Підвищення ефективності радіомереж з пакетною комутацією методами та засобами управління доступом до радіоканалу

Інший процедурний метод розширення межі стійкості і підвищення пропускної здатності, який полягає в адаптивному управлінні коефіцієнтом жорсткості в залежності від інтенсивності трафіку та використанні випадкового зсуву передачі, реалізовано в новому р-жорсткому протоколі. Він базується на наступних процедурах:

1. Постійно відслідковувати процеси, що відбуваються в радіоканалі й фіксувати стан радіоканалу на початку кожного такту синхронізації в сполученні з його станом у попередньому такті.

2. При необхідності почати передачу, перевіряти стан радіоканалу по наявності сигналу несучої.

3. Якщо на початку чергового такту радіоканал вільний і цьому такту передував також вільний стан, то передати свій пакет даних.

4. Якщо на початку чергового такту радіоканал вільний і цьому такту передував занятий стан, то передати свій пакет даних у цьому такті з імовірністю р, а з імовірністю (1-р) відкласти передачу на час, рівний часу передачі пакета даних. Після закінчення цього часу передати свій пакет без обмежень ймовірності. У такий спосіб забезпечується зсув у часі кожної передачі з імовірністю (1-p) на величину 1+а, що приводить до зниження ймовірності конфлікту в другій і завершальній передачах циклу відновлення в порівнянні з базовим жорстким протоколом МДКН.

На основі отриманого рівняння середньої швидкості передачі показано, що зі зменшенням параметру р межа стійкості даного протоколу розширюється у два рази в порівнянні з базовим жорстким протоколом МДКН. При цьому середня швидкість передачі, наприклад, для трафіку G=1 зростає від значення 0,53 при p=1 (відповідає жорсткому протоколу МДКН) до 0,67 при p=0,01, тобто має місце ріст на 26,4%, а при G=2 відповідно від 0,37 до 0,79, тобто113% (рис.8).

Для дослідження впливу довжини пакетів на пропускну здатність та межу стійкості створено математичну модель протоколів ВМД для змінної довжини пакетів k. Отримано рівняння середньої швидкості передачі для вільного й синхронного варіантів протоколу ALOHA:

, S=kGexp(-kG) з яких визначена оптимальна за критерієм пропускної здатності довжина пакета k=1/2G й k=1/G відповідно.

Для гнучкого й жорсткого протоколів МДКН середня швидкість описується рівняннями: і з оптимальними значеннями довжини пакетів для першого з них, яке визначається чисельним аналізом рівняння, а для другого - таким же рівнянням, як і для протоколу синхронна ALOHA.

Отримані рівняння дають змогу для кожного значення трафіку обчислити оптимальну довжину пакета, яка забезпечує максимальну швидкість передачі й реалізувати на цій основі адаптивне керування швидкістю передачі, установлюючи поточне значення k при зміні G таким чином, щоб утримувати середню швидкість передачі на максимальному рівні тобто на рівні пропускної здатності.

Вперше розроблено методи адаптивного керування швидкістю передачі, пропускною здатністю та межею стійкості, засновані на різних стратегіях варіації довжини пакетів в залежності від поточної завантаженості радіоканалу. На основі цих методів створено нові протоколи, які мають визначати три стани радіоканалу:

- зайнятий, коли фіксується сигнал несучої;

- стан дозволу передачі (сигнал несучої відсутній протягом часу не більше ніж максимальний час поширення радіосигналу в мережі);

- вільний стан (сигнал несучої відсутній більше, ніж максимальний час поширення радіосигналу в мережі).

Протоколи відрізняються своїми стратегіями варіації довжини пакетів, згідно з якими абоненти передають пакети:

1. Збільшеної довжини L у вільному стані радіоканалу й стандартної у стані дозволу передачі;

2. Стандартної довжини у вільному стані радіоканалу й меншої довжини l в стані дозволу передачі;

3. Збільшеної довжини у вільному стані радіоканалу й меншої довжини в стані дозволу передачі.

Побудовано математичні моделі цих протоколів, отримано рівняння середньої швидкості передачі при гнучкому:

;

;

.

та жорсткому методах доступу:

Зроблено порівняльний аналіз ефективності стратегій. Доведено що для жорсткого методу доступу найбільш ефективною є третя стратегія адаптації довжини пакетів, що забезпечує підвищення пропускної здатності на 77% і збільшення межі стійкості в п'ять разів відносно базового жорсткого протоколу МДКН

Для гнучкого методу друга стратегія неефективна, а перша й третя - рівнозначні й поступаються за ефективністю стратегіям при жорсткому методі доступу.

У сьомому розділі вирішено задачу розробки методів та засобів абонентського доступу на основі ПР до мереж загального користування, що розширює межі застосування пакетних радіомереж.

