Размещено на http://www.allbest.ru/

БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

Анализ производительности беспроводных одноранговых сетей с ячеистой топологией

Автореферат диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

по специальности 05.13.01 - «Системный анализ, управление и обработка информации»

АДУЦКЕВИЧ Иван Анатольевич

Минск 2012



Работа выполнена в Белорусском государственном университете.

Научный руководитель - Садов Василий Сергеевич, кандидат технических наук, доцент, доцент кафедры интеллектуальных систем факультета радиофизики и компьютерных технологий Белорусского государственного университета.

Официальные оппоненты: Демиденко Олег Михайлович, доктор технических наук, профессор, проректор по научной работе УО «Гомельский государственный университет имени Франциска Скорины»;

Родченко Вадим Григорьевич, кандидат технических наук, доцент, заведующий кафедрой программного обеспечения интеллектуальных и компьютерных систем УО «Гродненский государственный университет имени Янки Купалы».

Оппонирующая организация - Государственное учреждение "Научно-исследовательский институт Вооруженных Сил Республики Беларусь".

Защита состоится 14 декабря 2012 г. в 12.00 часов на заседании совета по защите диссертаций Д 02.01.14 при Белорусском государственном университете по адресу: 220030, г. Минск, ул. Ленинградская, 8 (корпус юридического факультета), ауд. 407; телефон ученого секретаря 209-57-09.

С диссертацией можно ознакомиться в Фундаментальной библиотеке Белорусского государственного университета.

Автореферат разослан «__» ноября 2012 г.

Ученый секретарь

совета по защите диссертаций

доктор физико-математических наук В. А. Саечников



Введение

Мобильные беспроводные одноранговые сети представляют собой автономную систему, которая состоит из мобильных узлов, связанных друг с другом без статической инфраструктуры (например, базовых станций). Они используются в ситуации, когда необходимо организовать сеть между вычислительными устройствами в условиях отсутствия либо нежелательности использования инфраструктуры, обеспечивающей сетевое взаимодействие. Эти сети получают все большее распространение в последние годы и в военных сценариях, благодаря своим очевидным преимуществам в условиях ограниченных ресурсов, таких как разведка и боевые операции. Данные сети характеризуются ячеистой топологией и многоскачковой передачей данных.

Несмотря на видимые преимущества и потенциальные возможности беспроводных одноранговых сетей, они еще далеки от использования в повседневной жизни. На сегодняшний день разработано большое количество различных реализаций беспроводных одноранговых сетей, однако все они оптимизированы для решения отдельных прикладных задач и для оценки производительности той или иной сети необходимо разрабатывать методики, позволяющие оценить функционирование сети в целом.



Общая характеристика работы

Связь работы с крупными научными программами и темами

Тема диссертационной работы утверждена на заседании Учёного Совета факультета радиофизики и компьютерных технологий Белорусского государственного университета 19 июня 2012 г. (протокол № 12).

Работа посвящена анализу производительности беспроводных одноранговых сетей с мобильными узлами, что соответствует техническим наукам и специальности 05.13.01 - системный анализ, управление и обработка информации.

Диссертационная работа проводилась в рамках:

- ГКПНИ «Научные основы информационных технологий и систем» на 2006 - 2010 годы (ИНФОТЕХ-14). Задание - «Разработка устойчивых к внешним атакам алгоритмов повышения пропускной способности стеганографических каналов передачи данных», № гос. рег. 20061227;

- ГПНИ «Информатика и космос», подпрограмма «Информатика», задание - «Разработка методов и алгоритмов обработки хранения и скрытной передачи данных с использованием хаотических процессов» на 2011-2013 годы, № гос. рег. 20115016.

Цели и задачи исследования

Целью диссертационных исследований является разработка обобщенного подхода к моделированию мобильных беспроводных одноранговых сетей с ячеистой топологией и оценки их производительности.

Задачи исследования:

1. Сравнение базовых характеристик различных моделей беспроводных одноранговых сетей.

2. Оценка влияния способов организации доступа к общей среде передачи данных на пропускную способность беспроводных одноранговых сетей с ячеистой топологией.

3. Разработка имитационной модели функционирования узла беспроводной одноранговой сети с ячеистой топологией для передачи потоков неоднородных сообщений.

