующих датчики (сенсоры) для мониторинга физических параметров окружающей среды, таких как температура, вибрация, давление, и т. д. Первоначально развитие сенсорных сетей было мотивировано военными задачами, такими как наблюдение за территорией военных действий. Однако в настоящее время сенсорные сети используются для индустриальных и гражданских задач. В настоящее время беспроводные сети используются в сельском хозяйстве, на производстве. Такие сети часто используются для предупреждения и устранения пожаров.

Во второй главе разработаны математические модели беспроводных сетей.

В первом разделе приведены существенные параметры рассматриваемых сетей, рассмотрены основные факторы, влияющие на ее производительность.

Во втором разделе приведена модель топологии беспроводной ad hoc сети, включающая в себя модели узла, канала, а также модели отказов и сбоев.

Разработанная модель сети выглядит следующим образом:

G - (S,E) — связный неориентированный граф с взвешенными ребрами.

S — множество устройств беспроводной сети, они представлены вершинами графа.

Е — множество каналов связи, представлены ребрами графа.

Э.В е S — базовая станция. f

Время наработки устройства до отказа моделируется с применением экспоненциального (показательного) распределения, так как оно типично для сложных объектов, состоящих из многих элементов с различными распределениями наработки до отказа.

Таким образом, время «жизни» автономного устройства беспроводной сети определено с помощью экспоненциального распределения с плотностью

/М-К' *а0

|о, *<0

В этом случае — — средняя продолжительность «жизни» устройства, д

Под воздействием помех и внешних факторов связь между устройствами может быть временно утрачена. В этом случае наличие радиоканала оборудованием никак не обнаруживается, таким образом можно считать, что канал связи между устройствами полностью отсутствует. Для моделирования состояния канала была использована Марковская модель с двумя состояниями.

Потеря связи между устройствами, также как и ее восстановление, может происходить под влиянием множества факторов, имеющих различные распределения периодов наступления. Таким образом, отказ канала радиосвязи будем рассматривать как отказ сложной системы, компонентами которой являются как радиопередающие средства устройства, так и естественные элементы среды передачи данных (препятствия, неоднородности среды,

источники помех, и т. д.). Время безотказной работы в таком случае будет подчиняться экспоненциальному распределению. Таким образом, будем считать, что продолжительность ON и OFF периодов подчиняются закону экспоненциального распределения со средними продолжительностями -i- наличия или отсутствия радиоканала.

В третьем разделе приведены модели сетевой нагрузки в беспроводных сетях со сложной структурой. В данном разделе рассматриваются классические источники, такие как VoIP, HTTP, FTP, а также предлагаются специализированные, такие как:

Периодический источник данных

Такой источник можно использовать для моделирования сетей, где данные появляются через равные промежутки времени. Таким образом, модель можно определить как:

Т— период появления данных.

SuJ— объем данных.

Здесь Т и SyJ являются константами, зависящими только от настроек сенсоров. Такая модель характерна, например, для систем сбора статистических данных.

Источник случайных данных с непрерывным контролем

Такой источник можно использовать для систем, где данные возникают только при изменении состояния контролируемой системы.

Состоянием системы будем считать набор некоторых параметров например температура, влажность, уровень радиации, и т. д. Состояние системы контролируется с помощью специализированного датчика и обрабатывается некоторым электронным модулем. Примером такого источника полезных данных будет термопара, объединенная со специализированной интегральной микросхемой. Такие источники имеют некоторые особенности, определяющие закономерности формирования данных. Первой особенностью является невозможность обнаружения изменений контролируемых величин меньше некоторого значения Д„— шага измерения, определяемого как датчиком, так и электронным модулем. Второй особенностью является невозможность непрерывного наблюдения за контролируемым параметром — любая измерительная система имеет время реакции на изменение параметра— Д,.

Таким образом, модель источника данных будет определяться следующим образом:

Т — период появления данных.

„ \Х Х>6., Г=Н

|Д. *<Д,

X — случайная величина, распределенная по экспоненциальному закону

сл.* т

4 и

Т„ — среднее значение периода появления новых данных.

д, — время реакции на изменение параметра.

— объем данных.

Источник случайных данных с периодическим контролем

Такой источник можно использовать для систем с фиксированным минимальным временем реакции на изменение контролируемого параметра. В этом случае значение параметра замеряется через некоторый период времени Д,.

Модель источника данных будет определяться следующим образом:

Т — период появления данных.

Г = Д, ■([£•]+1) А,

X — случайная величина, распределенная по экспоненциальному закону Тт

Тт — среднее значение периода изменения контролируемого параметра.

д, — время между двумя последовательными замерами контролируемого параметра.

— объем данных.

Вероятность появления данных в момент времени 1Ь + иЛ, будет определяться следующим образом:

Дг4 + иД,) = Р(\ )Л, -|> Д„).

Здесь — начальный момент времени.

В остальные моменты времени вероятность появления данных равна нулю.

Источник множественных пространственно-локализованных данных

Такой источник подходит для систем, в которых возникновение некоторого события в контролируемой системе затронет, возможно, не один сенсор, а некоторую область пространства. Модель источника будет выглядеть следующим образом:

Г-период появления данных. Случайная величина, распределенная по экспоненциальному закону с Я-средним значением частоты появления новых данных. Следует отметить, что данное значение относится не к одному сенсору, а ко всей системе. Таким образом, существует вероятность появления двух последовательных событий через сколь угодно короткий промежуток времени. Однако для конкретного сенсора события наступают не чаще, чем через Д, — время реакции на изменение параметра.

Я — количество «хопов» до узлов, которые будут затронуты наступившим событием.

Л, — время реакции на изменение параметра

Suj—объем данных.

Третья глава посвящена разработке и исследованию протоколов маршрутизации, адаптированных для беспроводных ad hoc сетей со специальной топологией. Здесь предложен протокол DSFSR, способный значительно уменьшить количество служебного трафика при незначительном уменьшении эффективности.

Первый раздел посвящен специальной топологии организации беспроводных ad hoc сетей — «бутылочное горло». Основным отличием такой топологии является необходимость передачи данных только между произвольным устройством и базовой станцией. Задача передачи данных между двумя произвольными устройствами не стоит, хотя в процессе доставки данных другие узлы могут использоваться как промежуточные маршрутизаторы (рис. 1).

В качестве примера задач, для которых данная топология будет адекватной, можно привести:

• Обеспечение связи беспроводного клиента с прокси-сервером или шлюзом. Такая система может решать задачу подключения беспроводных клиентов к сети Интернет или корпоративной сети.