Запропоновано новий метод передачі інтегрального трафіку пакетів даних і голосу в радіоканалі з конкурентним доступом, який на відміну від відомих забезпечує адаптивне дозавантаження радіоканалу трафіком даних в залежності від інтенсивності голосового трафіку. Метод базується на сполученні випадкового множинного доступу при встановленні телефонних з'єднань та передачі даних, децентралізованого безконфліктного доступу для активних телефонних з'єднань та управління трафіком даних. Безконфліктний доступ дозволяє гарантувати верхню межу затримки доставки пакетів, що є умовою передачі голосу із заданою якістю. Це забезпечується за рахунок того, що в кожному циклі для активних телефонних з'єднань фактично має місце децентралізоване кругове опитування, під час якого активні абоненти мають право передати безконфліктно один пакет даних, а тривалість циклу встановлюється не більше, ніж припустима межа затримки. Для абонентів, які генерують трафік даних, та при встановленні телефонних з'єднань, час доступу не є критичним і він здійснюється за процедурами гнучкого протоколу МДКН.

На основі цього методу розроблено протокол множинного доступу для інтегрального трафіку. Протоколом виконується три скоординовані між собою процедури для кожного виду трафіку: телефонного, даних та встановлення телефонних з'єднань.

Кожна з названих процедур функціонує в спеціально відведені їй часові інтервали роботи радіоканалу, які формується абонентами децентралізовано на основі відстеження усіх переданих по радіоканалу пакетів. Послідовність вказаних інтервалів створює цикл передачі, початок якого задається ретранслятором шляхом передачі короткого пакету початку циклу. Отримавши такий пакет, абоненти фіксують початок інтервалу передачі телефонного трафіку, для реалізації якого виділено N послідовних черговостей для передачі пакетів активними абонентами, де N - максимально можлива кількість телефонних з'єднань в мережі. При цьому черговість передачі встановлюється ретранслятором на основі отриманого пакета з'єднання й наявності вільних черговостей передачі. Для початку реалізації кожної черговості передачі виділяється один такт тривалістю а, рівною часу поширення радіосигналу між найбільш віддаленими абонентами мережі.

Кожен абонент на початку кожного такту перевіряє при необхідності право власної передачі шляхом співставлення номеру такту з номером власної черговості передачі і при його збігу починає передачу пакету, після завершення якої записує одиницю в лічильник кількості передач m в цьому інтервалі. Якщо абонент не має права на передачу, то після закінчення такту при відсутності сигналу несучої він фіксує початок наступного такту, а при наявності сигналу несучої, що означає передачу пакета іншим абонентом, очікує його завершення та записує одиницю в лічильник кількості передач m в цьому інтервалі.

Завершенням процедури N-го такту закінчується інтервал передачі телефонного трафіку і залежно від значення m починається інтервал передачі трафіку даних (якщо m < N ) або інтервал встановлення телефонних з'єднань (якщо m = N). В інтервалі передачі трафіку даних буде надано (N - m) вільних черговостей, реалізація яких контролюється так само, як й в попередньому інтервалі за винятком того, що в кожній черговості має право передачі будь-який абонент по гнучкому протоколу МДКН.

Після завершення (N-m)-ї черговості починається інтервал встановлення телефонних з'єднань, для якого виділено один такт. Якщо за цей час ретранслятор не зафіксує появи сигналу несучої, то він передає пакет початку нового циклу передачі з відсутністю інформації в його адресних полях. Якщо ж на ретранслятор надійде безконфліктно пакет резервування, то він при наявності вільних черговостей, передасть пакет початку циклу, в якому бу-де вказана черговість передачі для абонента, який надіслав пакет резервування та абонента, якого він викликає, а при відсутності вільних черговостей в пакеті буде вказано на відмову у з'єднанні із-за перевантаження мережі.

Створено математичну модель протоколу множинного доступу для інтегрального трафіку. Зокрема, отримано рівняння середньої швидкості передачі у вигляді суми швидкостей St для телефонного трафіку та Sk для трафіку даних з інтенсивністю G:

.

Доведено ефективність дозавантаження радіоканалу трафіком даних при зміні телефонного навантаження Q=m/N % (рис.10, де С = max{S}, Сt = max{St}, Сk = max{Sk}).

Запропоновано архітектуру ПР, як для доступу до телефонних мереж загального користування, так і для автономного функціонування в місцях з низькою щільністю населення. У мережі використано три типи протоколів: протокол доступу до радіоканалу, протокол контролю перевантаження мережі й прикладний протокол. Розроблено спрощену методику розрахунків основних параметрів такої мережі.

ВИСНОВКИ

У дисертації наведено теоретичне узагальнення і нове вирішення важливої наукової проблеми, що полягає в розвитку теоретичних основ підвищення ефективності ПР за рахунок використання нових методів та засобів управління доступом до радіоканалу.