4. Разработка методики оценки производительности беспроводных одноранговых сетей, инвариантной по отношению к выбранной модели сети.

На момент формулирования цели и постановки задач диссертационной работы большой практический интерес с точки зрения развития беспроводных сетевых технологий представляли новые методики анализа мобильных беспроводных одноранговых сетей с ячеистой топологией, которые могли бы дать оценку производительности сети в целом. Таким образом, объектом исследований являются беспроводные одноранговые сети с ячеистой топологией; предметом исследований - параметры производительности беспроводных одноранговых сетей.

Положения, выносимые на защиту

1. По результатам сравнения различных моделей беспроводных одноранговых сетей предложено выражать параметры производительности сети через среднее значение количества связей узла (среднюю степень узла), что позволило использовать более простые случайные графы вместо сложного в реализации случайного логнормального геометрического графа, снизив в 3-5 раз вычислительную нагрузку при анализе сетей с большим количеством узлов.

2. Установлено, что доля активных узлов для различных классов МАС-протоколов и пропускная способность сети для собственного трафика узла в реальных беспроводных одноранговых сетях с равномерно распределенными по всей зоне обслуживания сети узлами ограничены сверху и снизу соответственно значениями этих параметров, полученными для моделей случайного графа Эрдеша-Реньи и случайного геометрического графа с затуханием.

3. Алгоритм имитационного моделирования узла сети комбинацией систем массового обслуживания (СМО) требований случайного объема при использовании общей памяти. Алгоритм позволяет анализировать мультисервисные сети, характерными особенностями которых являются отдельные очереди, дисциплины обслуживания и обслуживающие устройства для различных типов трафика. Общая память для комбинаций СМО обеспечивает динамическое перераспределение ресурсов узла между обслуживающими устройствами, при этом вероятность потери требования на каждой СМО уменьшается для всех выбранных конфигураций по сравнению с изолированной работой СМО с теми же параметрами.

4. Методика оценки производительности беспроводных одноранговых сетей с ячеистой топологией, включающая определение диапазона допустимых значений пропускной способности сети для собственного трафика узла по заданным характеристикам его приемопередающего устройства и условиям функционирования сети, и оценку вероятности потерь и задержки передачи данных с помощью имитационного моделирования.

Личный вклад соискателя

Соискателем выполнены все изложенные в диссертации исследования. Постановка задач и обсуждение результатов проводились совместно с научным руководителем и сотрудниками кафедры интеллектуальных систем Белорусского государственного университета. Соавторы опубликованных работ принимали участие в проведении отдельных экспериментов и обсуждении промежуточных и конечных результатов. Обработка, интерпретация данных, а также выводы сделаны автором самостоятельно.

Апробация результатов диссертации

Основные результаты диссертационной работы докладывались на следующих научных конференциях:

- X международной летней школе-семинаре аспирантов, магистров и студентов (Браслав, 2006);

- I международной научно-практической конференции «Технические науки - основа современной инновационной системы» (Йошкар-Ола, 2012);

- VII международной научно-практической конференции «Математическое и имитационное моделирование систем. МОДС «2012» (Чернигов-Жукин, 2012);

- XVII Международной научно-технической конференции «Современные средства связи» (Минск, 2012).

Результаты исследований внедрены в учебный процесс на факультете радиофизики и компьютерных технологий Белорусского государственного университета, а так же используются в проектах компании ООО «Леверекс Интернешнл», являющейся резидентом Парка высоких технологий Республики Беларусь, что подтверждено соответствующими актами.

Опубликованность результатов диссертации

Основные результаты диссертации опубликованы в 8 научных работах, в том числе в 5 статьях в научных журналах в соответствии с п.18 Положения о присуждении ученых степеней и присвоении ученых званий в Республике Беларусь (общим объёмом 2,2 авторского листа), а также в 3 статьях в сборниках материалов научных конференций.

Структура и объём диссертации

Диссертация состоит из оглавления, введения, общей характеристики работы, 4 глав, заключения, библиографического списка, 3 приложений. Полный объём диссертации составляет 130 страниц, включая 73 рисунка на 30 страницах и 3 приложения на 31 странице. Библиографический список включает 52 наименование (включая собственные публикации соискателя).