• Обеспечение связи клиентов с централизованным сервисом. Здесь основной задачей является передача данных между произвольным клиентом и некоторым центральным сервисом: базой данных, сервером печати, и т. д.

• Доставка данных в центр обработки. Такая задача характерна для беспроводных сенсорных сетей. Основной задачей здесь является сбор данных о параметрах окружающей среды, и доставка этих данных в центр их обработки или хранения.

Во всех перечисленных случаях задача передачи неслужебной информации между беспроводными клиентами не ставится.

Во втором разделе предложен специализированный протокол маршрутизации ББЕБК. Этот протокол основан на протоколе РБК, разработанном в калифорнийском университете. Протокол ББЕБК использует альтернативный способ доставки маршрутной информации, что позволяет уменьшить время обновления маршрутной информации.

В третьем разделе предложены специализированные критерии для комплексной оценки качества беспроводных сетей со сложной структурой.

Критерий максимального среднего времени доставки:

N

тах(.М(Аш))->тт

ы

N — количество устройств.

Л/(ЛШ) — математическое ожидание времени передачи пакета от узла I до базовой станции. Включает в себя время непосредственной передачи, а также другие задержки, такие как время инициализации передачи канальным уровнем, ожидание в очередях узлов-маршрутизаторов, и другие. Данный критерий учитывает только успешно доставленные пакеты. Поэтому для сети должен быть определен максимальный процент потери, зависящий от решаемой задачи. Например, для приложений не реального времени для высокого качества обслуживания потери должны составлять не более 2,5 %.

Такой критерий подходит для систем, где единичная задержка доставки пакета некритична, однако в целом от сети ожидается эффективная производительность.

Можно выделить следующие типы систем, для которых будет применим рассматриваемый критерий оценки качества:

• Системы с отложенной обработкой результатов. Для таких систем характерно наличие двух этапов работы: сбор данных и обработка данных. Во время первого этапа данные, полученные беспроводными устройствами сети, доставляются на некоторый центральный узел и сохраняются в базе данных. Во время второго этапа данные обрабатываются либо преобразуются для последующего использования. Следует отметить, что данные этапы слабо связаны по времени их проведения, а второй этап может проводиться не самой сетью, а некоторым внешним вычислительным центром.

• Сети, предоставляющие для беспроводных клиентов доступ к некоторым сервисам либо к сети Интернет. Здесь для каждого клиента, независимо от его места в сетевой топологии необходимо обеспечить некоторый гарантированный уровень качества обслуживания.

В качестве примеров можно привести: систему, собирающую информацию о физических параметрах исследуемых объектов. С помощью таких систем можно изучать как естественные особенности некоторой территории, так и промышленные объекты. Информация, полученная с помощью таких систем, изучается в дальнейшем в условиях офиса, лаборатории, и т. д. Другим примером является сеть, предоставляющая доступ к сети Интернет для ее клиентов. Здесь для каждого клиента, независимо от его места в сетевой топологии необходимо обеспечить некоторый гарантированный уровень качества обслуживания, однако допускаются кратковременные ухудшения качества передачи данных.

Критерий максимального времени доставки:

Т — время работы системы.

Н1В(1) — время передачи пакета от узла / до базовой станции в момент времени I. Для этого критерия также необходимо определить максимальный процент потерь.

Такой критерий может применяться для системы реального времени, которая требует необходимый уровень качества связи для каждого узла, причем недопустимо даже кратковременное ухудшение качества связи.

Основной и главной особенностью таких систем является требование по скорости реакции на изменение параметров наблюдаемой системы. Как правило, сети обслуживающие подобные системы, большую часть времени загружены минимально, либо простаивают. Однако такие сети должны быть готовы к пикообразным нагрузкам, обеспечивая стабильную доставку данных в любой момент времени.

Примерами таких систем являются:

• Системы охраны периметра и обнаружения объектов. К таким системам предъявляется большое число требований, кроме обеспечения эффективности работы в штатных условиях, они должны адекватно реагировать на сознательно

создаваемые препятствия в их работе, такие как специально поставленные помехи, ложные цели, и т. д.

• Системы предупреждения аварий на промышленных объектах. Для таких систем характерно одновременное срабатывание множества датчиков, при наступлении аварийной ситуации. При этом в критические моменты нагрузка на сеть пикообразно увеличивается. К этому же классу систем можно отнести противопожарные системы.

• Системы контроля технического состояния промышленных агрегатов.

Критерий максимального процента потерь:

" Loss,

Loss, — Количество потерянных пакетов, отправленных узлом i. Под потерянным пакетом понимается любой пакет не доставленный вовремя. Таким образом, для сети должно быть определено максимальное время доставки пакета, по истечении которого данные утрачивают свою актуальность.

Sent, — количество пакетов, отправленных узлом /.

Такой критерий подходит для сетей, передающих мультимедийные данные. При передаче видео и звука потеря пакетов будет восприниматься как помехи и паузы. Однако во многих случаях подобные сбои могут допускаться, и не будут иметь критическое значение для решения поставленной задачи. Таким образом, критерий будет определять реальный уровень качества обслуживания для исследуемой сети.

В последнем разделе предложена методика оценки и сравнения протоколов маршрутизации для беспроводных ad hoc сетей. Данная методика основана на методе оценки качества передачи данных в беспроводных ad hoc сетях, состоящем из критериев оценки качества, модели топологии, модели источников данных, модели канального уровня передачи (рис. 2). Предложенный метод предполагает использование имитационной модели изучаемой сети, а также критериев качества передачи данных. Имитационная модель позволяет получить значения критериев качества передачи данных, которые будут в дальнейшем использоваться для оценки качества исследуемой сети.

Рис. 2. Метод оценки качества беспроводной сети

Данная методика включает в себя:

1. Выбор критерия качества. На этом этапе анализируются требования, предъявляемые к беспроводной сети, на их основе выбирается один из критериев оценки качества.

2. Определение основных характеристик сети: количество сенсоров, среднее количество «соседних» устройств, битовая скорость передачи, и другие. Эти характеристики необходимы для имитационного моделирования рассматриваемой сети.

3. Выбор модели источника полезных данных. Для этого анализируются условия работы беспроводной сети. Для конкретной сети выбирается либо типовой источник данных, либо разрабатывается специализированный. В последнем случае необходима программная реализация нового источника данных.

4. Программная реализация рассматриваемого протокола. Рассматриваемый протокол должен быть реализован в соответствии с используемой потоковой моделью.

5. Исследование сети в соответствии с выбранными параметрами.

6. Сравнение протоколов по результатам имитационного моделирования на основе выбранного критерия оценки.