Розроблені методи і засоби забезпечили, порівняно з відомими, підвищення ефективності ПР шляхом збільшення пропускної здатності та розширення межі стійкості, а також, на відміну від відомих, забезпечили адаптацію до перевантажень та зміни системних параметрів, надання пріоритетів заданим видам трафіку та мінімізацію затримки передачі при конкурентному доступі до радіоканалу.

Основні наукові та практичні результати, отримані при цьому, полягають у наступному:

1. Для стільникових ПР розроблено новий метод розв'язання конфліктів при конкурентному доступі абонентів до радіоканалу, заснований на селекції конфліктів базовою станцією та адаптивному управлінні ймовірністю повторного конфлікту в ізольованому часовому інтервалі, що на відміну від відомих методів запобігає переходу ПР за межі стабільності, та збільшує порівняно з відомими пропускну здатність мережі. Метод реалізовано в новому адаптивному протоколі з розв'язанням конфліктів, який при гнучкій стратегії доступу забезпечує усталену роботу мережі при флуктуаціях інтенсивності трафіку, які в десятки разів перевищують допустимі значення для відомих протоколів, а при жорсткій стратегії має збільшену на 50% пропускну здатність порівняно з відомими.

2. Запропоновано новий метод дозавантаження радіоканалу при конкурентному доступові абонентів в стільникових ПР, заснований на блочному резервуванні кількості пакетів для передачі в одному періоді, та адаптивній корекції з боку базової станції заявленої кількості в залежності від поточної інтенсивності трафіку, що на відміну від відомих методів збільшує межу стійкості та пропускну здатність мережі. Метод реалізовано в новому адаптивному протоколі з резервуванням, який у порівнянні з відомими на порядок збільшує межу стійкості мережі, та на 15% і 79% збільшує пропускну здатність мережі при гнучкій та жорсткій стратегіях доступу відповідно. На основі цього протоколу створено новий адаптивний інтегральний протокол, який об'єднує в собі переваги протоколів з розв'язанням конфліктів та з дозавантаженням радіоканалу.

3. Створено математичні моделі нових методів конкурентного доступу до радіоканалу в стільникових ПР, які дозволяють отримати кількісні значення середньої швидкості та затримки передачі протоколів та підтвердити таким чином їх перевагу перед відомими протоколами, а також розраховувати параметри, необхідні для практичної реалізації оптимальної стратегії адаптивного управління.

4. Вперше запропоновано математичну модель для оцінки способів ретрансляції з урахуванням впливу протоколу МАС рівня, які дають можливість порівняти по ефективності способи ретрансляції й обґрунтувати вибір оптимального з них залежно від значень системних параметрів. Розроблено новий протокол множинного доступу, що порівняно з відомими зменшує негативний вплив прихованих абонентів в ПР з архітектурою ad-hoc. Створено математичну модель протоколу, що дозволяє кількісно оцінити ступінь впливу прихованих абонентів на пропускну здатність радіоканалу й вибрати оптимальну структуру мережі, що забезпечує мінімальну затримку передачі.

5. Вперше створено математичну модель варіантів локалізації конфліктів, за допомогою якої отримані прості аналітичні вирази для оцінки їх ефективності, у тому числі показано, що:

- для кожного значення системних параметрів існує оптимальна кількість сегментів локалізації, що забезпечує, з одного боку, стійку роботу мережі й, з іншого боку, мінімальну затримку передачі.

- ступінь підвищення стійкості мережі при структурній локалізації конфліктів зв'язана квадратичною залежністю з кількістю сегментів, а при часовій - лінійною.

- з погляду мінімізації затримки передачі енергетична локалізація конфліктів недоцільна, але виправдана з погляду підвищення стійкості мережі при перевантаженнях.

Запропоновано новий метод локалізації конфліктів, заснований на децентралізованих процедурах післяконфліктної фрагментації конфліктуючих абонентів на окремі сегменти, який на відміну від відомих розширює межу стійкості мережі та збільшує її пропускну здатність. Метод реалізовано в новому протоколі який при жорсткій стратегії приблизно в чотири рази розширює межу стійкості мережі та на 63 % збільшує її пропускну здатність порівняно з відомими протоколами. За допомогою математичної моделі протоколу доведено, що для кожного значення інтенсивності трафіку існує оптимальна кількість віртуальних сегментів. Вище цієї кількості переважний вплив на пропускну здатність має кількість вільних сегментів, що приводить до її зниження, нижче - імовірність конфліктів між конкуруючими абонентами, що вибрали довільно один и той самий сегмент.

