Μαθηματική μοντελοποίηση ασύρματων IEEE 802.11 τοπικών δικτύων που περιλαμβάνουν σταθμούς φωνής (VoIP) και σταθμούς δεδομένων, που χρησιμοποιούν βασική πρόσβαση

Abstract

Στην εποχή μας η ανάπτυξη των ασύρματων τοπικών δικτύων (Wireless LANs) είναι πάρα πολύ μεγάλη. Σε αυτό βοήθησε η πτώση των τιμών του ασύρματου εξοπλισμού και η υποστήριξη της ασύρματης δικτύωσης από τα κινητά τηλέφωνα, τα tablets και τους φορητούς υπολογιστές. Παράλληλα πολύ μεγάλο είναι το ενδιαφέρον του κοινού και της επιστημονικής κοινότητας για την χρησιμοποίηση και ανάπτυξη εφαρμογών φωνής που χρησιμοποιούν το πρωτόκολλο IP (Voice over Internet Protocol, VoIP). Ο συνδυασμός των τεχνολογιών της ασύρματης δικτύωσης και των εφαρμογών VoIP συγκεντρώνει το ενδιαφέρον της ερευνητικής κοινότητας. Το πρότυπο που επικρατεί στα ασύρματα τοπικά δίκτυα είναι το IEEE 802.11. Βασικό στοιχείο του προτύπου αυτού είναι η λειτουργία κατανεμημένου συντονισμού (Distributed Coordination Function DCF). Στην εργασία του ο Bianchi [1] χρησιμοποιώντας το μαθηματικό μοντέλο της αλυσίδας Markov, μοντελοποίησε την λειτουργία της DCF και υπολόγισε την διεκπεραιωτική ικανότητα κορεσμού ενός συστήματος (Saturation Throughput). Στη συνέχεια ο Haitao Wu [2] επέκτεινε το μoντέλο του Bianchi [1] ώστε να συμπεριλαμβάνει το όριο αναμετάδοσης πακέτου. Ο Π. Ράπτης στην εργασία του [3] βασιζόμενος στα μοντέλα των Bianchi και Wu, ανέπτυξε ένα μαθηματικό μοντέλο για τον υπολογισμό της μέσης καθυστέρησης μετάδοσης πακέτου και της διακύμανσης καθυστέρησης πακέτου (Jitter). Στη παρούσα μεταπτυχιακή διατριβή, μελετήθηκαν τα παραπάνω αναλυτικά μαθηματικά μοντέλα και επικυρώθηκαν συγκρίνοντας τα αποτελέσματα τους με αποτελέσματα προσομοίωσης από προσομοιωτή που κατασκευάσθηκε σε περιβάλλον Matlab. Στη συνέχεια αναπτύχθηκε ένα μαθηματικό μοντέλο για την λειτουργία κατανεμημένου συντονισμού(DCF) του προτύπου 802.11, θεωρώντας ότι συνυπάρχουν ασύρματοι σταθμοί που μεταδίδουν μόνο πακέτα φωνής και ασύρματοι σταθμοί που μεταδίδουν μόνο πακέτα δεδομένων (υβριδικό μοντέλο). Οι δύο τύποι σταθμών χρησιμοποιούν την βασική πρόσβαση μέσου. Το μαθηματικό μας μοντέλο υπολογίζει την διεκπεραιωτική ικανότητα κορεσμού, την μέση καθυστέρηση πακέτου και την χωρητικότητα φωνής (ο μέγιστος αριθμός συνεδριών φωνής που μπορούν να εξυπηρετηθούν ταυτοχρόνως από το δίκτυο, λαμβάνοντας υπ’ όψιν συγκεκριμένους περιορισμούς ποιότητας), ενός ασύρματου IEEE 802.11 υβριδικού δικτύου. Η μεθοδολογία υπολογισμού της χωρητικότητας φωνής, βασίζεται στον υπολογισμό της διεκπεραιωτικής ικανότητας κορεσμού ενός σταθμού του δικτύου. Το προτεινόμενο αναλυτικό μοντέλο επικυρώθηκε συγκρίνοντας τα αποτελέσματα του με τα αποτελέσματα προσομοιωτή. Τα συμπεράσματα της μεταπτυχιακής αυτής διατριβής είναι ότι η βασική πρόσβαση μέσου (για τους σταθμούς δεδομένων) χρησιμοποιεί αποδοτικότερα το μέσο και ότι για κάθε ένα σταθμό δεδομένων που εισέρχεται στο ασύρματο δίκτυο, χάνεται μια συνεδρία φωνής.