В четвертой главе описан процесс проектирования и реализации системы имитационного моделирования беспроводной ad hoc сети. Здесь также приводятся результаты экспериментальной проверки эффективности разработанного протокола DSF SR. Для реализации имитационной модели использовалась система DaSSF.

В процессе проектирования системы имитационного моделирования была построена диаграмма потоков данных. Для построения диаграммы была применена методология DFD (Data Flow Diagram), нотация Гейна-Сарсона. Построенная диаграмма описывает движение и обработку сетевых пакетов классами и процессами системы (рис. 3):

Рис. 3. Диаграмма потоков данных

Реализация системы имитационного моделирования на основе диаграммы потоков данных позволяет легко модифицировать модель беспроводной ad hoc сети путем замены составляющих ее компонентов

Далее описывается процесс экспериментальной проверки эффективности предложенного протокола DSFSR по сравнению с протоколом FSR. Экспериментальная часть была разделена на 3 этапа.

1. Исследование влияния плотности сети на качество обслуживания. В этом исследовании плотность сети оценивается как среднее количество «соседей» для устройства сети. Для изменения этого параметра изменялась площадь территории, на которой работает беспроводная сеть.

2. Исследование влияния сетевой нагрузки на качество обслуживания.

• 3. Исследование влияния размера пакетов на качество обслуживания. Результаты экспериментальной проверки подтвердили увеличение эффективности в ряде случаев более чем в два раза (рис. 4).

Критерий максимального среднего времени доставки

0,90

0,80

0,70

i 0,60 а

В 0,50

о

ч

к 0,40 а

a 0.30 0,20 0,10 0,00

* * 1 * !

V .'.v. •• * ' / •

" < ........:*'/'. . - / . ...

,1- ' . . 7

' * > - \J "t ' ' % < V - .- ч *' X - ' / . ..

> * \ *» ' k

• \ г. Е.» К -г "'V" 1' I

«* - »

4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 ПЛОТНОСТЬ 16 17 18 19

-DSFSR • FSR

Рис. 4. Исследование влияния плотности сети

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. Предложены математические модели компонентов беспроводной сети: модель узла, модель канала, модели источников трафика. Модели узла и канала учитывают возможность ошибки и отказа.

2. Разработана имитационная модель беспроводных ad hoc сетей, включающая в себя математические модели, модели беспроводных каналов связи, алгоритмы, управляющие конечным устройством, позволяющая находить значения критериев для оценки изучаемых сетей. Разработанная модель основана на объектной потоковой модели, что обеспечивает возможность модификации модели без изменения ее архитектуры.

3. Предложены комплексные критерии качества для беспроводных сетей, позволяющие сравнивать различные решения для таких сетей. Данные критерии позволяют проводить оценку качества сети на основе схемы использования и области применения рассматриваемой сети.

4. Предложенная имитационная модель реализована в инструментальной среде DaSSF, обладающей высокой скоростью работы, расширяемостью, а также возможностью распараллеливания процесса моделирования, что делает возможным выполнение разработанного приложения на многопроцессорных ЭВМ либо на кластере.

5. Предложена методика оценки и сравнения протоколов маршрутизации для беспроводных ad hoc сетей, позволяющая проводить сравнение различных решений для беспроводных сетей и находить среди них оптимальные.

6. Разработан специализированный протокол маршрутизации DSFSR для беспроводных ad hoc сетей с топологией «бутылочное горло», использующий альтернативный способ формирования областей видимости для устройств.

7. Экспериментально доказана эффективность разработанного протокола DSFSR. Данный протокол позволяет повысить эффективность работы сети в некоторых случаях более чем в два раза.

ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ В периодических изданиях из списка ВАК:

1. Оценка качества протоколов маршрутизации для сенсорных сетей / С. А. Скрипов // Программные продукты и системы. 2008. № 4. С. 125—127.

В других изданиях:

2. Адаптивные алгоритмы маршрутизации в сенсорных сетях / С. А. Скрипов // Проблемы развития приграничных территорий : сб. тр. меж-дунар. конф. Челябинск: Фрегат, 2006. С. 224—226.

3. Алгоритмы с состоянием каналов для домена беспроводной сенсорной сети / С. А. Скрипов // Компьютерные науки и информационные технологии: тр. 9-го Междунар. сем. (CSIT'2007). Уфа : Изд-во Уфимс. гос. авиац.-техн. ун-та, 2007. Т. 1. С. 116—118. (англ. язык).

4. Модификации протоколов маршрутизации для сенсорных сетей / С. А. Скрипов И Компьютерные науки и информационные технологии : тр, 10-го Междунар. сем. (CSIT'2008). Уфа : Изд-во Уфимс. гос. авиац.-техн. унта, 2008. Т. 1. С. 148—151. (англ. язык).

5. К вопросу о критериях оптимальности для протоколов маршрутизации в беспроводных сенсорных сетях / С. А. Скрипов // Информатика, управление и компьютерные науки : тр. 3-й Всероссийск. школы сем. Уфа: Диалог, 2008. Т. 1. С. 568—571.

6. Имитационное моделирование беспроводных сетей со сложной структурой / С. А. Скрипов // Молодой ученый : ежемесяч. науч. журнал, Чита : 2008. С. 59—66.

7. К вопросу о применении беспроводных сетей для систем реального времени / С. А. Скрипов // Безопасность информационного пространства: сб. тр. per. науч. конф. Екатеринбург: ГОУ ВПО УрГУПС, 2008. С 52—54.

8. Специализированные алгоритмы и протоколы для беспроводных сетей со сложной структурой / С. А. Скрипов // Актуальные проблемы науки и техники : тр. 4-й Всероссийск. школы сем. Уфа : Диалог., 2009. Т. 1. С. 464—468.

9. Разработка протоколов маршрутизации для беспроводных сетей со специальной топологией / С. А. Скрипов // Современные информационные технологии и ГГ-образование : тр. 4-й Междунар. науч.-практ. конф. — М. : ИНТУИТ.РУ, 2009. — С. 449—456.

10, К вопросу о передаче данных в беспроводных сетях со специальной топологией / С. А. Скрипов // Применение современных математических методов и информационных технологий : сб. науч. трудов с международ, участием. Иркутск: изд-во БГУЭП, 2010. — С. 78—87.

