| Модели и методы расчета локальных эфирных сетей множественного доступа
Диссертация
Автор: Демченков, Сергей Валерьевич
Название: Модели и методы расчета локальных эфирных сетей множественного доступа
Справка: Демченков, Сергей Валерьевич. Модели и методы расчета локальных эфирных сетей множественного доступа : диссертация кандидата технических наук : 05.12.13 Санкт-Петербург, 2002 181 c. : 61 02-5/1637-7
Объем: 181 стр.
Информация: Санкт-Петербург, 2002
Содержание:
ВВЕДЕНИЕ;
1 МОДЕЛИ И МЕТОДЫ РАСЧЕТА ОДНОРОДНОЙ СЕТИ СИНХРОННОГО СЛУЧАЙНОГО МНОЖЕСТВЕННОГО ДОСТУПА
11 Объект и постановка задачи исследования
12 Обобщенная модель однородной сети синхронного случайного доступа (ССД)
13 ССД с ограниченной емкостью буфера в станциях
14 Модели ненадежных систем множественного доступа с ССД
15 Выбор вероятности доступа станций
ВЫВОДЫ
2 МОДЕЛИРОВАНИЕ НЕОДНОРОДНЫХ СЕТЕЙ С ССД
21 Модель неоднородного ССД
22 Регулируемый ССД
23 Неоднородный ССД по типу входящего потока
24 Метод эквивалентных замен по входящему потоку
25 Модель коммутатора с транзитным и внутренним обменом на основе неоднородной сети с ССД
ВЫВОДЫ
3 МОДЕЛИ И МЕТОДЫ РАСЧЕТА СЕТЕЙ СО СЛУЧАЙНЫМ СИНХРОННО -ВРЕМЕННЫМ ДОСТУПОМ (ССВД)
31 Случайный синхронно-временной доступ
32 Обобщенная модель сети с ССВД
33 Неоднородный ССВД по длине пакета (окна)
34 Регулируемый ССВД
35 Модель коммутатора на основе ССВД
ВЫВОДЫ
4 СРАВНЕНИЕ, ОПТИМИЗАЦИЯ, ВЫБОР СТРУКТУРЫ СЕТИ И ЭКСПЕРИМЕНТЫ
41 Сравнение методов эфирного множественного доступа
42 Задачи выбора структуры эфирной сети множественного доступа
43 Имитационные модели эфирных сетей множественного доступа
ВЫВОДЫ
Введение:
Актуальность проблемы. Развитие и повсеместное внедрение покальных вычислительных сетей во многих сферах человеческой деятельности гребует предоставления пользователям всё большего количества и качества ус-пуг по передаче дискретной информации. В настоящее время наблюдается бурное развитие технологий беспроводной связи. Беспроводные технологии стремительно завоевывают популярность, как одно из средств построения информационно-вычислительных сетей. Привлекательность локальных эфирных сетей (ЛЭС) объясняется несколькими причинами:
• предельно малые сроки развертывания и быстрая реконфигурация;
• возможность расширения сети, как по количеству станций, так и по охватываемой территории;
• простота обслуживания подвижных и периодически меняющих свое положение станций.
Несмотря на достаточно высокие цены на оборудование, интегральные преимущества по сравнению с проводными сетями могут оказаться весьма значительными. Эти преимущества особенно важны для ряда пользователей, которым принципиально время получения и .скорости обработки информации независимо от места расположения.
Использование локальных эфирных сетей при построении систем сбора и обработки информации, автоматизированных систем управления различных уровней, телеметрических комплексов и др. ведет к существенному росту информационных потоков между территориально распределенными источниками и получателями сообщений. В настоящее время наиболее известным протоколом множественного доступа в ЛЭС является протокол множественного доступа с контролем несущей и обнаружением конфликтов (МДКН-ОК) - стандарт IEEE 802.3.
Несмотря на контроль несущей, остаются два обстоятельства, приводящие к столкновениям. Первое из них связано с ненулевой задержкой распространения сигналов между соседними узлами, где задержка распространения сигнала из одного узла в соседние узлы составляет интервал уязвимости для передачи из данного узла по отношению к передачам из множества соседних узлов. Второе обстоятельство обусловлено наличием скрытых узлов. Здесь интервал уязвимости будет равен времени передачи всего пакета, если учитывать передачу пакетов скрытыми узлами. К тому же из-за наличия подвижных станций меняется till топология радиосети, связность между станциями, а также число станции в сети. Таким образом, использование контроля несущей и обнаружение конфликтов не дает должной эффективности. В связи с этим в ЛЭС возможно использование более простого в реализации протокола синхронного случайного доступа (ССД) и его модифиаций.
Использование этих протоколов позволяет проводить более эффективные сеансы связи между пользователями сети без дополнительных затрат и реконфигурации системы связи.
Необходимость исследований ЛЭС с ССД, содержащих беспроводные компоненты подтверждается также наличием международных стандартов и протоколов ALOHA, IEEE 802.2, 802.3, 802.11, WATM и др., предназначенных для создания информационных систем, в том числе и беспроводных, с передачей в них информации.