одноранговый сеть беспроводный ячеистый

Основное содержание

В первой главе проведено сравнение существующих моделей мобильных беспроводных одноранговых сетей с ячеистой топологией и определены основные параметры производительности, которые были исследованы в диссертации. Моделирование беспроводной одноранговой сети проводилось в виде графа, где множество вершин графа состоит из узлов сети, а множество ребер - каналы передачи данных (соединения).

Беспроводные одноранговые сети исследовались в предположении, что канал передачи данных между узлами одинаков в обоих направлениях, а шумовые характеристики среды незначительны. Если сигнал, переданный одним узлом сети, принят другим узлом и уровень сигнала на приемнике превышает минимально необходимый порог мощности, полагается, что связь между узлами установлена.

Наибольшее распространение получили следующие модели: случайный граф Эрдеша-Реньи, граф двумерной целочисленной решетки, масштабно-инвариантный граф, случайный геометрический граф.

Узлы в беспроводных одноранговых сетях передают данные, создаваемые в процессе работы устройств, подключенных к узлу (например, микрофон, различные датчики, видеокамера и т.д.), а также данные принятые от соседних узлов для ретрансляции. Исходя из этого общее количество информации, передаваемое узлом, зависит от среднего расстояние между узлами, другими словами от среднего количества ретрансляций сообщения (скачков) между исходным узлом и узлом назначения.

Процесс функционирования устройств, подключенных к узлу, принято моделировать с использованием простейшего потока событий. Полагая, что все узлы сети идентичны (к ним подключены одни и те же устройства, генерирующие трафик), средние значения генерируемого собственного трафика для каждого узла за фиксированный промежуток времени считают одинаковыми. Для простейшего потока событий интенсивность потока л - это среднее число событий, происходящих в единицу времени. Если - среднее расстояние между узлами в сети, то в среднем между любыми двумя узлами находится узлов ретрансляторов. В сети с равномерно распределенными по всей зоне обслуживания узлами справедливо предположение, что любой узел в сети может быть ретранслятором трафика для любого другого узла в сети с вероятностью , а ожидаемый поток событий будет равен . Принимая во внимание свойство суммы простейших потоков, интенсивность потока ретранслируемого трафика составляет. Очевидно, что суммарный трафик передаваемый узлом состоит из суммы собственного и ретранслируемого:

.

Учитывая свойство простейшего потока, можно перегруппировать суммарный поток требований по типу трафика. Таким образом, очевидным способом перераспределения пропускной способности сети является управление раздельными очередями пакетов.

Анализ публикаций, относящихся к моделям геометрических и абстрактных беспроводных одноранговых сетей, позволил сделать следующие выводы.

- Для моделирования топологии сети используются различные случайные графы. Наиболее точной моделью беспроводных одноранговых сетей является модель случайного логнормального геометрического графа. Однако использование данной модели не всегда оправдано ввиду сложности реализации, а результаты, полученные с помощью абстрактных моделей, не всегда можно сравнить с геометрическими. Поэтому существует необходимость выработки принципов расчета характеристик сети, инвариантного к выбранной модели.

- Разработанные специализированные протоколы организации совместного доступа к общей среде передачи данных в беспроводных сетях оптимизированы для решения конкретных прикладных задач, поэтому для оценки их влияния на пропускную способность сети в каждом случае требуется создание специализированных моделей протоколов либо разработки обобщенного подхода к их оценке.

- Беспроводные одноранговые сети с ячеистой топологией - это динамические, децентрализованные, самоорганизующиеся сети, трафик в таких сетях носит сложную природу, поэтому при оценке пропускной способности сети его часто представляют простейшим потоком событий. Однако данный подход не учитывает влияния приоритетности событий, различных способов организации очередей и дисциплин обслуживания. Используя же свойство суммы простейших потоков событий, различные типы трафика можно перегруппировать по типам, и в качестве обслуживающих устройств - использовать различные комбинации систем массового обслуживания.

Таким образом, обоснована необходимость в разработке обобщенной методики оценки функционирования мобильных беспроводных одноранговых сетей, алгоритмических и программных средств исследования производительности беспроводных сетей в проектируемых информационных системах.

