Μοντέλα επίδοσης των πρωτοκόλλων TCP/IP σε δορυφορικά και LMDS δίκτυα
Authors: Δρούγκας Αθανάσιος 
Published: August 2021

Βασικό αντικείμενο της παρούσας διατριβής αποτελεί η μελέτη της επίδοσης των πρωτοκόλλων της στοίβας TCP/IP σε Δορυφορικά Δίκτυα και Δίκτυα LMDS. Η ερευνητική δουλειά που παρουσιάζεται στα Κεφάλαια της διατριβής συνάδει με την τάση των προσπαθειών της διεθνούς επιστημονικής κοινότητας για ενσωμάτωση όλων των συστημάτων και υπηρεσιών πάνω από ένα κοινό δίκτυο, το οποίο θα αξιοποιεί τα εγγενή και αλληλοσυμπληρούμενα πλεονεκτήματα ετερογενών συστημάτων σε μια συνέργεια με σκοπό την παροχή διαφοροποιημένων υπηρεσιών στον τελικό χρήστη. Η τάση αυτή υποδηλώνεται και από τις προδιαγραφές των τεχνικών προτύπων που αναπτύχθηκαν κατά τα τελευταία χρόνια για τα Δορυφορικά και LMDS Δίκτυα. Το Κεφάλαιο 1 παρέχει μια επισκόπηση των τοπολογιών, αρχιτεκτονικών και τεχνικών προτύπων για τα υπό εξέταση συστήματα με ιδιαίτερη έμφαση στην ενσωμάτωση IP υπηρεσιών σε αυτά. Στο Κεφάλαιο 2 παρουσιάζονται οι βασικοί μηχανισμοί διάδοσης σε αυτά τα δίκτυα. Η κατηγοριοποίηση των φαινομένων γίνεται με κριτήριο το αν αυτά αφορούν τη διάδοση σε συχνότητες άνω των 10 GHz ή σχετίζονται με την τοπολογία και την αρχιτεκτονική των συστημάτων. Ιδιαίτερη έμφαση δίνεται στην απόσβεση λόγω βροχής που αποτελεί τον κύριο μηχανισμό διάδοσης με σημαντική χωροχρονική ανομοιογένεια σε συχνότητες άνω των 10 GHz. Στο Κεφάλαιο 3 παρουσιάζεται μια προτεινόμενη μοντελοποίηση των δυναμικών χαρακτηριστικών του διαύλου σε Δορυφορικά και LMDS συστήματα βασισμένη σε DTMC πρώτης τάξης, της οποίας οι πιθανότητες μετάβασης υπολογίζονται βάσει φυσικής μοντελοποίησης των χρονικών χαρακτηριστικών της απόσβεσης λόγω βροχής. Η προτεινόμενη μεθοδολογία πιστοποιείται με χρήση Θεωρίας Αμοιβαίας Πληροφορίας και στοχαστικής ανάλυσης. Τα αποτελέσματα που προκύπτουν με χρήση Θεωρίας Αμοιβαίας Πληροφορίας παρέχουν ενδείξεις για την ακρίβεια των προσεγγίσεων πρώτης τάξης στη μοντελοποίηση του διαύλου, γεγονός ιδιαίτερα σημαντικό όχι μόνο για την προτεινόμενη μεθοδολογία, αλλά γενικά για τη χρήση αντίστοιχων τεχνικών. Η μέθοδος αυτή χρησιμοποιείται στο Κεφάλαιο 4 για την ανάπτυξη μοντέλων με σκοπό την προσέγγιση των στατιστικών ιδιοτήτων του PLR σε δυναμικά μεταβαλλόμενους διαύλους. Επιπλέον, παρουσιάζεται ένα σχήμα HARQ για την ικανοποίηση των παραμέτρων QoS διαφορετικών IP υπηρεσιών σε ασύρματα δίκτυα. Στο Κεφάλαιο 5 παρουσιάζονται δύο μοντέλα εκτίμησης της επίδοσης του TCP για συνδέσεις που περιλαμβάνουν δορυφορικές ζεύξεις όταν υπάρχουν εκτεταμένες απώλειες πακέτων εξαιτίας της απόσβεσης λόγω βροχής. Τα δύο μοντέλα αφορούν τις εκδόσεις TCP Reno και TCP NewReno SACK και αξιοποιούν πληροφορία για τις δυναμικές ιδιότητες του δορυφορικού διαύλου παρουσία διαλείψεων λόγω βροχής, γεγονός που τα διαφοροποιεί από άλλα μοντέλα της σχετικής βιβλιογραφίας. Τέλος, στο Κεφάλαιο 6 παρουσιάζεται μια τεχνική AFEC που αποσκοπεί στη βελτιστοποίηση της TCP διέλευσης παρουσία διαλείψεων λόγω βροχής. Το προτεινόμενο σχήμα χρησιμοποιεί εκτιμήσεις των δυναμικών ιδιοτήτων του PLR για την επιλογή του ρυθμού κώδικα. Η επίδοση της προτεινόμενης τεχνικής συγκρίνεται με αυτή που επιτυγχάνουν άλλες προσεγγίσεις μέσω κατάλληλων προσομοιώσεων.