СКРИПОВ Сергей Александрович

МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ И ОПТИМИЗАЦИЯ ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ В БЕСПРОВОДНЫХ СЕТЯХ СО СПЕЦИАЛЬНОЙ ТОПОЛОГИЕЙ

Специальность: 05.13.18 — Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Подписано в печать 13.05.10. Формат 60x84 'лб. Бумага офсетная. Печать офсетная. Усл. печ. л. 1,0. Уч.-изд. л. 1,0. Тираж 110 экз. Заказ 130. Цена бесплатно

ГОУ ВПО «Челябинский государственный университет» 454021, г. Челябинск, ул. Бр. Кашириных, 129 Издательство ГОУ ВПО ЧелГУ 454021, г. Челябинск, ул. Молодогвардейцев, 576 Полиграфический участок Издательства ГОУ ВПО «ЧелГУ» 454021, г. Челябинск, ул. Молодогвардейцев, 576

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. ЗАДАЧИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ БЕСПРОВОДНЫХ СЕТЕЙ.

1.1. Обзор беспроводных сетей.

1.2. Физический и канальный уровни передачи данных.

1.3. Алгоритмы маршрутизации для беспроводных ad hoc сетей.

1.4. Протоколы маршрутизации для беспроводных сетей.

1.5. Методы моделирования сетей.

ГЛАВА 2. МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ БЕСПРОВОДНЫХ СЕТЕЙ.

2.1. Параметры беспроводных сетей.

2.2. Математическая модель беспроводной ad hoc сети.

2.3. Модели сетевой нагрузки.

ГЛАВА 3. РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОТОКОЛОВ МАРШРУТИЗАЦИИ ДЛЯ БЕСПРОВОДНЫХ СЕТЕЙ.

3.1. Особенности маршрутизации в беспроводных сетях с топологией "бутылочное горло".

3.2. Протокол DSFSR (Dislocated Scope Fisheye State Routing).

3.3. Критерии оценки качества передачи данных для беспроводных сетей со специальной топологией.

3.4. Методика оценки и сравнения протоколов маршрутизации для беспроводных ad hoc сетей.

ГЛАВА 4. РАЗРАБОТКА ПРОГРАММЫ ИМИТАЦИОННОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ БЕСПРОВОДНЫХ СЕТЕЙ СО СЛОЖОЙ СТРУКТУРОЙ.

4.1. Выбор программного обеспечения для имитационного моделирования беспроводных сетей.

4.2. Разработка архитектуры модели беспроводной сети со сложной структурой в рамках системы имитационного моделирования.

4.3. Проверка имитационной модели.

4.4. Оценка качества протоколов маршрутизации для беспроводных сетей со сложной структурой.

4.4.1. Исследование влияния плотности сети на качество обслуживания.

4.4.2. Исследование влияния сетевой нагрузки на качество обслуживания.

4.4.3. Исследование влияния размера пакетов на качество обслуживания.

Характерной тенденцией современного этапа развития компьютерных сетей является интенсивное внедрение средств беспроводной связи. Электронные приборы с каждым днем становятся меньше, дешевле, потребляя при этом все меньше энергии. При этом большинство устройств оснащается одним или несколькими радиопередатчиками, что делает возможным обмен информацией даже между мобильными и портативными устройствами. Следует также отметить увеличение вычислительных возможностей: даже дешевые миниатюрные устройства могут обладать ресурсами, достаточными для решения широкого класса задач.

Успехи развития технологий уже на современном этапе делают возможным создание и развертывание беспроводных ad hoc сетей, состоящих из тысяч недорогих миниатюрных устройств. Такие сети предоставляют ряд принципиально новых возможностей [18]. В отличие от проводных сетей и систем, беспроводные ad hoc сети обладают такими качествами как мобильность, автономность составляющих элементов, отсутствие необходимости централизованного управления [6]. При этом практически отсутствует снижение функциональных возможностей беспроводных сетей по сравнению с проводными. Таким образом, беспроводные ad hoc сети позволяют эффективно решать множество задач, в число которых входит как передача данных общего назначения, так и работа в составе систем специального назначения. Например, беспроводные сенсорные сети позволяют круглосуточно, в режиме реального времени следить за физическими параметрами некоторой системы. Можно выделить следующие основные преимущества беспроводных сетей перед другими подходами, применяемыми для решения аналогичных задач [6]:

• Низкая стоимость. Массовое производство электронных устройств значительно дешевле производства, установки и настройки многокомпонентного комплекса, решающего аналогичную задачу.

• Быстрота развертывания. Беспроводная сеть готова к работе практически сразу же после размещения и включения всех устройств.

• Высокая эффективность. Благодаря возможности одновременного применения большого количества устройств, беспроводная сеть обеспечивает высокую эффективность при решении практически любых задач, особенно, таких как сбор данных и мониторинг.

Таким образом, в ряде случаев развертывание беспроводной ad hoc сети оказывается экономически более выгодным, чем использование для тех же целей других средств. А прогресс производства вычислительной техники делает беспроводные сети перспективным направлением развития информационных технологий.

Беспроводные ad hoc сети, как новый класс вычислительных сетей, обладают рядом особенностей, которые вызывают ряд проблем на этапе их проектирования, развертывания и эксплуатации [64]. Следует особо отметить большое количество устройств (>10000), что нехарактерно для классических сетей, единую среду передачи данных, отсутствие централизованного управления [12]. Другой важной особенностью таких сетей является возможная мобильность устройств, а в связи с их большим количеством и воздействием внешних факторов, можно также говорить об их низкой отказоустойчивости. Таким образом, беспроводные сети должны быть самонастраивающимися, а также иметь специализированные протоколы маршрутизации.

В числе научных школ, внесших серьезный вклад в проблематику разработки протоколов для беспроводных сетей, следует перечислить многие исследовательские центры. Среди них особо следует выделить группу MANET (Mobile Ad-hoc Networks) при организации IETF (Internet Engineering Task Force). Основная цель работы этой группы — стандартизация функциональных возможностей протоколов IP маршрутизации, подходящих для беспроводных систем. При этом принимаются во внимание как статические, так и динамические топологии с большой изменчивостью, связанной с мобильностью устройств и другими факторами.

В калифорнийском университете были проведены исследования сетей со сложной топологией.

В университете Карнеги—Меллон были исследованы особенности протоколов маршрутизации для специальных беспроводных сетей.

В Санкт-Петербургском университете телекоммуникаций им. проф. М. А. Бонч-Бруевича были проведены исследования сенсорных сетей как интеллектуальной инфраструктуры.

В институте радиотехники и электроники им. В.А. Котельникова РАН, г. Москва, были проведены работы по созданию электронных компонентов для беспроводных сенсорных сетей.

В Нижегородском государственном университете им. Н.И. Лобачевского были разработаны новые способы передачи информации в беспроводных сетях, основанные на свойствах среды передачи данных

В университете Палермо были проведены исследования эффективности работы физического и канального уровней передачи данных для беспроводных радиоканалов.