6. Вперше запропоновано пріоритетний метод конкурентного доступу до радіоканалу на основі часової сегментації для одного або групи абонентів зі змінним коефіцієнтом пріоритету та метод забезпечення пріоритету по затримці передачі, який у порівнянні з відомим забезпечує пріоритетним абонентам доступ до радіоканалу в конкурентних умовах без затримки відкладеної передачі. Методи реалізовані в нових протоколах. Розроблено математичну модель протоколу на основі часової сегментації, що дає можливість кількісно визначити такі параметри, як:

- перевагу в затримці передачі абонентів пріоритетної групи в порівнянні з роботою в несегментованій мережі або в порівнянні з непріоритетними абонентами сегментованої мережі;

- межу стійкості мережі з урахуванням пріоритетного доступу;

- необхідну кількість сегментів для забезпечення заданої максимально припустимої затримки для пріоритетних абонентів;

- ступінь впливу пріоритетних абонентів на затримку передачі пакетів решти абонентів мережі.

Для пріоритетного протоколу по затримці відкладеної передачі доведено, що з погляду ефективності використання пропускної здатності радіоканалу, перевагу має конкурентний доступ пріоритетних абонентів без резервування, як такий, що не приводить до зниження середньої швидкості передачі при зміні трафіку пріоритетних абонентів

7. Розроблено нові методи управління доступом до радіоканалу для ПР на основі супутникових ретрансляторів а також методи ущільнення каналу резервування та дозавантаження каналу передачі даних для таких мереж, які дають можливість збільшити пропускну здатність і ефективність використання частотного ресурсу радіоканалу порівняно з відомими методами Методи реалізовані в нових протоколах, пропускна здатність яких на 40% більша порівняно з відомими. Створено математичні моделі цих протоколів, що дозволяють кількісно визначити ефективність протоколів, обчислити оптимальну кількість підканалів резервування й оптимальне співвідношення ширини смуги частот основного каналу й каналу резервування, а також оцінити ступінь впливу на пропускну здатність питомої ваги трафіку дозавантаження.

8. Доведено ефективність процедур асинхронного резервування у високошвидкісних наземних радіомережах міського масштабу та запропоновано нові методи множинного доступу до радіоканалу в таких мережах, які зберігають високу пропускну здатність при значеннях інтервалу вразливості, що перевищує не менше ніж в 10 разів допустимі значення для відомих методів.

9. Розроблено нові математично обґрунтовані методи адаптивного керування затримкою відкладеної передачі, які на відміну від відомих забезпечують мінімізацію затримки й утримання швидкості передачі на рівні пропускної здатності при флуктуаціях інтенсивності трафіку. Методи реалізовані в нових протоколах. Математичні моделі цих протоколів дають можливість практичної реалізації адаптивного керування шляхом попереднього обчислення необхідних для цього параметрів.

10. Вперше досліджено вплив розміру пакета на пропускну здатність ПР та створено нові адаптивні методи множинного доступу до радіоканалу, які шляхом обґрунтованого вибору стратегії варіації розміру пакета забезпечують збільшення, порівняно з відомими методами, пропускної здатності та стійкості до перевантажень ПР. Отримані рівняння для обчислення оптимальної довжини пакета дають можливість практичної організації адаптивного керування доступом до радіоканалу з метою втримання середньої швидкості передачі на рівні пропускної здатності. Нові методи реалізовані в адаптивних протоколах, які забезпечують до 77% збільшення пропускної здатності та до п'ятикратного розширення межі стійкості ПР порівняно з відомими протоколами. Математичні моделі цих протоколів дають змогу визначити середню швидкість передачі та оптимальний розмір пакета для кожної із стратегій.

11. Запропоновано новий метод передачі інтегрального трафіку пакетів даних і голосу в радіоканалі з конкурентним доступом, який на відміну від відомих при гарантованій затримці доставки пакетів голосу забезпечує адаптивне дозавантаження радіоканалу трафіком даних в залежності від інтенсивності голосового трафіку. Створено архітектуру мережі абонентського доступу яка забезпечує ефективне підключення абонентів та розширює сферу застосування ПР. Для мережі доступу розроблена методика розрахунку основних її параметрів та математична модель для аналізу пропускної здатності.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Бунин С.Г., Войтер А.П. Вычислительные сети с пакетной радиосвязью. - К.: Техніка, 1989.- 223 с. (Здобувачем особисто написані глави 1, 2, 6 та розділ 3.3).

2. Ильченко М.Е., Бунин С.Г., Войтер А.П. Сотовые радиосети с коммутацией пакетов. - К.: Наукова думка, 2003.-266 с. (Здобувачем особисто написані глави 1, 2, 3, 4, та розділи 7.2 і 7.3).

3. Бунин С.Г., Лучук А.М., Войтер А.П. Особенности информационно-вычислительных сетей с пакетной радиосвязью// Механизация и автоматизация управления. - 1987.- № 4.- С.37-39. (Здобувачеві належить аналіз особливостей МАС рівня пакетних радіомереж).

4. Бунин С.Г., Войтер А.П., Пилипчак С.И. Протоколы множественного доступа с асинхронным резервированием // Управляющие системы и машины.- 1990. -№ 6.- С.43-47. (Здобувачем запропонована ідея протоколу та розроблена математична модель для його аналізу).

