Belaidžio ryšio tinklų terpės prieigos valdymo tyrimas

Abstract

Wi-Fi technologija tapo viena populiariausių dėl savo lankstumo ir pritaikymo galimybių. Paskutinis Wi-Fi standartas atvėrė dar didesnes galimybes integracijai 5G tinkluose. Naujas IEEE 802.11ad standartas nurodo naujas integracijos gali-mybes siekiant sukurti spartų 5G tinklą. Vienas didžiausių gamintojų „Qual-comm“ numato šio standarto integraciją 4G tinkluose siekiant padidinti duomenų perdavimo spartą. Augantis įrenginių skaičius ir nekontroliuojama radijo prieigos terpė, nebeužtikrina patikimo duomenų perdavimo šiuolaikiniuose IEEE 802.11 tinkluose. Tai ypač pasireiškia 5 GHz ir 2,4 GHz dažnių juostose. 5 GHz ir 2,4 GHz dažnių juostos dėl augančio įrenginių skaičiaus tapo perkrautos, kas lėmė tolimesnį duomenų perdavimo spartos mažėjimą. Disertacijoje nagrinėjamas Wi-Fi protokolas 2,4 GHz, 5 GHz ir 60 GHz dažnių juostose. Pagrindinis dėmesys skiriamas sistemos našumo problematikai nagrinėti sutankintuose Wi-Fi tinkluose. Šiam tikslui pasiekti nagrinėjamos vie-ningos sistemos apjungimo galimybės. Disertacijoje nustatytos pagrindinės Wi-Fi bevielės prieigos problemos – tai neefektyvi laiko paskirstymo sistema, kuri nėra pritaikyta veikti, kai aptarnaujamas didelis vartotojų skaičius. Įvadiniame skyriuje pristatoma disertacijos problema, tyrimo tikslai bei mok-slinis naujumas. Aprašoma tyrimo metodologija ir įvardijami ginamieji teiginiai. Pirmajame skyriuje analizuojama dabartinės Wi-Fi sistemos kanalo prieigos schema, aptariami rinkoje esančių įrenginių parametrai. Nagrinėjant Wi-Fi proto-kolo galimybes buvo atlikta mokslinių tyrimų analizė. Įvardintas naujas MAC veikimo modelis Wi-Fi įrenginiuose, kurio efek-tyvumas ištirtas bei įvardinti komponentai, kurie sudaro bendrą protokolo visumą. Antrajame skyriuje atlikta protokolo teorinė analizė, išnagrinėtas eterio paskirstymo protokolas, atliktos lyginamosios analizės su kitais Wi-Fi MAC lyg-mens protokolais bei analizuoti IEEE 802.11 standarte nurodyti protokolai ir jų veikimas. Tyrimo metu apibrėžtas naujas radijo kanalo paskirstymo algoritmas. Atlikti teoriniai modeliavimai komponentų sudarančių bendrą Wi-Fi sistemą. Trečiajame skyriuje atlikti eksperimentiniai palyginamieji matavimai su dabar taikomais Wi-Fi įrangos sprendimais. Aptariama kelių dažnių sistema bei pateikiami eksperimentiniai matavimų rezultatai. Įvertinus matavimo rezultatus suformuotos bendros išvados.

Over the years, consumer requirements for Quality of Service (QoS) has been growing exponentially. Recently, the ratification process of newly IEEE 802.11ad amendment to IEEE 802.11 was finished. The IEEE 802.11ad is the newly con-sumer wireless communication approach, which will gain high spot on the 5G evolution. Major players in wireless market, such as Qualcomm already are inte-grating solutions from unlicensed band, like IEEE 802.11ac, IEEE 802.11ad into their architecture of LTE PRO (the next evolutionary step for 5G networking) (Parker et al. 2015). As the demand is growing both in enter-prise wireless networking and home consumer markets. Consumers started to no-tice the performance degradation due to overcrowded unlicensed bands. The un-licensed bands such as 2.4 GHz, 5 GHz are widely used for up-to-date IEEE 802.11n/ac technologies with upcoming IEEE 802.11ax. However, overusage of the available frequency leads to severe interference issue and consequences in to-tal system performance degradation, currently existing wireless medium access method can not sustain the increasing intereference and thus wireless needs a new methods of wireless medium access. The main focal point of this dissertation is to improve wireless performance in dense wireless networks. In dissertation both the conceptual and multi-band wireless medium access methods are considered both from theoretical point of view and experimental usage. The introduction chapter presents the investigated problem and it’s objects of research as well as importance of dissertation and it’s scientific novelty in the unlicensed wireless field. Chapter 1 revises used literature. Existing and up-to-date state-of-the-art so-lution are reviewed, evaluated and key point advantages and disadvantages are analyzed. Conclusions are drawn at the end of the chapter. Chapter 2 describes theoretical analysis of wireless medium access protocols and the new wireless medium access method. During analysis theoretical simula-tions are performed. Conclusions are drawn at the end of the chapter. Chapter 3 is focused on the experimental components evaluation for multi-band system, which would be in line with theoretical concept investigations. The experimental results, showed that components of multi-band system can gain sig-nificant performance increase when compared to the existing IEEE 802.11n/ac wireless systems. General conclusions are drawn after analysis of measurement results.