Во второй главе изложены результаты исследования доли одновременно передающих узлов для различных МАС-протоколов, которые отвечают за организацию совместного доступа к общему канала передачи данных в беспроводных сетях.

МАС-протоколы можно отнести к трем классам в зависимости от способа решения проблем, связанных со скрытым узлом и узлом, заблокированным на время передачи данных.

MAC-протоколы первого класса запрещают передачу внутри зоны покрытия передающего узла. Данный класс протоколов не решает проблем скрытого и заблокированного узлов. Типичным протоколом первого класса является CSMA/CA без резервирования канала.

Ко второму классу относятся протоколы, которые запрещают одновременную передачу внутри зоны покрытия как передающего, так и принимающего узла. Для данного класса протоколов проблема скрытого узла успешно решена, что нельзя сказать о заблокированном узле. Примерами данного класса протоколов являются: MARCH, S-MAC, EMAC, CSMA/CA с резервированием канала.

Третий класс объединяет протоколы, для которых запрещены одновременная передача данных внутри зоны покрытия приемника и прием сообщений внутри зоны покрытия передатчика. Протоколы данного класса решают проблемы и скрытого, и заблокированного узлов, однако для их реализации требуется обмен дополнительными сообщениями.

Модели сети, представленные в главе 1, можно разделить на два класса, те в которых наличие ребер между вершинами зависит от координат вершин, и те в которых такой зависимости нет. В пространственно-независимых или абстрактных моделях сети использование параметра плотности узлов с бессмысленно. Однако в реальных беспроводных сетях плотность узлов влияет на среднее количество связей узла . Плотность одновременно передающих узлов для данных моделей сети, очевидно, тоже не имеет значения. Поэтому был введен параметр где - ожидаемое число одновременно передающих узлов для соответствующего класса МАС-протокола, - количество узлов в сети.

Для того чтобы результаты исследования были сравнимы между собой для пространственно-зависимых (геометрических) моделей сети, нормируем единицу длины. В качестве единицы длины используется расстояние R, определяющее зону покрытия узла в модели случайного геометрического графа с затуханием.

Процесс построения сети для оценки доли одновременно передающих узлов осуществляется путем последовательной разметки узлов. Узел, принимающий сообщение, помещается в центре области обслуживания беспроводной одноранговой сети, имеющей произвольный размер и форму. Остальные узлы сети размещаются по всей области обслуживания сети с заданной плотностью. В зависимости от выбранной модели беспроводной одноранговой сети определяются все возможные связи в сети, и составляется матрица смежности. Далее в зоне покрытия принимающего узла случайным образом выбирается передающий узел, образующий c принимающим пару узлов. Исходя из ограничений, обусловленных классом МАС протокола, помечаются соответствующие узлы из зоны покрытия пары, как узлы, запрещенные к приему и/или передаче сообщений, при этом полагается, что любой из выбранных передающих узлов имеет сообщения для передачи, т.е. загрузка сети равна 100%. Далее среди оставшихся узлов, разрешенных к приему сообщений, случайным образом выбирается новый узел, принимающий сообщение. Данная процедура повторяется до тех пор, пока не останется ни одной из возможных комбинаций пар. Найденное с помощью данной процедуры для каждого класса МАС-протоколов количество узлов, передающих сообщения, отнесенное к общему количеству узлов, определяет долю одновременно передающих узлов н.

По результатам моделирования установлено, что доля активных узлов зависит от степени неоднородности среды при использовании модели случайного логнормального геометрического графа. Однако значения этой характеристики при условии равномерного распределения узлов по все зоне покрытия сети лежат в пределах, ограниченных значениями доли активных узлов для модели случайного графа Эрдеша-Реньи сверху и модели случайного геометрического графа с затуханием снизу для всех классов МАС-протокола.

Проведенное моделирование доли активных узлов с помощью моделей масштабно-инвариантного графа и графа двумерной целочисленной квадратной решетки показало, что взаимное расположение узлов существенно влияет на пропускную способность сети.

В третьей главе диссертации обсуждается качественная оценка пропускной способности сети при обработке собственного трафика узла беспроводной одноранговой сети.