5. Бунин С.Г., Войтер А.П. Оптимизация многозвенных соединений в пакетных радиосетях// Средства получения и обработки цифровой информации.- Сб. научн. тр. -ИК АН Украины.- К.- 1993.С.76-79. (Здобувачеві належить математична модель для аналізу багатоланкових з'єднань).

6. Бунин С.Г., Войтер А.П. Интегральные протоколы множественного доступа для пакетных радиосетей// Управляющие системы и машины.- 1995. -№ 1/2.- С.97-101.(Здобувачеві належать метод підвищення пропускної здатності мереж з великим інтервалом вразливості та процедури протоколів для дуплексних та напівдуплексних мереж і математичні моделі для їх аналізу).

7. Бунин С.Г., Войтер А.П. Протоколы множественного доступа для интегрального трафика// Управляющие системы и машины.- 1996.-№1/2.- С.102-107.(Здобувачем запропоновані метод і процедури спільної передачі голосу та даних і розроблена математична модель процедур).

8. Бунин С.Г., Войтер А.П. Абонентская сеть на основе пакетной радиосвязи. Часть1. Доступ к сети передачи данных общего пользования// Зв'язок.- 1996.- №3.- С.19-21. (Здобувачем розроблена архітектура мережі та методика розрахунку параметрів)

9. Бунин С.Г., Войтер А.П. Абонентская сеть на основе пакетной радиосвязи. Часть2. Доступ к телефонной сети общего пользования// Зв'язок.- 1997.- №1.- С.43-46. (Здобувачем запропонована архітектура мережі та методика розрахунку параметрів).

10. Войтер А.П., Корж Ю,В. Протокол асинхронного резервирования гибридного типа// Зв'язок.- 1999.- № 5.- С.22-26. (Здобувачеві належить ідея багатоканального резервування та математична модель протоколу).

11. Войтер А.П., Корж Ю,В. Адаптивный протокол случайного множественного доступа с резервированием// Управляющие системы и машины.- 1999.-№4.- С.87-92.(Здобувачем запропонував метод блочного резервування та математичну модель протоколу).

12. Бунин С.Г., Войтер А.П., Корж Ю,В. Интегральный адаптивный протокол случайного множественного доступа// Проблемы управления и информатики.-1999.- №6.- С.82-91. (Здобувачеві належать метод стабілізації, процедури та математична модель протоколу).

13. Бунин С.Г., Войтер А.П., Ковалев А.Н. Локализация конфликтов в моноканальных сетях// Управляющие системы и машины.- 2003.- №4.- С.68-72. (Здобувачем запропонована формалізація стійкості мережі, методи сегментації та приорітетного доступу).

14. Войтер А.П. Протокол множественного доступа с адаптивной дозагрузкой канала // Управляющие системы и машины.- 2007.- №3.- С.64-66,92.

15. Войтер А.П. Управление задержкой передачи в пакетных радиосетях// Управляющие системы и машины.- 2007.-№4.- С.81-84,92

16. Войтер А.П. Фрагментация конфликтов в пакетных радиосетях// Управляющие системы и машины.- 2007.- №5.- С.76-80.

17. Войтер А.П. Анализ влияния скрытых абонентов в сети Ad-hoc// Зв'язок.- 2007.- № 3.- С.42-44.

18. Войтер А.П. Влияние длины пакетов на пропускную способность МАС уровня пакетных радиосетей// Зв'язок.- 2007.- № 5.- С.42-45.

19. Бунин С.Г., Войтер А.П. Ретрансляция в радиосетях Ad hoc// Зв'язок.- 2007.- № 6.- С.40-42.(Здобувачеві належать критерій та математична модель порівняльного аналізу).

20. Войтер А.П. Повышение пропускной способности МАС-уровня сотовых радиосетей с коммутацией пакетов// Зв'язок.- 2007.- № 7.- С.43-46.

21. Войтер А.П. Методи та засоби компенсування впливу прихованих абонентів у мережах Ad-hoc// Зб. Наук. праць військового інституту телекомунікацій та інформатизації (ВІТІ) НТУУ “КПІ”.- 2007.- №1.-С.25-29.

22. Войтер А.П. Управління жорсткістю протоколу МДКН// Зб. Наук. праць військового інституту телекомунікацій та інформатизації (ВІТІ) НТУУ “КПІ”.- 2007.- №2.-С.18-22.

23. Войтер А.П. Стабілізація на МАС-рівні стільникових радіомереж з комутацією пакетів // Зб. Наук. праць військового інституту телекомунікацій та інформатизації (ВІТІ) НТУУ“КПІ”.-2007.- №3.-С.32-38.

