Improving network performance through multipath utilization for wireless mesh networks
Authors: Πλουμίδης Εμμανουήλ 
Published: August 2021

Προκειμένου να ικανοποιηθούν οι αυξανόμενες απαιτήσεις για ποιότητα υπηρεσίας πάνω από ασύρματα δίκτυα πλέγματος, ένας μεγάλος αριθμός μελετών προτείνει την αξιοποίηση πολλαπλών μονοπατιών ταυτόχρονα με σκοπό να αθροιστούν οι πόροι τους. Υπάρχουν αρκετές διαφορετικές προσεγγίσεις αξιοποίησης πολλαπλών μονοπατιών οι οποίες περιλαμβάνουν σχήματα που πραγματοποιούν δρομολόγηση, δέσμευση πόρων, έλεγχο ροής και ευκαιριακή προώθηση κίνησης. Η ταυτόχρονη αξιοποίηση πολλαπλών μονοπατιών έχει αποδειχτεί επωφελής ως προς την καθυστέρηση, το ρυθμό διαμεταγωγής δεδομένων, τηναξιοπιστία και την ισοκατανομή φόρτου κίνησης. Δύο διαδεδομένοι στόχοι είναι ο αυξημένος ρυθμός διαμεταγωγής δεδομένων και η αξιοπιστία. Προς επίτευξη της αξιοπιστίας συγκεκριμένα, η αξιοποίηση πολλαπλών μονοπατιών συνδυάζεται με πλεονασμό.Παρ' όλα αυτά, η αξιοποίηση πολλαπλών μονοπατιών στα ασύρματα δίκτυα είναι πιο περίπλοκη, από ότι στα ασύρματα καθώς μεταδόσεις σε μία ζεύξη παρεμβάλλουν γειτονικές ζεύξεις και μπορεί να οδηγήσουν σε μειωμένη δικτυακή απόδοση. Στην παρούσα διδακτορική διατριβή, θεωρούνται στατικά, ασύρματα δίκτυα πλέγματος, τυχαίας προσπέλασης, όπου τα μονοπάτια αποτελούνται από πολλαπλές ζεύξεις. Επιπλέον, οι παραλήπτες έχουν δυνατότητα για λήψη πολλαπλών πακέτων. Πολλαπλές ροές κίνησης, τύπου μονοεκπομπής, προωθούνται προς τους προορισμούς, μέσω μονοπατιών που δεν έχουν κοινούς κόμβους.Στο πρώτο τμήμα της διατριβής, διαφορετικά σχήματα προώθησης κίνησης που αξιοποιούν πολλαπλά μονοπάτια και διαφορετικούς βαθμούς πλεονασμού συγκρίνονται ως προς την καθυστέρηση και το ρυθμό διαμεταγωγής δεδομένων. Αξιολογείται, μέσω προσομοιώσεων διαφόρων σεναρίων, στον προσομοιωτή δικτύων Ns2 ένα αναλυτικό πλαίσιο το οποίο εκφράζει την καθυστέρηση και το ρυθμό διαμεταγωγής δεδομένων για τα προαναφερθέντα σχήματα προώθησης κίνησης. Το συγκεκριμένο αναλυτικό πλαίσιο επεκτείνεται και αξιολογείται επίσης για την περίπτωση όπου η πιθανότητα λάθους μίας ζεύξης εκφράζεται μέσω του μοντέλου σηματοθορυβικής σχέσης.Στο δεύτερο μέρος της διατριβής, εξερευνάται το θέμα της αξιοποίησης πολλαπλών μονοπατιών με σκοπό την αύξηση του μέσου αθροιστικού ρυθμού διαμεταγωγής δεδομένων, για τον προαναφερθέντα τύπο δικτύων. Προτείνεται ένα κατανεμημένο σχήμα κατανομής ροής, το οποίο μεγιστοποιεί τον μέσο αθροιστικό ρυθμό διαμεταγωγής δεδομένων για όλες τις ροές, ενώ ταυτόχρονα, παρέχει πεπερασμένη καθυστέρηση. Δεν χρησιμοποιείταικανενός είδους πλεονασμός. Για τους σκοπούς του συγκεκριμένου σχήματος, η κατανομή ροής σε πολλαπλά μονοπάτια διατυπώνεται σαν ένα πρόβλημα βελτιστοποίησης. Το προτεινόμενο σχήμα βασίζεται σε ένα απλό μοντέλο για το μέσο αθροιστικό ρυθμό διαμεταγωγής δεδομένων, το οποίο εκφράζει τις παρεμβολές από γειτονικά μονοπάτια, αλλά και τις παρεμβολές από κόμβους του ίδιου μονοπατιού, μέσω του μοντέλου σηματοθορυβικής σχέσης.Αναφορικά με τις παρεμβολές, εξετάζονται δύο εκδοχές του προτεινόμενου σχήματος κατανομής ροής. Στην πρώτη εκδοχή, η παρεμβολή σε μία ζεύξηπροσεγγίζεται λαμβάνοντας υπόψη μόνο τους σημαντικότερους παρεμβολείς. Στη δεύτερη εκδοχή, οι παραλήπτες εφαρμόζουν την τεχνική της διαδοχικήςαπαλοιφής παρεμβολών. Για την διαδικασία αξιολόγησης, αξιοποιούνται προσομοιώσεις, τόσο ενδεικτικών όσο και τυχαίων ασύρματων σεναρίων, χρησιμοποιώντας τον προσομοιωτή δικτύων Ns2. Το προτεινόμενο σχήμα κατανομής ροής συγκρίνεται με άλλα απλάσχήματα κατανομής ροής, τόσο ως προς την καθυστέρηση όσο και ως προς το ρυθμό διαμεταγωγής δεδομένων.