Ранее было отмечено, что среднее растояние между узлами в сети зависит от геометрических размеров сети и количества узлов. Очевидно, что длина пути сообщения в сети зависит от плотности узлов. В исследованиях проведенных в данной работе такая характеристика беспроводной сети как плотность узлов использовалась косвенным образом. А именно, вместо плотности узлов была использована средняя степень узла . Это было сделано для того, чтобы результаты полученные для абстрактных моделей можно было сопоставить с результатами для геометрических моделей. Оценена зависимость средней степени узла от плотности узлов для геометрических моделей и установлено, что средняя степень узла предсказуемо возрастает более быстро в сетях, функционирующих в среде с высокой степенью неоднородности.

В основу расчета пропускной способности сети положена зависимость среднего растояния между узлами в сети от средней степени узла. Среднее расстояние между узлами определялось с использованием алгоритма Дейктстры. Оценка модели случайного логнормального геометрического графа была ограничена значенями, характерными для модели Эрдеша-Реньи и случайного геометрического графа с затуханием.

С учетом пропускной способности канала передачи , среднего расстояния между узламии доли одновременно передающих узлов , оценивалась максимальная пропускная способность канала для одного узла сети по следующей формуле:

Если предположить, что пропускная способность канала передачи данных равна 1, то пропускная способность собственного трафика в этом случае определяется из соотношения доли одновременно передающих узлов и среднего расстояния между узлами в сети. Характер этой зависимости для равномерно распределенных по всей зоне обслуживания узлов представлен на рисунке 1.



Рисунок 1 Зависимость максимальной пропускной способности сети для собственного трафика от средней степени узла, N = 100

В четвертой главе разработаны алгоритмы имитационного моделирования систем массового обслуживания (СМО) требований случайного объема и комбинаций СМО с общей памятью, позволяющие использовать отдельные очереди, дисциплины обслуживания и обслуживающие устройства для различных типов трафика, а именно: СМО с приоритетным обслуживанием (абсолютным и относительным); со справедливым разделением процессора (Egalitarian Process Sharing - EPS; c произвольным ранним обнаружением (Random Early Detection - RED).

В первом разделе главы приведены все СМО, используемые в диссертационном исследовании. За основу была взята классическая СМО , на вход которой поступает простейший поток требований, где каждое требование характеризуется случайным объемом, не зависящим от времени поступления требований в систему, а распределение времени обслуживания требования не зависит от объема требования. Данная СМО хорошо изучена в теории массового обслуживания, поэтому она использовалась для оценки адекватности построенной имитационной модели.

Второй раздел главы посвящен построению алгоритма имитационного моделирования, базирующегося на особых состояниях системы. Особым для системы состоянием является приход нового требования либо завершение обслуживания требования. К приходу нового требования состояние системы пересчитывается, начиная с момента прихода предыдущего требования до момента прихода нового требования. Одновременно с этим фиксируется изменение состояния системы во времени.

В момент завершения или прихода нового требования собираются статистические данные для расчета вероятности потерь, времени нахождения требования в системе, отклонение от среднего времени ожидания в системе. Эти характеристики рассчитывались по формулам:

где - вероятность потери требования,- количество поступивших требований, - количество потерянных требований, - математическое ожидание времени нахождения требования в системе, - время пребывания i-го требования в системе, - дисперсия времени нахождения требования в системе.

Поскольку моделируемые системы эргодические, то нет необходимости делать большое число прогонов системы, достаточно одной длинной реализации (в процессе моделирования система обрабатывает порядка 10⁷-10⁸ требований).

На рисунке 2 представлена общая структурная схема алгоритма моделирования СМО. Для конкретных СМО адаптированы отдельные компоненты.

На основе разработанных алгоритмов с использованием языка программирования Java была построена имитационная модель описанных выше систем массового обслуживания и их комбинаций.

Моделирование беспроводной одноранговой сети с помощью СМО, с учетом выражения (1) и свойства суммы простейших потоков событий, позволило установить, что при неизменных характеристиках потоков собственного трафика, суммарный поток событий, состоящий из собственного и ретранслируемого трафика, будет пропорционален среднему расстояниюмежду узлами в сети. Поэтому интенсивности всех входных потоков умножались на мультиплексирующий параметр. В построенной модели параметр изменяется в интервале [4,5:5,3] c шагом 0,05. Следует отметить, что наиболее значимым режимом работы СМО, с точки зрения исследования, является режим загрузки, близкий к 1. Поэтому интенсивность входных потоков и скорость обработки требований узлом подбирались таким образом, чтобы при коэффициенте загрузка системы равнялась единице, что соответствует средней скорость обработки сообщений СМО равной средней интенсивности входного потока.