24. Войтер А.П. Пріоритетний доступ на МАС-рівні пакетних радіомереж // Зб. Наук. праць військового інституту Київського національного університету ім. Тараса Шевченка.- 2007.- №9.-С.32-36.

25. Бунин С.Г., Войтер А.П. Адаптивні протоколи множинного доступу із змінною довжиною пакетів//Наукові вісті Національного технічного університету України `'Київський політехнічний інститут”.- 2007.-№5.- С.25-29. (Здобувачеві належать процедури та математична модель протоколів).

26. Войтер А.П. Порівняльний аналіз стратегій адаптації довжини пакетів при конкурентному доступі до радіоканалу//Наукові вісті Національного технічного університету України `'Київський політехнічний інститут” .-2007.-№6.- С.11-15.

27. Офенгенден Р.Г., Войтер А.П. Протоколы группового случайного множественного доступа к радиоканалу// Локальные вычислительные сети. Тез. докл. конф. ученых соц. стран.-Рига.-1986.- С.155-159. (Здобувачеві належать процедури та математична модель протоколів).

28. Бунин С.Г., Войтер А.П., Пилипчак С.И. Протоколы множественного доступа для больших локальных сетей// Локальные вычислительные сети. Тез.докл. 3-й Всес. конф.- Рига.-1988.-С. 59-62. (Здобувачеві належать процедурні характеристики протоколів).

29. Бунин С.Г., Войтер А.П. Принципы построения и реализация вычислительных сетей с пакетной радиосвязью// Eighth International Symposium “Modular Infirmation Computer and Networks” (on September, 10-12th, 1991, Dubna, Russia). Р.38. (Здобувачеві належить аналіз особливостей МАС рівня пакетних радіомереж).

30. Бунин С.Г., Бушуев Е.И., Войтер А.П., Драновский В.И. Система деловой связи на основе космических и наземных радиоканалов// Тр. 2-й Международной конференции по радиосвязи, звуковому и телевизионному вещанию (УКРТЕЛКОМ-95).- Одесса.- 1995.- С.20-23. (Здобувачем запропонована концепція реалізації МАС рівня мережі на основі низькоорбітальних ретрансляторів).

31. Бунин С.Г., Войтер А.П., Тимченко В.В. Трофименко В.П. Сотовая сеть с пакетной коммутацией для сельской местности СЕЛЬПАКС// Тр. 2-й Международной конференции по радиосвязи, звуковому и телевизионному вещанию (УКРТЕЛКОМ-95).- Одесса.-1995.- С.336-339. (Здобувачеві належать протоколи та аналіз основних характеристик мережі).

32. Войтер А.П. Беспроводные сети передачи данных// Тр. III-й Международной научно-технической конференции по электросвязи.- 9-12 вересня 1997.-Одеса. -С.216-219.

33. Ильченко М.Е., Бунин С.Г., Войтер А.П., Кайденко Н.Н., Роскошный Д.В. Цифровая система радиотелефонной связи для районов с невысокой плотностью населения//Пр. Наук.-практ. конф. “Стратегія входження України у світовий інформаційний простір”. -К.- 11-12 червня 1997. -С.155-157. (Здобувачем запропоновані протоколи та аналіз основних характеристик мережі).

34. Бунин С.Г., Войтер А.П., Корж Ю.В. О функциональной полноте процедур случайного многостанционного доступа// Тр. IV межд. Научн.-практ. конф. по телекоммуникациям (НПК-ТЕЛЕКОМ 99). 14-17 вересня 1999.-Одеса.-С.81-84. (Здобувачеві належить аналіз процедур протоколів з випадковим множинним доступом до радіоканалу).

35. Бунин С.Г., Войтер А.П., Корж Ю.В. Структурные методы повышения эффективности пакетных радиосетей// Тез. докл. 4-й Межд. Научн.-практ. конф. “Современные информационные и электронные технологии (НПК СИЭТ-2003).- Одеса.- 19-23 травня 2003.- С.55. (Здобувачем запропоновані методи сегментації та математичні моделі для оцінки їх ефективності).

36. Бунин С.Г., Войтер А.П., Корж Ю.В. Адаптивные протоколы множественного доступа// Тр.13-й Межд. Крымской конф.”СВЧ техника и телекоммуникационные технологии. Материалы конференции”.- Севастополь.- 2003. - С.361-363. (Здобувачеві належить метод адаптивного управління довжиною пакету та математичні моделі протоколів).

37. Бунин С.Г., Войтер А.П., Корж Ю.В. Приоритетный доступ в моноканальных сетях// Тез. докл. 5-й Межд. Научн.-практ. конф. “Современные информационные и электронные технологии (НПК СИЭТ-2004).- Одесса.- 2004.- С.86. (Здобувачем запропоновано методи забезпечення приорітету при конкурентному доступові до радіоканалу).