Теоретические и практические аспекты решения задач в этой области рассмотрены в работах таких ученых как: Султанов А.Х., Захаров А.А., Рожков А.В., Аксенов К.А., Чинг-Чуан Чанг, Марио Герла, Цзу-ехи Цзаи.

Основные проблемы при проектировании беспроводных сетей связаны с ограниченными ресурсами дешевых малогабаритных устройств, быстро меняющейся топологии относительно большой сети, ненадежностью беспроводных каналов связи. Для преодоления этих проблем было проведено множество исследований таких сетей. Среди них следует выделить работы исследователей Калифорнийского университета, в частности Чинг-Чуан Чанга — исследования физических свойств беспроводных каналов связи и связанные с ними особенности протоколов маршрутизации, Марио Герлы разработка, оценка и контроль распределенных систем, Цзу-ехи Цзаи -разработка сетевых протоколов для беспроводных систем. Различными научными школами была проведена классификация рассматриваемых сетей, был разработан целый спектр протоколов маршрутизации для различных их типов [5 9] [84].

Недостатком проведенных на сегодняшний день исследований является отсутствие средств оценки и сравнения протоколов маршрутизации. Принятая в настоящее время классификация протоколов не позволяет оценить целесообразность применения конкретных решений в том или ином случае. Таким образом, имеется необходимость создания метода оценки и сравнения существующих и разрабатываемых протоколов маршрутизации для беспроводных ad hoc сетей.

Целью данной работы является разработка метода оценки качества передачи данных в беспроводных ad hoc сетях, включающего в себя критерии оценки качества, математические модели беспроводных сетей, программную реализацию имитационной модели беспроводной ad hoc сети, позволяющую получить значения параметров качества сети, а также методики оценки и сравнения протоколов, обеспечивающей выбор оптимального протокола маршрутизации для беспроводных сетей со специальной топологией.

В рамках диссертационной работы решались следующие основные задачи:

• разработка комплексных критериев качества передачи данных для беспроводных сетей в соответствии с классами их целевого использования;

• разработка имитационной модели' беспроводных сетей, включающей в себя математические модели топологии, модели беспроводных каналов связи, модели сетевой нагрузки и алгоритмы, управляющие конечным устройством;

• реализация разработанной имитационной модели с использованием инструментальных средств моделирования сетей;

• разработка методики выбора и оценки алгоритмов маршрутизации для беспроводных сетей со сложной структурой.

• разработка специализированного протокола маршрутизации для беспроводных сетей со специальной топологией;

• оценка эффективности разработанного специализированного протокола маршрутизации для беспроводных сетей со специальной топологией;

Основные научные результаты диссертации заключаются в следующем:

1. Разработанные критерии комплексной оценки качества передачи данных в беспроводных ad hoc сетях со специальной топологией позволяют получить оценку протоколов маршрутизации в соответствии с решаемой практической задачей.

2. Предложенная объектно-ориентированная имитационная модель беспроводной ad hoc сети, основанная на потоковой схеме передачи пакетов, включающая в себя математические модели топологии и сетевой нагрузки, модели канального уровня передачи данных, может быть легко модифицирована путем замены части компонентов без изменения ее архитектуры. Это позволяет получить значения критериев оценки качества для широкого класса беспроводных ad hoc сетей.

3. Разработанная методика оценки и сравнения протоколов маршрутизации для беспроводных ad hoc сетей позволяет разработку на ее основе эффективных специализированных протоколов маршрутизации.

4. Предложенный специализированный протокол маршрутизации DSFSR для беспроводных сетей со специальной топологией позволяет увеличить эффективность работы сети, в некоторых случаях более чем в два раза.

Апробация работы.

Основные положения диссертационной работы докладывались на:

- международной конференции «Computer Science and Information Technologies CSIT'2007», Уфа, 18-21 сентября 2007 г.;

- всероссийской зимней школе-семинаре "Актуальные проблемы в науке и технике", Уфа, 20-23 февраля 2008 г.;

- международной конференции «Computer Science and Information Technologies CSIT'2008», Уфа, 13-20 сентября 2008 г.;

- региональной научно-практической конференции «Безопасность информационного пространства», Екатеринбург, 25—26 декабря 2008 г.;

- всероссийской зимней школе-семинаре "Актуальные проблемы в науке и технике", Уфа, 18-21 февраля 2009 г.;

- международной научно-практической конференции "Современные информационные технологии и ИТ-образование", Москва, 14-16 декабря 2009 г.;

Публикации.

По материалам диссертации опубликовано 10 печатных работ, в том числе 1 в рецензируемом журнале из списка периодических изданий, рекомендованных ВАК РФ.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и библиографии. Текст диссертации изложен на 117 листах, включая 107 листов машинописного текста, 21 рисунок, 16 таблиц, список литературы (102 названия).

Основные результаты работы заключаются в следующем:

1. Предложены математические модели компонентов беспроводной сети: модель узла, модель канала, модели источников трафика. Модели узла и канала учитывают возможность ошибки и отказа.

2. Разработана имитационная модель беспроводных ad hoc сетей, включающая в себя математические модели, модели беспроводных каналов связи, алгоритмы, управляющие конечным устройством, позволяющая находить значения критериев для оценки изучаемых сетей. Разработанная модель основана на объектной потоковой модели, что обеспечивает возможность модификации модели без изменения ее архитектуры.

3. Разработан специализированный протокол маршрутизации DSFSR для беспроводных ad hoc сетей с топологией "бутылочное горло", использующий альтернативный способ формирования областей видимости для устройств.

4. Предложены комплексные критерии качества передачи данных для беспроводных сетей со специальной топологией, позволяющие проводить сравнение различных решений для таких сетей. Данные критерии позволяют проводить оценку качества сети на основе схемы использования и области применения рассматриваемой сети.

5. Предложенная имитационная модель реализована в инструментальной среде DaSSF, обладающей высокой скоростью работы, расширяемостью, а также возможностью распараллеливания процесса моделирования, что делает возможным выполнение разработанного приложения на многопроцессорных ЭВМ либо на кластере.

6. Предложена методика оценки и сравнения протоколов маршрутизации для беспроводных ad hoc сетей, позволяющая сравнивать различные решения для беспроводных сетей и находить среди них оптимальные.

7. Экспериментально доказана эффективность разработанного протокола DSFSR. Данный протокол позволяет повысить эффективность работы сети в некоторых случаях более чем в два раза.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Проведенные в рамках диссертационной работы исследования образуют теоретическую и практическую основу для проектирования беспроводных ad hoc сетей, а также разработки для них новых эффективных протоколов маршрутизации.