Объектом исследования диссертационной работы являются локальные эфирные сети, представляющие собой нижние уровни локальных информационно-вычислительных сетей и систем управления.
Предметом исследования являются математические модели и методы расчета однородных и неоднородных локальных эфирных сетей, использующих на подуровне доступа протоколы синхронного случайного (ССД), случайного синхронно-временного доступа (ССВД) и их модификаций.
Цель работы состоит в разработке моделей и методов расчета локальных эфирных сетей, с множественным типом доступа к каналу связи.
Состояние проблемы и задачи исследования.В настоящее время известен широкий класс моделей и методов расчета беспроводных сетей. Однако в существующих работах не рассматриваются модели ЛЭС с учетом роуминга и сеансовости работы станций, ограниченной емкости буфера и ненадежности. Отсутствуют модели неоднородных ЛЭС с регулируемым ССД, ССВД, неоднородных по типу входящего потока, модели коммутаторов на основе неоднородных сетей с ССД, ССВД. Вместе с тем существует ряд работ, посвященных проблемам построения эфирных сетей с множественным доступом. Среди них можно выделить работы и исследования Захарова Г.П., Чугрее-ва О.С., Хасанова Б.Р., Мархасина А.Б., Якубайтиса Э.А., Самойленко С.И., Яковлева С.А., Яновского Г.Г., Лохмотко В.В., Баширова Р.В., Сона А.В., Лу-панова М.Ю. и др. В этих работах рассмотрены вопросы протокольного обеспечения, принципы построения и моделирования однородных и неоднородных сетей.
Таким образом, на данный момент еще не определены вопросы выбора протоколов и определения структуры ЛЭС, не решены проблемы моделирования неоднородных ЛЭС с множественным доступом с учетом сеансовости, ро-уминга и ненадежности.
В соответствии с указанной целью в работе поставлены и решены следующие основные задачи.
1. Разработка обобщенных математических моделей и методов расчета локальных эфирных сетей с ССД и ССВД с учетом сеансовости работы станций, роуминга, конечной емкости буфера и ненадежности.
2. Исследование выбора вероятности доступа станций к каналу связи. Проверка метода выбора на имитационной модели.
3. Создание математических моделей ЛЭС с неоднородным ССД, ССВД; неоднородным ССД по типу входящего потока; неоднородным ССВД по длине пакета; регулируемым ССД, ССВД.
4. Развитие метода эквивалентных замен в подсетях с конечной емкостью буфера и произвольным входящим потоком.
5. Выявление отношений характеристик структуры исследуемых ЛЭС.
6. Решение задачи выбора оптимальных вариантов ЛЭС.
Научная новизна исследований данной диссертационной работы состоит в следующем.
1. Обобщена структура локальных эфирных сетей путем введения подсетей в вектор структуры ЛЭС.
2. Разработана обобщенная модель однородной локальной эфирной сети синхронного случайного доступа с учетом сеансовости, роуминга и ненадежности.
3. Разработана модель неоднородного ССД по типу входящего потока.
4. Предложен метод эквивалентных замен в подсети с произвольным входящим потоком, основанный на эквивалентной замене произвольного распределения обслуживания различными видами распределений.
5. Разработана модель ЛЭС с ССВД.
6. Разработана модель ЛЭС с неоднородным ССВД по длине пакета.
7. Разработана модель коммутатора с использованием ССД, ССВД и проведено сравнение ВВХ по применению алгоритмов РОС-ОЖ и РОС-НП в подсетях транзитного обмена.
8. Выявлены отношения ЛЭС с различной структурой. Практическая ценность полученных в работе результатов сводится к следующему.
1. Разработаны методы расчета ЛЭС с ССД, ССВД с различной структурой.
2. Предложен протокол регулируемого ССВД, адаптивный к интенсивности входной нагрузки.
3. Получены выражения для инженерного расчета и анализа характеристик ЛЭС, позволяющие по заданным требованиям выбирать их параметры.
4. Разработано программное обеспечение для расчета вероятностных и вероятностно-временных характеристик ЛЭС с различными протоколами доступа.
5. Выявлены путем сравнения вариантов области предпочтительного использования в ЛЭС случайных методов доступа по отношению к эквивалентным детерминированным.
Реализация. Основные теоретические и практические результаты диссертационной работы внедрены в промышленности и учебном процессе, о чём имеются соответствующие документы.
Апробация результатов работы. Основные положения диссертационной работы обсуждались на III международной научно-технической конференции «Новые информационные технологии и системы» ПГУ, г.Пенза, 1998г., на 50-й, 51-ой, 52-ой, 53-ей научно-технической конференции ГУТ, г.С-Петербург, 1997г. - 2000г., на второй Всероссийской научно-практической конференции по вопросам технических средств охраны и систем управления доступом, г.Пенза 1999г.
Публикации. Основные результаты диссертационной работы нашли отражение в 10 публикациях.
Объем работы. Реферируемая диссертационная работа состоит из введения, четырех разделов, заключения, списка литературы и приложений и содержит 122 страницы текста, 64 рисунка, 7 таблиц.
|