Рисунок 2 Общая структурная схема алгоритма моделирования СМО

Далее в главе приведены результаты исследований разработанных имитационных моделей комбинаций всех описанных в работе СМО: функциональные зависимости вероятности потери требования, среднего и среднеквадратического отклонения времени нахождения требования в системе от загрузки системы и соотношения интенсивностей входных потоков требований в комбинации СМО. На основе полученных результатов был сделан вывод, что вероятности потери сообщения в комбинации СМО с общей памятью ниже, чем в изолированных СМО с теми же параметрами.

В последнем разделе четвертой главы предложена методика оценки параметров беспроводных одноранговых сетей с ячеистой топологией состоящая в том, что по заданным характеристикам приемопередающего устройства узла и условиям функционирования сети определяется количество узлов, зона покрытия сети, пропускная способность канала передачи данных, максимальное расстояние между узлами, на котором можно установить связь. С использованием этих данных рассчитываются средние значения степени узла и расстояния между узлами для моделей случайного граф Эрдеша-Реньи и случайного геометрического графа с затуханием и далее с учетом влияния класса МАС протокола моделируется область допустимых значений пропускной способности сети для собственного трафика, принимается решение о соответствии рассчитанных параметров сети заданным, и с помощью имитационного моделирования комбинаций СМО оцениваются вероятности потерь и задержки передачи данных.



Заключение

Основные научные результаты диссертации

1. Предложено проводить оценку характеристик сети через среднюю степень ее узлов. Данный подход позволяет использовать более простые случайные графы вместо сложного в реализации случайного логнормального геометрического графа и, соответственно снизить вычислительную нагрузку при оценке производительности проектируемых беспроводных одноранговых сетей. Это особенно актуально при проектировании сетей с большим количеством узлов [3, 5, 8].

2. Установлено, что влияние класса МАС-протокола на долю активных узлов ограничено значениями доли активных узлов для модели случайного графа Эрдеша-Реньи сверху и модели случайного геометрического графа с затуханием снизу. Данное утверждение справедливо только в случае равномерно распределенных по всей зоне обслуживания сети узлов, что было подтверждено результатами моделирования регулярной и иерархических топологий сетей [3,6].

3. Оценена зависимость средней степени узла от плотности узлов в сети для модели случайного логнормального геометрического графа [5,6].

4. Разработан алгоритм имитационного моделирования комбинаций систем массового обслуживания с общей памятью при обработке разнородного трафика, который позволяет анализировать мультисервисные сети, характеризуемые наличием отдельных очередей, с учетом дисциплин обслуживания и обслуживающих устройства различных типов трафика. Использование общей памяти динамически перераспределяет ресурсы узла между обслуживающими устройствами [2, 4, 5].

5. Проведен анализ результатов моделирования комбинаций СМО, который показал, что характеристики узла сети в этом случае улучшаются по сравнению с характеристиками, полученными при моделировании изолированных СМО при аналогичных параметрах [4, 5].

6. Создана методика оценки производительности беспроводных одноранговых сетей с ячеистой топологией [5,7,8].

Рекомендации по практическому использованию результатов

1. В рамках выполнения темы «Разработка устойчивых к внешним атакам алгоритмов повышения пропускной способности стеганографических каналов передачи данных», выполненной по заданию ГКПНИ «Инфотех» на 2006-2010 годы, № гос. рег. 20061227, и задания «Разработка методов и алгоритмов обработки хранения и скрытной передачи данных с использованием хаотических процессов» ГПНИ «Информатика и космос», подпрограммы «Информатика» на 2011-2013 годы, № гос. рег. 20115016 разработан программный комплекс оценки производительности беспроводных одноранговых сетей с ячеистой топологией. Данный программный продукт позволяет построить топологии сетей из заданного набора графов, включающего случайный граф Эрдеша-Реньи, граф двумерной целочисленной решетки, масштабно-инвариантный граф, случайный геометрический граф (модель с затуханием и нормально-логарифмическая модель), а также реализовать имитационные модели систем массового обслуживания , имеющие существенные различия по способу обработки требований, а именно: классическую СМО; СМО с приоритетным обслуживанием (абсолютным и относительным); со справедливым разделением процессора (Egalitarian Process Sharing - EPS); c произвольным ранним обнаружением (Random Early Detection - RED) и их комбинаций с формированием отчетов о полученных результатах.