В качестве исследовательской базы при выполнении диссертационной работы использовалась учебно-вычислительная лаборатория кафедры вычислительной механики и информационных технологий Челябинского государственного университета.

1. Архипкин В.Я. Bluetooth. Технические требования. Практическая реализация. / В.Я. Архипкин, А.В. Архипкин. М.: Мобильные коммуникации, 2002. — 216 с.

2. Беспроводные сети ZigBee Электронный ресурс. Электрон, дан. -Режим доступа: http://www.wless.ru/technology/?tech=l, свободный.

3. Болыиев JI.H. Таблицы математической статистики / JI.H. Большев, Н.В. Смирнов. М.: Наука, 1983. - 416 с.

4. Борщев, А. От системной динамики и традиционного ИМ — к практическим агентным моделям: причины, технологии, инструменты Электронный ресурс. / А. Борщев. Электрон, дан. - Режим доступа: http://www.xjtek.com/doc/fromsdtoabmru.pdf, свободный.

5. Бусленко, Н. П. Автоматизация имитационного моделирования сложных систем / Н. П. Бусленко. М.: Наука, 1977. - 239 с.

6. Широкополосные беспроводные сети передачи информации / В.М. Вишневский, А.И. Ляхов, С.Л. Портной, И.В. Шахнович М.: Техносфера, 2005. - 591 с.

7. Джим Гейер Беспроводные сети. Первый шаг (Cisco) / Джим Гейер. М.: Вильяме, 2005. - 192 с.

8. Гейн К. Системный и структурный анализ: средства и методы. / Гейн К., СарсонТ. М.: Эйтекс, 1992.

9. Домнин Л.Н. Элементы теории графов / Л.Н. Домнин. Пенза, 2004. -139 с.

10. Дорошенко А.Е. "О моделировании сенсорных сетей средствами высокого уровня" / А.Е. Дорошенко, К.А. Жереб, Р.С. Шевченко // Проблеми програмування. 2006. - №2-3.

11. Дружинин Г.В. Надежность автоматизированных систем / Г.В. Дружинин М.: Энергия, 1977. - 536 с.

12. Карабуто, А. Сенсорные сети Электронный ресурс. / А. Карабуто. -Электрон, дан. Режим доступа: http://offline.computerra.ru/2004/553/35459/, свободный.

13. Коваленко И.Н. Теория вероятностей и математическая статистика / И.Н. Коваленко, А.А. Филиппова М.: Высшая школа, 1973. - 367 с.

14. Маковеева М.М. Системы связи с подвижными объектами / М.М. Маковеева, Ю.С. Шинаков. М.: Радио и связь, 2002. - 440 с.

15. Никитин А. Электроника без батареек работает даже лучше Электронный ресурс. / А. Никитин. Электрон, дан. — Режим доступа: http://www.gazeta.ni/techzone/2004/07/l 5a135404.shtml, свободный.

16. Никольский В.В. Электродинамика и распространение радиоволн / В.В. Никольский, Т.И. Никольская/ М.: Наука, 1989. - 543 с.

17. Новые модели использования беспроводных сенсорных сетей, Technology@Intel Электронный ресурс. — Режим доступа: http://www.intel.com/cd/corporate/europe/emea/rus/update/237031 .htm, свободный

18. Олифер, Н. Качество обслуживания Электронный ресурс. / Н. Олифер. Электрон, дан. - Режим доступа:http ://www.olifer.ru/articles/ip2/ip2 .html, свободный.

19. Беспроводные сети Wi-Fi Электронный ресурс. / А.В. Пролетарский, И.В. Баскаков, Р.А. Федотов, А.В. Бобков, Д.Н. Чирков, В.А. Платонов -Электрон, дан. Режим доступа:http://www.intuit.ru/department/network/wifi/, свободный.

20. Рошан Педжман Основы построения беспроводных локальных сетей стандарта 802.11. Руководство Cisco / Педжман Рошан, Джонатан Лиэри. М.: Вильяме, 2004. - 304 с.

21. Руденко И. Маршрутизаторы CISCO для IP-сетей / И. Руденко, Tsunami Сотри. М.: Кудиц-Образ, 2003. - 656 с.

22. Семенов Ю. А. Сетевое моделирование Электронный ресурс./ Ю. А. Семенов Электрон. дан. - Режим доступа: http://www.citforum.ru/nets/semenov/ 4/45/modl4517.shtml, свободный

23. Моделирование современных телекоммуникационных систем / И. А. Соколов, С. В. Антонов, С. Я. Шоргин // тр. Междунар. симпоз. по проблемам модульных систем и сетей (ICSNET1 2001). М.: Физико-технический Институт РАН, 2001. С. 210-220.

24. Томас Том М. II Структура и реализация сетей на основе протокола OSPF / Томас, Том М. II; пер. с .англ. К.А. Птицына. М.: Издательский дом "Вильяме", 2004. — 816с.

25. Шеннон, Р. Дж. Имитационное моделирование систем — искусство и наука пер. с англ. / Р. Дж. Шеннон. М.: Мир, 1978. - 418 с.

26. Agre J. R. "Development platform for self-organizing wireless sensor networks" / J. R. Agre, L. P. Clare, G. J. Potty, N. P. Romanov // Proceedings of SPIE, unattended ground sensor technologies and applications. 1999. -pages: 257-268.

27. Barcelo F. "Statistical properties of silence gap in public mobile telephony channels with application to data transmission" / F. Barcelo // IEEE International Conference on Communications (ICC 2001). Helsinki, 2001. -pages: 123-128.

28. Barford P. "Generating representative web workloads for network and server performance evaluation" / P. Barford, M. Crovella // In Proc. of the ACM SIGMETRICS. Madison WI, 1998. - pages: 95- 102.

29. Bellata В. Capacity and Traffic Analysis of Voice Services over GPRS Mobile Networks / B. Bellata, M. Oliver, D. Rincon. Technical University of Catalonia, University Pompeu Fabra, 2002. 33 p.

30. B. Bellur "A Reliable, Efficient Topology Broadcast Protocol for Dynamic Networks" / B. Bellur, R. G. Ogier // Proc. IEEE INFOCOM. 1999.

31. V. Bharghavan "MACAW: a media access protocol for wireless LAN" / V. Bharghavan, A. Demers, S. Shenkar, and L. Zhang // Proceedings of the SIGCOMM 94 Conference of Communications architectures, protocols and applications. 1994. - pages: 212-225.

32. Bhushan, A. File Transfer Protocol // RFC 354, 1972. 24 p.

33. Bianchi Giuseppe "Performance analysis of the IEEE 802.11 Distributed Coordination Function" / Giuseppe Bianchi // Selected Areas in Communications", IEEE Journal on. 2000. - Volume: 18, Issue: 3, pages: 535-547.

