Επαλήθευση Απόδοσης Ασύρματων Δικτύων με Προσομοίωση
Creators: name: Καρούτης, Νικηφόρος Αθανασίου
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2024
Subjects: Ασύρματα δίκτυα 802.11
MAC πρωτόκολλο του Wi-Fi
Ασκήσεις προσομοίωσης
Wireless networks 802.11
MAC protocol of Wi-Fi
Simulation exercises

description: Τα ασύρματα δίκτυα, και ιδιαίτερα τα πρότυπα της IEEE 802.11 (Wi-Fi) χρησιμοποιούνται απ’ άκρη σ’ άκρη στον πλανήτη. Είναι ιδιαίτερα πρακτικά και βολικά καθώς αντικαθιστούν το κλασσικό καλώδιο με τη χρήση ραδιοκυμάτων ως φορείς πληροφορίας. Η μεταφορά των δεδομένων γίνεται μέσω ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων, με συχνοτικό εύρος καναλιού που έχει πλάτος ανάλογο με το ρυθμό μετάδοσης δεδομένων που χρειάζεται να στηρίζει το δίκτυο. Στόχος της εργασίας αποτελεί η υλοποίηση εργαστηριακών ασκήσεων προσομοίωσης που αφορούν τη μελέτη λειτουργίας του πρωτοκόλλου MAC σε ασύρματα δίκτυα της οικογένειας προτύπων 802.11 (Wi-Fi). Για το σκοπό αυτό επιλέχθηκε και χρησιμοποιήθηκε το πρόγραμμα προσομοίωσης Pythagor – IEEE 802.11g WLAN Simulator και υλοποιήθηκαν ασκήσεις για τη μελέτη ασύρματων δικτύων που βασίζονται στο οικογένεια προτύπων IEEE 802.11. Με αυτό τον τρόπο κατέστη δυνατή η εξαγωγή συμπερασμάτων σχετικά με τη συμπεριφορά ενός ασύρματου δικτύου Wi-Fi υπό διάφορες συνθήκες καθώς και ο τρόπος με τον οποίο οι συνθήκες αυτές το επηρεάζουν.Στην παρούσα εργασία γίνεται σύντομη αναφορά στα ασύρματα δίκτυα, στην ιστορική τους εξέλιξη, στα μειονεκτήματα και πλεονεκτήματα τους, στους τρόπους διάδοσης των κυμάτων σε αυτά, σε τοπολογίες τους, καθώς και σε προβλήματα που αυτά εμφανίζουν. Πιο συγκεκριμένα, η δομή διακρίνεται σε α) σύντομη βιβλιογραφική περιγραφή των ασύρματων δικτύων, των ιδιοτήτων τους, των κρίσιμων σημείων που τα χαρακτηρίζουν και των πρωτοκόλλων που διέπουν τη δομή και λειτουργία τους. Και β) στην εφαρμογή διερεύνησης της απόδοσής τους με ασκήσεις προσομοίωσης με το πρόγραμμα Pythagor – IEEE 802.11g WLAN Simulator. Με τη χρήση του παραπάνω προσομοιωτή μελετήθηκαν διάφορες παράμετροι που έχουν να κάνουν με την καθυστέρηση που παρουσιάζει το δίκτυο ανά περίπτωση. Πιο συγκεκριμένα, μελετήθηκαν η καθυστέρηση πρόσβαση στο μέσο μετάδοσης, το πλήθος πακέτων στις ουρές δεδομένων, η καθυστέρηση σε αυτές, καθώς και η συνολική καθυστέρηση. Μέσα από την υλοποίηση των εργαστηριακών ασκήσεων, εξάχθηκαν και παρατίθενται σημαντικές πληροφορίες για την καθυστέρηση ενός ασύρματου δικτύου «Wi-Fi» υπό ποικίλες συνθήκες. Πιο συγκεκριμένα, διερευνήθηκε με ποιο τρόπο τα διαφορετικά επίπεδα κανονικοποιημένου φόρτου του δικτύου επηρεάζουν την καθυστέρηση σε αυτό. Ακόμα, μελετήθηκε η καθυστέρηση του δικτύου σε σχέση με το πλήθος των κόμβων του. Στη συνέχεια, παρατηρήθηκε μετά την απαιτούμενη διερεύνηση πόσο σημαντικά μεταβάλλεται η καθυστέρηση σε σχέση με το μέγεθος του πακέτου δεδομένων. Επίσης, μελετήθηκε πώς η τοπολογία αλυσίδας επηρεάζει την καθυστέρηση στο δίκτυο. Σε αυτή την τοπολογία, δεν είναι πλήρως συνδεδεμένο το δίκτυο όπως στις προηγούμενες περιπτώσεις και η εμβέλεια του κάθε κόμβου εκτείνεται μόνο μέχρι τον έναν ή τους δύο γείτονες του. Αποτέλεσμα αυτού είναι να υπάρχουν πολλές συγκρούσεις στο μέσο μετάδοσης λόγω των πολλών κρυμμένων και εκτεθειμένων κόμβων. Επιπροσθέτως, παρατίθεται το αποτέλεσμα μελέτης για το πώς συμπεριφέρεται η καθυστέρηση σε ένα δίκτυο με σταθερό κανονικοποιημένο φόρτο, καθώς αυξάνεται η χωρητικότητα του καναλιού. Ακόμα, παρατηρήθηκε και σημειώνεται η καθυστέρηση στο δίκτυο σε μεικτό τρόπο λειτουργίας, με τους μισούς κόμβους να λειτουργούν με τη χρήση του προτύπου IEEE 802.11b και τους άλλους μισούς με το 802.11g.
description: Wireless networks, and in particular the IEEE 802.11 (Wi-Fi) standards, are used all over the world. They are particularly practical and convenient as they replace traditional cable by using radio waves as information carriers. Data is transmitted via electromagnetic waves, with a frequency channel width that is proportional to the data rate the network needs to support. The aim of this work is to implement laboratory simulation exercises to study the operation of the MAC protocol in wireless networks of the 802.11 (Wi-Fi) family of standards. For this purpose, the Pythagor simulation program - IEEE 802.11g WLAN Simulator was selected and used and exercises were implemented to study wireless networks based on the IEEE 802.11 family of standards. In this way, it was possible to draw conclusions about the behavior of a Wi-Fi wireless network under various conditions and the way in which the More specifically, the structure is divided into (a) a brief literature description of wireless networks, their properties, the critical points that characterize them and the protocols that govern their structure and operation. And b) the application of investigating their performance with simulation exercises using the Pythagor - IEEE 802.11g WLAN Simulator. Using the above simulator, various parameters related to the latency experienced by the network were studied on a case-by-case basis. In particular, the access latency access to the transmission medium, the number of packets in the data queues, the latency in the data queues, and the total latency were studied. Through the implementation of the laboratory exercises, important information about the latency of a "Wi-Fi" wireless network under varying conditions was extracted and listed. In particular, it was investigated how different levels of normalized network load affect the latency in the network. Furthermore, the latency of the network was studied in relation to the number of nodes in the network. Then, it was observed after the required investigation how significantly the latency varies with respect to the size of the data packet. Also, it was studied how the chain topology affects the delay in the network. In this topology, the network is not fully connected as in the previous cases and the range of each node extends only to one or two of its neighbors. As a result of this, there are many collisions in the transmission medium due to many hidden and exposed nodes. In addition, the result of a study on how the delay behaves in a network with constant normalized load as the channel capacity increases is presented. Still, the latency in the network in mixed mode is observed and noted, with half of the nodes operating using the IEEE 802.11b standard and the other half using 802.11g.