Τεχνικές ελέγχου πρόσβασης καναλιού για παροχή ποιότητας υπηρεσίας σε μη δομημένα δίκτυα
Creators: name: Τσίγκας, Ορέστης Β.
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2007
Subjects: Μη δομημένα δίκτυα
Πολλαπλή πρόσβαση
Χρονοπρογραμματισμός
Ασύμετρα δίκτυα
Ποιότητα υπηρεσίας
Ελεγχος καναλιού
Multiple access
Scheduling
Wireless networks
Adhoc Networks
Quality of service
Medium access control

description: Αντικείμενο αυτής της διδακτορικής διατριβής αποτελεί η μελέτη των τεχνικών ελέγχου πρόσβασης καναλιού για παροχή ποιότητας υπηρεσίας σε μη δομημένα δίκτυα. Ως μη δομημένα χαρακτηρίζονται τα ασύρματα δίκτυα που δεν υποστηρίζονται από προϋπάρχουσα υποδομή. Η μελέτη εστιάζεται σε δύο επίπεδα της δικτυακής στοίβας του μοντέλου ISO/OSI (Open System Interconnection), το επίπεδο ζεύξης και το επίπεδο δικτύου. Ειδικότερα εξετάζονται το πρόβλημα του διανεμημένου ελέγχου πρόσβασης σε ασύρματο κανάλι σε συνδυασμό με το πρόβλημα της υποστήριξης ποιότητας υπηρεσιών. Ο μηχανισμός ελέγχου πρόσβασης επιτελεί ένα πολύ σημαντικό ρόλο στα μη δομημένα δίκτυα, καθώς καθορίζει την αποδοτικότητα με την οποία χρησιμοποιείται το διαθέσιμο εύρος ζώνης. Προς την κατεύθυνση αυτή μελετάται αναλυτικά το πρόβλημα εύρεσης του βέλτιστου σταθερού παραθύρου υποχώρησης, που μεγιστοποιεί τη ρυθμαπόδοση ενός διανεμημένου μηχανισμού ελέγχου πρόσβασης καναλιού. Η τιμή του βέλτιστου παραθύρου υποχώρησης που προκύπτει, ελέγχεται και επιβεβαιώνεται μέσω προσομοιώσεων. Στη συνέχεια, με σκοπό την επίτευξη υψηλής ρυθμαπόδοσης, προτείνεται ιανεμημένος μηχανισμός υποχώρησης, ο οποίος επιλέγει τις παραμέτρους υποχώρησης με εκτίμηση του προσφερόμενου φορτίου. Τα θετικά χαρακτηριστικά του παρουσιαζόμενου μηχανισμού επιδεικνύονται μέσω της σύγκρισης τους με γνωστούς αλγορίθμους υποχώρησης που έχουν προταθεί στη βιβλιογραφία. Λαμβάνοντας υπόψη και το ζήτημα της παροχής ποιότητας υπηρεσιών, προτείνονται δύο διανεμημένα πρωτόκολλα για παροχή ήπιων εγγυήσεων ποιότητας υπηρεσίας σε καθεμία από τις διακινούμενες ροές πακέτων ενός μη δομημένου δικτύου. Για την αξιολόγηση της αποδοτικότητας των πρωτοκόλλων αυτών, αναπτύχθηκαν δύο αναλυτικά μοντέλα, τα οποία αποτιμούν τόσο τη ρυθμαπόδοση των πρωτοκόλλων για διάφορες συνθήκες κίνησης (πλήθος ενεργών σταθμών, όγκος διακινούμενου φορτίου) όσο και την ικανότητά τους να χρονοπρογραμματίζουν τη μετάδοση των πακέτων με βάση τις απαιτήσεις τους σε ποιότητα υπηρεσίας. Η διδακτορική διατριβή ολοκληρώνεται με τη συγκριτική μελέτη των πρωτοκόλλων που παρουσιάζονται, με ευρέως χρησιμοποιούμενα διανεμημένα πρωτόκολλα ελέγχου πρόσβασης, όπου και αναδεικνύονται οι μηχανισμοί που θα επιτρέψουν στα σημερινά και στα μελλοντικά μη δομημένα δίκτυα να επιτύχουν υψηλή ρυθμαπόδοση προσφέροντας παράλληλα ποιοτικές υπηρεσίες
description: The object of this dissertation is the study of medium access control techniques for Quality-of-Service provisioning in ad hoc networks. As ad hoc are characterised the wireless networks that are not supported by preexisting infrastructure. This study focuses on two layers of the ISO/OSI (Open System Interconnection) networking stack, namely the data link and the network layer. The attention is drawn to distributed medium access control algorithms that are capable of providing QoS assurances. Medium access control techniques are of paramount importance in ad hoc networks, since they determine the effective use of the available raw bandwidth. Initially, the problem of determining the optimal backoff window that maximizes the throughput of distributed medium access control protocols is analytically studied. The validity of the derived analytical value is corroborated by simulation experiments. Aiming at improving the efficiency of medium access techniques, a distributed backoff mechanism is proposed, which dynamically calculates the backoff parameters based on the estimation the offered load. The positive characteristics of the designed protocol are revealed by means of comparison with the most well-known algorithms that have been proposed in the literature. Next, the issue of providing QoS support at the distibuted wireless MAC layer is investigated and two distributed MAC protocols are proposed that aim at providing soft "per-flow" QoS guarantees. To assess the performance of these protocols, two analytical models were devised that permit the performance assessment of the throughput of the protocols for different traffic conditions (number of active stations, offered load), as well as the assessment of their ability to schedule the contending packets based on their QoS requirements. The doctoral dissertation is concluded with a comparative study of the proposed protocols with other well-known protocols, where the efficiency of each access scheme in maximizing the utilization of the wireless bandwidth while providing QoS support for heterogeneous applications is assessed and the limitations and merits of each mechanism are discussed