34. Biernacki A. "Statistical analysis of VoIP streams" / A. Biernacki // 7th Conference "Internet Wroclaw 2005". - Wroclaw, 2005. - pages: 34-39.

35. Bluetooth.com | The Official Bluetooth Technology Info Site Электронный ресурс. Режим доступа: http://www.bluetooth.com/bluetooth/, свободный

36. Brady Р.Т. "A Technique for Investigating On-Off Patterns of Speech" / P.T. Brady // Bell Systems Technical Journal. 1965. pages: 1-22.

37. Brady P.T. "A Statistical Analysis of On-Off Patterns in 16 Conversations" / P.T. Brady// Bell Systems Technical Journal. 1968. pages: 73-91.

38. Brady P.T. "A Model for Generating On-Off Speech Patterns in Two-Way Conversation" / P. T. Brady // Bell Systems Technical Journal. 1969. pages: 2445-2472.

39. Broch J. "A Performance Comparison of Multi-Hop Wireless Ad Hoc Network Routing Protocols" / J. Broch, D.A. Maltz, D.B. Johnson, Y.-C. Hu, and J. Jetcheva // АСМЛЕЕЕ MOBICOM. 1998. - pages: 85-97.

40. Performance Measurement and Analysis of H.323 Traffic / P. Calyam, M. Sridharan, W. Mandrawa, P. Schopis // РАМ, Juan-Les-Pins, France, 2004. -pages: 201-215.

41. Ching-Chuan Chiang "Routing and multicast in multihop, mobile wireless networks" / Ching-Chuan Chiang, Mario Gerla // IEEE 6th International Conference. 1997. - Volume 2. - pages: 546 - 551.

42. Corson M.S. "A Distributed Routing Algorithm for Mobile Wireless Networks" / M. S. Corson, A. Ephremides // ACM/Baltzer. 1995. - №1. -vol. 1.

43. Cowie J.H. "Modeling the Global Internet." / J. H. Cowie, D. M. Nicol, A. T. Ogielski. // Computing in Science & Engineering. 1999. - pages: 42-50.

44. Crawley E. "Framework for Integrated Services Operation over Diffserv Networks" / RFC- 2382, 2000. 29 p.

45. Dang T.D. "Fractal Analysis and Modelling of VoIP Traffic" / T. D. Dang, B. Sonkoly, S. Molnor // In Proc. of conference "NETWORKS-2004". Austria, 2004.-pages: 230-248.

46. DARPAITO Project S3 Электронный ресурс. / Электрон, дан. - Режим доступа: http://dimacs.mtgers.edu/Projects/Simulations/darpa/, свободный.

47. Das S.R. "Performance Comparison of Two On-demand Routing Protocols for Ad Hoc Networks" / S.R. Das, C.E. Perkins and E. M. Royer// In Proceedings of IEEE INFOCOM. 2000.

48. Das S.R. "Simulation Based Performance Evaluation of Mobile, Ad Hoc Network Routing Protocols" / S.R. Das, R. Castaneda, and J. Yan // ACM/Baltzer MONET. 2000. - pages: 179-89.

49. Fishman G.S. "The Analysis of Simulation-Generated Time Series" / G.S. Fishman, P.J. Kiviat // Management Science. 1967. - v. 13, № 7.

50. Florens С. "Scheduling algorithms for wireless ad-hoc sensor networks" / C. Florens, R. McEliece // Proceedings of the IEEE Global Telecommunications Conference. 2002. - pages: 6-10.

51. Fouad A. Tobagi "Packet switching in radio channels: part II The hidden terminal problem in carrier sense multiple-access and the busy-tone solution" / Fouad A. Tobagi, Leonard Kleinrock // IEEE transactions on communications.- 1975. - №12.

52. Frystyk H. "Hypertext Transfer Protocol HTTP 1.0" / RFC-1945, 1996. 59 P

53. Gerla M."Multicluster, mobile, multimedia radio network"/ Mario Gerla, Jack Tzu-Chieh Tsai // Wireless networks. 1995. №1. - pages: 255-265.

54. Gerla M. "Landmark Routing for Large Ad Hoc Wireless Networks" / M. Gerla, X. Hong, and G. Pei // Proc. IEEE GLOBECOM. 2000. -№11.

55. Gupta P. "Capacity of wireless networks." / P. Gupta and P.R. Kumar // IEEE Transactions on Information Theory. 2000. - Volume 46, Issue 2.

56. Haas Z.J. "The Performance of Query Control Schemes for the Zone Routing Protocol" / Z. J. Haas, M. R. Pearlman // ACM/IEEE Trans. Net. 2001. -№4. - vol. 9. - pages: 427-438.

57. Xiaoyan Hong "Scalable routing protocols for mobile ad hoc networks" / Xiaoyan Hong, Kaixin Xu, Mario Gerla// Network, IEEE. 2002. - Volume 16, Issue 4. - pages: 11-21.

58. Hsiung H. "An Approach to IP Telephony Performance Measurement and Modeling in Government Environments" / H. Hsiung, M. J. Fischer // Technical Report for Mitretek Systems, Inc. USA. 1999. - 76 p.

59. Ian F. Akyildiz "Wireless mesh networks: a survey"/ Ian F. Akyildiz, Xudong Wang, Weilin Wang // Computer Networks and ISDN Systems. 2005.v.47 n.4. pages: 445-487.

60. IEEE Computer Society, L. M. S. Wireless LAN medium access control (MAC) and physical layer (PHY) specification, 1997.

61. Traffic models for IEEE 802.20 MBWA System Simulation. Institute of Electrical and Electronics Engineers Электронный ресурс. Электрон, дан. - Режим доступа: http://grouper.ieee.org/groups/802/20, свободный.

62. Iyer R. "QoS control for sensor networks" / Iyer R. Kleinrock L. // Communications, 2003. ICC '03. IEEE International Conference on. 2003. -pages: 517-521.

63. P. Jacquet et al. "Optimized Link State Routing Protocol" draft-ietf-manetolsr-05.txt. / IETF MANET.- 2000.

64. Scenario-based Performance Analysis of Routing Protocols for Mobile Ad-hoc Networks / P. Johansson, T. Larsson, N. Hedman, B. Mielczarek and M. Degermark // Proceedings of ACM/IEEE MOBICOM. 1999. - pages: 195206.

65. Johnson D.B. "Dynamic Source Routing in Ad Hoc Wireless Networks" / D.B. Johnson, D.A. Maltz // Mobile Computing. 1996. - pages: 153-181.