2. Разработанный программный комплекс оценки производительности беспроводных одноранговых сетей с ячеистой топологией внедрен в учебный процесс на факультете радиофизики и компьютерных технологий Белорусского государственного университета, а так же используется в проектах компании ООО «Леверекс Интернешнл», являющейся резидентом Парка высоких технологий Республики Беларусь.

3. Дальнейшие исследования, нацеленные на усовершенствование алгоритма имитационной модели комбинаций СМО с общей памятью, целесообразно проводить в направлении увеличения количества моделей используемых в комбинации, что позволит расширить возможности для оптимизации проектируемых систем.



Список публикаций соискателя по теме диссертации

Статьи в журналах и сборниках

1. Адуцкевич, И.А. Анализ протоколов динамической маршрутизации в беспроводных ячеистых сетях / И.А. Адуцкевич, В.С. Садов // Инженер. вестн. 2006. № 1/2. С. 117-124.

2. Адуцкевич, И.А. Система с ограниченной памятью и абсолютным приоритетом / И.А. Адуцкевич, О.М. Тихоненко // Электроника-инфо. 2009. № 4. С. 50-54.

3. Адуцкевич, И.А. Влияние МАС протокола на пропускную способность беспроводной одноранговой сети с ячеистой топологией / И.А. Адуцкевич // Электроника-инфо. 2012. № 3. С. 66-69.

4. Адуцкевич, И.А. Моделирование характеристик беспроводных информационных одноранговых сетей как комбинаций система массового обслуживания с общей памятью / И.А. Адуцкевич, В.С. Садов // Вестн. Полоц. гос. ун-та. Сер. С, Фундаментальные науки. 2012. № 4. С. 21-26.

5. Адуцкевич, И.А. Анализ производительности беспроводных одноранговых сетей с ячеистой топологией / И.А. Адуцкевич // Наука и воен. безопасность. 2012. № 3. С. 47-51.

Статьи в сборниках международных научных конференций

6. Адуцкевич, И.А. Доля активных узлов в различных моделях беспроводных одноранговых сетей / И.А. Адуцкевич // Технические науки - основа современной инновационной системы: материалы I междунар. науч.-практ. конф., Йошкар-Ола, 25 апр. 2012 г.: в 2 ч. / Приволж. науч.-исслед. центр ; отв. за вып. А.В. Бурков. Йошкар-Ола, 2012. Ч. 2. С. 139-140.

7. Адуцкевич, И.А. Методика оценки функционирования беспроводных одноранговых сетей с ячеистой топологией / И.А. Адуцкевич // Математическое и имитационное моделирование систем. МОДС - 2012: тез. докл. VII междунар. науч.-практ. конф., Чернигов - Жукин, 25-28 июня 2012 г. / Нац. акад. наук Украины [и др.] ; редкол.: В.В. Казимир [и др.]. Чернигов?, 2012. С. 226-230.

8. Адуцкевич, И.А. Способ оценки пропускной способности мобильных беспроводных одноранговых сетей инвариантный по отношению к выбранной модели сети / И.А. Адуцкевич // Современные средства связи: сб. материалов XVII междунар. науч.-техн. конф., Минск, 16-18 окт. 2012 г. / Высш. гос. колледж связи [и др.] ; редкол.: А.О. Зеневич [и др.]. Минск, 2012. С. 60-61.



Рэзюмэ

Адуцкевіч Іван Анатольевіч

АНАЛІЗ ПРАДУКЦЫЙНАСЦІ БЕСПРАВАДНЫХ АДНАРАНГАВЫХ СЕТАК З ЯЧЭІСТАЙ ТАПАЛОГІЯЙ

Ключавыя словы: бесправадная сетка, аднарангавая сетка, ячэістая тапалогія, сістэма масавага абслугоўвання, імітацыйнае мадэляванне, прапускная здольнасць, выпадковы граф.

