DZIEKAN i RADA WYDZIAŁU
INFORMATYKI, ELEKTRONIKI I TELEKOMUNIKACJI
AKADEMII GÓRNICZO-HUTNICZEJ im. ST. STASZICA W KRAKOWIE
zapraszają na
publiczną dyskusję nad rozprawą doktorską

mgr inż. Marka Sikory
Optymalizacja algorytmów wyboru trybu pracy stacji w sieciach standardu IEEE 802.11 łączności nomadycznej i ruchomej
Dyskusja odbędzie się 22 maja 2014 roku o godz. 13:00 w Sali 1.20,
ul. Kawiory 21, pawilon D-17
PROMOTOR: Dr hab. inż. Wiesław Ludwin, prof. nz. AGH, Akademia Górniczo-Hutnicza
RECENZENCI: Prof. dr hab. Krzysztof Wesołowski - Politechnika Poznańska
Dr hab. inż. Marek Natkaniec - Akademia Górniczo-Hutnicza
Z rozprawą doktorską i opiniami recenzentów można się zapoznać
w Czytelni Biblioteki Głównej AGH, al. Mickiewicza 30



Optymalizacja algorytmów wyboru trybu pracy stacji w sieciach standardu IEEE 802.11 łączności nomadycznej i ruchomej


mgr inż. Marek Sikora


Promotor: dr hab. inż. Wiesław Ludwin, prof. nz. AGH
Dyscyplina: Telekomunikacja


Bezprzewodowe sieci lokalne WLAN (Wireless Local Area Networks) należą do najbardziej dynamicznie rozwijających się obecnie systemów telekomunikacyjnych. Współczesne sieci WLAN umożliwiają stacjom abonenckim pracę z infrastrukturą APN (Access Point Networks), tj. z wykorzystaniem punktów dostępu oraz ad-hoc, czyli w sieci o strukturze okazjonalnej lub improwizowanej AHN (Ad Hoc Networks). Standardy z grupy IEEE 802.11 a/b/g dopuszczają możliwość pracy stacji abonenckich w wielu różnych trybach, w których przesył danych odbywa się ze zmienną przepływnością i odpornością na błędy transmisji. Zmienną przepływność oraz odporność na błędy transmisji uzyskuje się dzięki zastosowaniu odpowiednich technik modulacji wielopoziomowych oraz schematów kodowania nadmiarowego o różnych współczynnikach sprawności użytego kodu korekcyjnego. Standardy IEEE 802.11 a/b/g określają sposoby łączenia technik modulacji i kodowania korekcyjnego, definiując tym samym skończoną liczbę możliwych trybów pracy stacji abonenckiej. Dzięki istnieniu wielu różnych trybów pracy, możliwy jest w danej chwili wybór takiej kombinacji techniki modulacji i metody kodowania korekcyjnego, która zapewni – z punktu widzenia warunków propagacyjnych panujących w torze radiowym oraz możliwości technicznych stacji abonenckich biorących udział w wymianie danych – najbardziej wydajną transmisję informacji. W sieciach standardu IEEE 802.11 a/b/g odpowiedzialność za wybór odpowiedniego, to znaczy najlepszego z możliwych na daną chwilę czasu trybu pracy, spoczywa na stacji abonenckiej. Przy czym ze względu na zmienność właściwości transmisyjnych toru radiowego wybór optymalnego trybu pracy stacji odbywa się adaptacyjnie. Jedynym ograniczeniem wpływającym na szybkość przejścia stacji abonenckiej z jednego trybu do następnego jest czas trwania pojedynczej ramki.