66. The Elusive Nature of Internet Traffic / J. Ju-Wook, K. Woo-Hyun // In Proc. of Internet Computing and Electronic Commerce. 2001. - pages: 55-67.

67. Leonard Kleinrock "Creating a Mathematical Theory of Computer Networks" / Leonard Kleinrock // INFORMS Operations Research. 2002. - pages: 125 -131.

68. Rajesh Krishnan "Efficient self-organization of large wireless sensor networks" / Rajesh Krishnan. Boston University. - 1996.

69. Jinyang Li "Capacity of Ad Hoc Wireless Networks" / Jinyang Li, Charles Blake, Douglas S. J. De Couto, Hu Imm Lee, Robert Morris // proceedings of the 7th ACM International Conference on Mobile Computing and Networking. Rome, 2001.

70. J. Liu "DaSSF 3.1 User's Manual" / J. Liu, D. M. Nicol. 2001.

71. Simulation and Analysis of Loss in IP Networks / V. Markovski // Engineering Science. Simon Fraser Univserity. 2000. - pages: 108-122.

72. R. G. Ogier et al. "Topology Broadcast based on Reverse-Path Forwarding (TBRPF)" draft-ietf-manet-tbrpf-05.txt./ R. G. Ogier et al. // INTERNET-DRAFT, MANET Working Group. 2002.

73. Park V.D. "A Highly Adaptive Distributed Routing Algorithm for Mobile Wireless Networks" / V. D. Park, M.S. Corson // Proc. IEEE INFOCOM. -1997.-pages: 1405-1413.

74. Pei G. "A Wireless Hierarchical Routing Protocol with Group Mobility" / G. Pei // Proc. IEEE WCNC. 1999.

75. Pei G. "Fisheye State Routing: A Routing Scheme for Ad Hoc Wireless Networks" / G. Pei, M. Gerla, T.-W. Chen // Proc. ICC 2000, New Orleans. -2000.

76. Pei G. "LANMAR: Landmark Routing for Large Scale Wireless Ad Hoc Networks with Group Mobility" / G. Pei, M. Gerla, X. Hong // Proc. IEEE/ACM Mobi-HOC. 2000. - pages: 11-18.

77. Charles E. Perkins "Highly dynamic Destination-Sequenced Distance-Vector routing (DSDV) for mobile computers" / Charles E. Perkins, Pravin Bhagwat // ACM SIGCOMM Computer Communication Review. 1994. - Volume 24 , Issue 4. - pages: 234 - 244.

78. Perkins C.E. "Ad-Hoc On-Demand Distance Vector Routing" / C.E. Perkins, E.M. Royer // Proc. IEEE WMCSA. 1999. - pages: 90-100.

79. QUASIMODO, P906/D2 Report Электронный ресурс. Электрон, дан. -Режим доступа: http://www.eurescom.de, свободный.

80. RIP Version 2 / RFC-2453, 1998. 39 p.

81. Romer, Kay "The Design Space of Wireless Sensor Networks" / Romer Kay, Friedemann Mattern // IEEE Wireless Communications. pages 54-61.

82. Royer E.M. "A review of current routing protocols for ad-hoc wireless networks" / E.M. Royer and C.-K. Toh // IEEE Personal Communications Magazine. 1999. - pages: 46-55.

83. Cesar A. Santivanez "Making link-state routing scale for ad hoc networks" / Cesar A. Santivanez, Ram Ramanathan, Ioannis Stavrakakis // Proceedings ofthe 2nd ACM international symposium on Mobile ad hoc networking & computing. 2001. - pages: 22 - 32.

84. Analysis of On-Off Patterns in VoIP and Their Effect on Voice Traffic Aggregation / H. Schulzrinne // Computer Networks and ISDN Systems. Vol. 29. 2000. pages: 7-25.

85. Voice Communication Across The Internet: A Network Voice Terminal / H. Schulzrinne // Dept. of CS, University of Massachusetts. 1992. - 23 p.

86. C.-K. Toh "Associativity-Based Routing For Ad Hoc Mobile Networks" / C.-K. Toh // WL Pers. Commun. J., Special Issue on Mobile Networking and Computing Systems. 1997. - vol. 4, no. 2. - pages: 103-39.

87. С К Toh "Ad Hoc Mobile Wireless Networks" / С К Toh. Prentice Hall Publishers. - 2002.

88. Jay Ts "Using Samba, 2nd Edition" / Jay Ts, Robert Eckstein, David Collier-Brown. O'Reilly & Associates. - 2003.

89. Z-Wave стандарт домашней автоматизации Электронный ресурс. — Электрон, дан. - Режим доступа: http://www.z-wave.ru/, свободный.

90. Оценка качества протоколов маршрутизации для сенсорных сетей / С.А. Скрипов // Программные продукты и системы. 2008. - № 4. - С. 125— 127.

91. Адаптивные алгоритмы маршрутизации в сенсорных сетях / С.А. Скрипов // Проблемы развития приграничных территорий : сб. тр. междунар. конф. Челябинск : Фрегат, 2006. - С. 224-226.

92. Модификации протоколов маршрутизации для сенсорных сетей / С.А. Скрипов // Компьютерные науки и информационные технологии : тр. 10-го Междунар. сем. (CSIT'2008). Уфа : Изд-во Уфимс. гос. авиац. техн. ун-та, 2008. Т.1. - С. 148-151. (англ. язык).

93. К вопросу о критериях оптимальности для протоколов маршрутизации в беспроводных сенсорных сетях / С.А. Скрипов // Информатика, управление и компьютерные науки: тр. 3-й всероссийской школы сем. Уфа: Диалог, 2008. Т. 1. - С. 568-571.

94. Имитационное моделирование беспроводных сетей со сложной структурой / С.А. Скрипов // Молодой ученый : ежемесячный науч. Журнал. Чита, 2008. - С. 59-66.

95. К вопросу о применении беспроводных сетей для систем реального времени / С.А. Скрипов // Безопасность информационного пространства: сб. тр. per. Науч. Конф. Екатеринбург: ГОУ ВПО УрГУПС, 2008. - С 52-54.

96. Специализированные алгоритмы и протоколы для беспроводных сетей со сложной структурой / С.А. Скрипов // Актуальные проблемы науки и техники : тр. 4-й всероссийской школы сем. Уфа: Диалог, 2009. - Т. 1. -С. 464-468.

97. Разработка протоколов маршрутизации для беспроводных сетей со специальной топологией / С.А. Скрипов // Современные информационные технологии и IT-образование : тр. 4-й междунар. научно-практ. конф. -М.:ИНТУИТ.РУ, 2009. С. 449-456.