Мэта працы: распрацоўка абагульненага падыходу да мадэлявання мабільных бесправадных аднарангавых сетак з ячэістай тапалогіяй і ацэнкі іх прадукцыйнасці

Метады даследавання: У дысертацыйнай працы выкарыстаны тэорыя масавага абслугоўвання, тэорыя графаў, метады імітацыйнага мадэлявання, а таксама сучасныя методыкі і сродкі распрацоўкі праграмнага забеспячэння.

Атрыманы новыя вынікі: 1) падыход да ацэнкі прадукцыйнасці бесправадных аднарангавых сетак з ячэістай тапалогіяй, які дазваляе, для выпадку раўнамерна размеркаваных па ўсёй зоне абслугоўвання сеткі вузлоў, вызначыць дыяпазон дапушчальных значэнняў прапускной здольнасці сеткі для ўласнага трафіку вузла ў розных умовах функцыянавання; 2) алгарытм імітацыйнага мадэлявання камбінацый сістэм масавага абслугоўвання патрабаванняў выпадковага аб'ёму для апрацоўкі мультысэрвіснага трафіку з агульнай дынамічнай памяццю.

Вынікі ўкаранёны на ТАА «Леверекс Інтэрнэшнл», у навучальным працэсе кафедры інтэлектуальных сістэм БДУ і могуць прымяняцца пры ацэнцы мэтазгоднасці выкарыстання бесправадных аднарангавыя сетак з ячэістай тапалогіяй пры зададзеных характарыстыках вузлоў і ўмовах функцыянавання сеткі.



Резюме

Адуцкевич Иван Анатольевич

АНАЛИЗ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ БЕСПРОВОДНЫХ ОДНОРАНГОВЫХ СЕТЕЙ С ЯЧЕИСТОЙ ТОПОЛОГИЕЙ

Ключевые слова: беспроводная сеть, одноранговая сеть, ячеистая топология, система массового обслуживания, имитационное моделирование, пропускная способность, случайный граф.

Цель работы: разработка обобщенного подхода к моделированию мобильных беспроводных одноранговых сетей с ячеистой топологией и оценки их производительности.

Методы исследования: В диссертационной работе использованы теория массового обслуживания, теория графов, методы имитационного моделирования, а также современные методы и средства разработки программного обеспечения.

Получены новые результаты: 1) выражение параметров производительности сети через среднее значение количества связей узла, позволяющее, для случая равномерно распределенных по всей зоне обслуживания сети узлов, определить диапазон допустимых значений пропускной способности сети для собственного трафика узла в различных условиях функционирования; 2) алгоритм имитационного моделирования комбинаций систем массового обслуживания требований случайного объема для обработки мультисервисного трафика с общей динамической памятью.

Результаты внедрены на ООО «Леверекс Интернешнл», в учебный процесс кафедры интеллектуальных систем БГУ и могут применяться при оценке целесообразности использования беспроводных одноранговых сетей с ячеистой топологией при заданных характеристиках приемопередающих устройств и условиях функционирования сети.



Summary

Adutskevich Ivan

PERFORMANCE ANALYSIS OF WIRELESS AD-HOC MESH NETWORKS

Keywords: wireless, ad-hoc, mesh, queuing system, simulation, network capacity, random graph.

The aim of the research is to develop a generalized approach to the modeling of mobile wireless ad hoc networks and to evaluate their performance.

Methods: This thesis used queuing theory, graph theory, simulation methods and modern software development tools.

New results: 1) approach to the evaluation of the performance of wireless ad hoc networks, for the case of uniformly distributed nodes over the network range. With this approach you can determine the acceptable range of network capacity for node's own traffic in various operating conditions, and 2) algorithm of the simulation of combinations of queuing systems which is used for the processing of multiservice traffic with the common dynamic memory.

Results have been applied at "LeverX International", in the educational process of Intelligent Systems Department of the Belarusian State University and can be used in assessing whether the utilization of the wireless ad-hoc network with the defined transceivers and network conditions makes sense.

Размещено на Allbest.ru