Akıllı anten kullanan genişbant kablosuz haberleşme sistemleri için servis kalitesi destekli ortam erişim kontrol protokolü
A new QoS-supported MAC protocol for broadband wireless networks using smart antenna
Yazar: SEDAT ATMACA
Danışman: YRD. DOÇ. DR. CELAL ÇEKEN
Kocaeli Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektronik-Bilgisayar Eğitimi Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2009
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering

Özet:
Kablosuz haberleşme teknolojilerine ve ağlarına olan talebin gün geçtikçe artması ve gerçek zamanlı çoklu ortam uygulamalarının giderek yaygın hale gelmesi, yüksek bantgenişliği ve hızla artan kapasite ihtiyacının ortaya çıkmasına yol açmıştır. Giderek artan bantgenişliği ve kapasite ihtiyacını karşılamak için araştırmacılar yeni yöntemlere başvurmaktadırlar. Bunlar arasında, sınırlı kablosuz ortam kaynaklarını etkin şekilde kullanan akıllı anten sistemleri, hızla artan kapasite ihtiyacı problemine en uygun çözümlerden birisi olarak görülmektedir.Akıllı antenler, kablosuz haberleşme sistemlerinin başarımlarını artıran ve yoğun trafik ve kullanıcı ortamlarında yüksek verimlilik sağlamak için ihtiyaç duyulan bantgenişliğinin etkin bir şekilde kullanımına izin veren çözümlerdir. Güçlü, düşük maliyetli ve karmaşık işlemleri oldukça hızlı gerçekleştirebilen sayısal işaret işlemcilerin geliştirilmesi ve bunlarla yazılım tabanlı yeni yaklaşımların desteklenmesi, akıllı anten teknolojisinin hücresel haberleşme sistemlerinde kullanımlarını yaygın hale getirmiştir.Bu tez çalışmasında, kablosuz ortam kaynaklarını etkin bir şekilde kullanmak için servis kalitesi (QoS) yönetim algoritmaları ve akıllı antenler kullanan TDMA/FDD tabanlı yeni bir ortam erişim kontrol (OEK) protokolü (AKGOEK) geliştirilmiştir. Geliştirilen bu yeni OEK protokolü, tasarlanan yeni dinamik garanti ? tabanlı servis kalitesi yönetim algoritmaları yardımıyla CBR, VBR, ABR ve UBR gibi ATM'in standart servis sınıflarını desteklemektedir. AKGOEK, sistem iş çıkarma oranını (throughput) önemli ölçüde arttırırken buna bağlı olarak çağrı reddedilme oranını (call ? blocking ratio) ve gerçek zamanlı uygulamalar için uçtan ? uca gecikme değerini iyileştirmektedir. AKGOEK protokolü, analitik olarak modellenerek doğrulanması gerçekleştirilmiştir. OPNET Modeler benzetim programıyla elde edilen benzetim modeli ve benzetim sonuçları, AKGOEK protokolünün akıllı anten kullanmayan eşleniğinin sonuçları ile karşılaştırılarak, değişik çoklu ortam uygulamaları, artan kullanıcı sayıları ve artan yük miktarları esas alınarak sunulmakta ve başarım değerlendirmesi yapılmaktadır.

Abstract:
Recently, the importance of wireless/mobile data communications has been increased, and the use of smart antennas has gained much significance to enhance the network capacity, together with the developments in both high performance wireless computers and real ? time multimedia applications. In addition, there has been a remarkable interest in developing new MAC (Medium Access Control) protocols for wireless networks equipped with smart antennas to efficiently utilize the limited bandwidth resources.Smart antennas (SAs) are one of the most promising technologies that enable a higher capacity in wireless networks. SAs employ a set of radiating elements arranged in the form of an array. The signals from these elements are combined to form a steerable or switchable beam pattern that follows the desired user/users. In a SA system the arrays by themselves are not smart; it is the digital signal processing that makes them smart. With the advent of powerful, low ? cost digital signal processing technologies and the development of software ? based techniques have made SA systems a practical reality for cellular communications systems.In this thesis, a new TDMA/FDD MAC (named as AKGOEK) protocol well integrating a novel QoS management algorithm and SAs to efficiently exploit wireless resources is presented. AKGOEK supports standard ATM CBR, VBR, ABR and UBR service classes by adopting a well ? managed dynamic guarantee ? based QoS scheduling algorithm through its new dynamic slot allocation table. It mainly aims at increasing the wireless system throughput as well as improving the call ? blocking ratios and end ? to ? end delays for real ? time multimedia applications. This seamless communication enables both handling real ? time multimedia traffics in a fair manner and granting call requests on the basis of the connection types. The system has been developed, modeled and simulated using OPNET Modeler. Its analytical model has been obtained and presented in order to validate the obtained simulation results. The simulation results of an example wireless network with AKGOEK employing SAs have also been compared with those of the AKGOEK not exploiting SAs (i.e., using omni ? directional antennas) to show the impact of the proposed MAC and its application