Cel i teza rozprawy

Celem niniejszej rozprawy było opracowanie takiego algorytmu doboru trybu pracy stacji abonenckiej, który zapewniałby maksymalną przepływność pojedynczej stacji z punktu widzenia warstwy aplikacji. Ponadto algorytm przystosowano do pracy zarówno w sieciach typu ad-hoc, jak i w sieciach z infrastrukturą. W celu praktycznej implementacji algorytmu w już istniejących bezprzewodowych sieciach lokalnych WLAN jego działanie oparto na danych pomiarowych dostępnych w typowych i łatwo osiągalnych na rynku urządzeniach sieciowych zgodnych ze standardem IEEE 802.11. W związku z tym sformułowano następującą tezę niniejszej rozprawy doktorskiej, mówiącą o tym, że:

Możliwe jest opracowanie bardziej wydajnego – od obecnie stosowanych – algorytmu wyboru trybu pracy stacji abonenckiej w bezprzewodowej sieci lokalnej WLAN standardu IEEE 802.11, opartego na znajomości rozmiaru przesyłanych ramek oraz na wynikach pomiarów czasu oczekiwania stacji na dostęp do kanału radiowego i uśrednionego – na horyzoncie czasu trwania jednej ramki – poziomu mocy sygnału nośnej RSSI na wejściu odbiornika.

W celu udowodnienia tak postawionej tezy dokonano szczegółowych rozważań teoretycznych, ważnych z punktu widzenia poruszonych w rozprawie problemów. Ponadto zaprojektowano i wykonano odpowiednie modele symulacyjne wybranych sieci WLAN standardu IEEE 802.11 i przeprowadzono za ich pomocą szereg eksperymentów symulacyjnych. W szczególności zaś:

  1. Dokonano analizy teoretycznej problemu wykorzystania wyników pomiarów wielkości opisujących stan kanału radiowego do wyznaczania optymalnej z punktu widzenia pojedynczej stacji abonenckiej przepływności, której rezultatem było określenie, tzw. współczynnika korelacji średnich mocy sygnałów sinusoidalnych, zmierzonych w kolejnych chwilach czasu na wejściu odbiornika.
  2. Dla potrzeb algorytmu optymalnego doboru trybu pracy stacji abonenckiej w sieci WLAN sformułowano funkcję celu, którą oparto nie tylko na znajomości mocy sygnału RSSI na wejściu odbiornika, lecz także na rozmiarach transmitowanych ramek oraz na czasie oczekiwania stacji na dostęp do kanału radiowego.
  3. Opracowano cztery nowe, oryginalne algorytmy RADIOMAN, SILESiA, EMIRATE i LATERAN optymalnego doboru trybu pracy stacji abonenckiej w sieci WLAN wykorzystujące funkcję celu uwzględniającą długości ramek oraz wyniki pomiarów poziomu mocy sygnału RSSI na wejściu odbiornika i czasu oczekiwania stacji na dostęp do kanału. 
  4. Zmodyfikowano i rozbudowano symulator pakietowy NS-2 o tryby pracy stacji oparte na wielu przepływnościach oraz na modelach kanałów radiowych z zanikami, czyli na wszystkich tych elementach, które były konieczne do przeprowadzenia wiarygodnych eksperymentów symulacyjnych sieci WLAN standardu IEEE 802.11 dla znanych z literatury oraz opracowanych w ramach niniejszej rozprawy czterech nowych algorytmów optymalnego doboru trybu pracy stacji.
  5. Przeprowadzono szczegółowe symulacje komputerowe algorytmów optymalnego doboru trybu pracy stacji abonenckiej w różnych konfiguracjach i scenariuszach pracy sieci bezprzewodowej WLAN standardu IEEE 802.11 w wybranych środowiskach radiokomunikacyjnym, w tym w szczególności badano sieci WLAN łączności nomadycznej i ruchomej we wnętrzu budynku oraz sieci łączności ruchomej na wolnym powietrzu.
  6. Dokonano analizy porównawczej, opracowanych w ramach rozprawy, czterech nowych, oryginalnych algorytmów optymalnego doboru trybu pracy stacji w sieci WLAN standardu IEEE 802.11 pod kątem maksymalnej przepustowości osiąganej przez pojedynczą stację abonencką oraz z punktu widzenia wpływu liczby kolizji ramek w sieci na przepustowość osiąganą przez poszczególne stacje abonenckie.

Dłuższa wersja autoreferatu tutaj.

2014/msikora/start.txt · ostatnio zmienione: 2014/05/12 11:52 przez Marek Sikora