38. Бунин С.Г., Войтер А.П., Корж Ю.В. Одночастотный дуплексный ретранслятор// Тр.14-й Межд. Крымской конф.”СВЧ техника и телекоммуникационные технологии. Материалы конференции”.- Севастополь.- 2004. - С. 273-274. (Здобувачем запропоновані варіанти використання ретранслятора в пакетних радіомережах).

39. Anatoly Voiter, Sergey Bunin, Yuri Korzh. Frame Length Influence on Real Data Rate at Ethernet MAC Level// Modern Problems of Radio Engineering, Telecommunications and Computer Science. Proceedings of the International Conference TCSET'2004. February 24-28, 2004, Lviv-Slavsko, Ukraine.- P. 455-456.( Здобувачеві належить математична модель впливу довжини пакету на швидкість передачі марежі).

40. Бунин С.Г., Войтер А.П., Корж Ю.В. Адаптивное управление задержкой передачи в моноканальных сетях//Тез. докл. 6-й Межд. Научн.-практ. конф. “Современные информационные и электронные технологии (НПК СИЭТ-2005).- Одесса.- 2005.- С. 157. (Здобувачеві належить ідея управління затримкою відкладеної передачі та математична модель для розрахунку параметрів управління).

41. Бунин С.Г., Войтер А.П., Корж Ю.В. Сети связи на основе одночастотных дуплексных ретрансляторов// Тр.15-й Межд. Крымской конф. ”СВЧ техника и телекоммуникационные технологии. Материалы конференции”.- Севастополь.- 12-16 вересня 2005. - С. 63-64. (Здобувачем проаналізовані варіанти використання ретранслятора в пакетних радіомережах).

42. Бунин С.Г., Войтер А.П., Корж Ю.В. Анализ и структурная оптимизация пакетной радиосети// Сб/ научн. тр. 2-го Международного радиоэлектронного форума ”Прикладная радиоэлектроника. Состояние и перспективы развития (МРФ-2005).- Том IV.- Харьков.- 2005.-С. 105-108. (Здобувачем запропонована математична модель для аналізу впливу прихованих абонентів та метод його компенсації).

43. Бунин С.Г., Войтер А.П. Ретрансляция пакетов в радиосетях Ad Hoc// Тр.16-й Межд. Крымской конф. ”СВЧ техника и телекоммуникационные технологии. Материалы конференции”.- Севастополь.- 2006. - С.353-354. (Здобувачеві належить аналіз ефективності МАС протоколів в умовах багаточастотної мережі Ad-hoc).

44. Бунин С.Г., Войтер А.П. Сравнительная оценка способов ретрансляции пакетов в радиосетях Ad Hoc// Тр.16-й Межд. Крымской конф. ”СВЧ техника и телекоммуникационные технологии. Материалы конференции”.- Севастополь.- 2006. - С.355-356. (Здобувачеві належить метод порівняльного аналізу варіантів ретрансляції).

45. Бунин С.Г., Войтер А.П. Двухпротокольный метод доступа в пакетных радиосетях// Тр.17-й Межд. Крымской конф. ”СВЧ техника и телекоммуникационные технологии. Материалы конференции”.- Севастополь.- 2007. - С.235-236.(Здобувачем запропонований механізм міжпротокольної взаємодії та її математична модель).

АНОТАЦІЇ

Войтер А.П. Підвищення ефективності радіомереж з пакетною комутацією методами та засобами управління доступом до радіоканалу. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 05.12.02 - телекомунікаційні системи та мережі. Національний технічний університет України “Київський політехнічний інститут”, 2008 р.

Дисертація присвячена розвитку теорії радіомереж к пакетною комутацією шляхом розробки нових ефективних методів і засобів покращення основних параметрів їх функціонування на МАС рівні та забезпечення адаптації до динаміки системних параметрів при конкурентному доступі до радіоканалу.

Запропоновано методи і засоби адаптивного керування стійкістю до перевантажень, пропускною здатністю радіомереж та затримкою передачі за рахунок процедур розв'язання конфліктів, блочного резервування, варіації довжини пакетів даних.

Розроблено методи локалізації конфліктів, які дозволяють оптимізувати структуру радіомережі, мінімізувати вплив прихованих абонентів та забезпечити відносні пріоритети для виділеного трафіку.

Розроблено методи і засоби ефективного використання радіоканалу для пакетних радіомереж з орбітальними ретрансляторами, які у порівнянні з відомими дозволяють підвищити пропускну здатність радіоканалу за рахунок ущільнення каналу резервування та дозавантаження каналу передачі даних.

Ефективність та перевага розроблених методів та засобів обґрунтовується за допомогою математичних моделей, які дають змогу кількісно визначати основні параметри функціонування радіомереж.

Ключові слова: пакетні радіомережі, локалізація конфліктів, протоколи, множинний доступ, швидкість передачі, пропускна здатність, адаптивне управління, стійкість, структура, резервування, математичні моделі.

A.P.Voiter. Efficiency Improvement of Packet Switched Radio Networks by Methods and Means of Radio Channel Access Control. - Manuscript.

The thesis for Doctor of Technical Sciences competition on specialty 05.12.02 - Telecommunications system and networks. National Technical University of Ukraine “Kiev polytechnic institute”, 2008.

The thesis deals with development theory of radio networks with packet switching by means of new effective methods creation and improvement of mean parameters of MAC level as well as adaptation to system parameter dynamics under competitive access to radio channel.

Methods and means of adaptive control of resistance to overloading, throughput ability of radio networks and transmission delay by means of collision solution procedures, block reservation, packet length variation are proposed.

Methods of conflicts localization are designed. These methods permit to optimize structure of a radio network, minimize influence of hidden terminals and provide relative priorities for selected traffic.

Methods and means of effective use of radio channel for packet networks with satellite repeaters have been designed. These methods comparatively with known ones allow increase channel throughput by means of reservation channel compression and data channel utilization.

Effectiveness and advantage of designed methods and means have been proved by mathematical models which permit to make quantitative assessment of radio networks mean characteristics.

Key words: packet radio networks, collision localization, protocols, multiple access, data rate, throughput, adaptive control, stability, reservation, mathematical models.

Войтер А.П. Повышение эффективности радиосетей с пакетной коммутацией методами и средствами управления доступом к радиоканалу. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук по специальности 05.12.02 - телекоммуникационные системы и сети. Национальный технический университет Украины “Киевский политехнический институт”, 2008 г.

Диссертация посвящена развитию теории радиосетей с пакетной коммутацией путем разработки новых эффективных методов и средств улучшения основных параметров их функционирования на МАС уровне, а также обеспечения адаптации к динамике системных параметров при конкурентном доступе к радиоканалу.

Формализовано понятие устойчивости радиосети и на этой основе разработаны и исследованы методы локализации конфликтов, которые позволяют оптимизировать структуру радиосети в плоскости параметров „пропускная способность - задержка передачи”. Предложены методы и средства минимизации влияния скрытых абонентов на пропускную способность радиосети. Предложено приоритетную схему обслуживания с переменным коэффициентом приоритета на основе временной сегментации для одного или группы абонентов при конкурентном доступе к радиоканалу.

Для радиосетей с сотовой структурой разработаны новые адаптивные методы разрешения конфликтов и дозагрузки радиоканала с целью стабилизации их роботы и увеличения пропускной способности при значительных флуктуациях трафика. На основе этих методов разработаны новые адаптивные протоколы случайного множественного доступа, которые регламентируют скоординированную роботу абонентов и ретранслятора. Показано, что при гибкой стратегии управления обеспечивается значительное увеличение предела устойчивости без существенного снижения пропускной способности. При жесткой стратегии наблюдается значительный рост пропускной способности без изменения предела устойчивости.

Предложены математическая модель и критерий для сравнительной оценки способов ретрансляции с учетом влияния протоколов МАС уровня, которые дают возможность сравнить по эффективности способы ретрансляции и обосновать выбор оптимального из них.

Разработаны методы адаптивного управления задержкой отложенной передачи и протоколы на их основе, которые обеспечивают минимизацию задержки и удержание скорости передачи на уровне, максимально приближенному к пропускной способности при значительных флюктуациях интенсивности трафика.

Разработаны методы и протоколы эффективного использования радиоканала для радиосетей с орбитальными ретрансляторами, которые по сравнению с известными позволяют повысить пропускную способность радиосетей за счет уплотнения канала резервирования и адаптивной дозагрузки канала передачи данных. Математические модели протоколов позволяют вычислить среднюю скорость передачи, оптимальное количество подканалов резервирования, соотношение ширины полос для резервирования и передачи данных.

Исследовано влияние длины пакета на скорость передачи и предел стойкости МАС уровня радиосетей и на этой основе предложены методы и средства адаптивного управления их пропускной способностью.

Предложено архитектуру сети абонентского радиодоступа с пакетной коммутацией для совместной передачи голосового трафика и данных, разработана методика расчета основных параметров сети с учетом конкурентного доступа и приоритетов.

Разработанные методы доведены до уровня практической реализации в виде новых протоколов множественного доступа к радиоканалу, применение которых даст возможность повысить эффективность роботы радиосетей. Математические модели созданных протоколов дают возможность получить количественные значения их скорости передачи, пропускной способности, предела устойчивости и задержки передачи и обосновать выбор протокола при модификации действующих или проектировании новых радиосетей для заданных условий эксплуатации и сетевых параметров.

Ключевые слова: пакетные радиосети, протоколы, множественный доступ, скорость передачи, пропускная способность, адаптивное управление, устойчивость, структура, резервирование.

Размещено на Allbest.ru

...