Παροχή εγγυήσεων Ποιότητας της Υπηρεσίας σε ασύρματα δίκτυα 802.11

Abstract

Την τελευταία δεκαετία, τα τοπικά ασύρματα δίκτυα υπολογιστών (WLANs) συναντώνται σχεδόν σε κάθε τομέα της καθημερινής μας ζωής, βρίσκοντας εφαρμογή σε απλά τοπικά δίκτυα υπολογιστών και διαμοιρασμού υπηρεσιών Διαδικτύου, αλλά και σε δίκτυα αισθητήρων και ενσωματωμένα συστήματα. Ωστόσο, η ραγδαία ανάπτυξη του Διαδικτύου οδήγησε με τη σειρά της στην χρησιμοποίηση πλήθους πολυμεσικών εφαρμογών ήχου και εικόνας καθιστώντας επιτακτική την ανάγκη εξεύρεσης μηχανισμώνκαι μεθόδων παροχής αυστηρών εγγυήσεων Ποιότητας της Υπηρεσίας (QoS) ως προς την ρυθμαπόδοση και την καθυστέρηση.

Στην παρούσα εργασία, αρχικά ασχοληθήκαμε με την μελέτη, ανάλυση και πειραματική αξιολόγηση των υπαρχόντων μηχανισμών παροχής εγγυήσεων Ποιότητας της Υπηρεσίας σε ασύρματα δίκτυα τύπου IEEE 802.11, ενώ στη συνέχεια, εστιάσαμε στην επέκταση των διαθέσιμων μηχανισμών με στόχο την ικανοποίηση αυστηρών εγγυήσεων Ποιότητας της Υπηρεσίας, κυρίως όσον αφορά την ρυθμαπόδοση, στους ασύρματους κόμβους ενός ασύρματου τοπικού δικτύου 802.11.

Πιο συγκεκριμένα, εξετάζοντας τον μηχανισμό πρόσβασης μέσου EDCA του προτύπου IEEE 802.11e, εξάγαμε συμπεράσματα σχετικά με τις δυνατότητες, το εύρος χρήσης αλλά και τους περιορισμούς των παραμέτρων CW και AIFS για την διαφοροποίηση κλάσεων κίνησης ως προς την ρυθμαπόδοση. Συμπερασματικά καταλήξαμε στο ότι με κατάλληλη χρήση, οι δύο αυτές παράμετροι μπορούν να παρέχουν αξιόπιστα αποτελέσματα ως προς την διαφοροποίηση της ρυθμαπόδοσης ανάμεσα σε κλάσεις κίνησης σε ένα πραγματικό IEEE 802.11 δίκτυο.

Επίσης, μοντελοποιήσαμε και επιλύσαμε ένα πρόβλημα μεγιστοποίησης της ρυθμοαπόδοσης του δικτύου, δεδομένου ενός συνόλου αναλογικών απαιτήσεων παρεχόμενης ρυθμαπόδοσης των συνδεδεμένων κόμβων, ενώ κάνοντας χρήση μηχανισμών Ελέγχου Αποδοχής χρηστών επεκτείναμε τη παραπάνω λύση παρέχοντας αυστηρές εγγυήσεις Ποιότητας της Υπηρεσίας όσον αφορά την ρυθμαπόδοση στους χρήστες του ασύρματου τοπικού δικτύου.

Η λειτουργία των αναφερθέντων μηχανισμών καθώς και τα συμπεράσματα που αποκομίσθηκαν επιβεβαιώθηκαν κάνοντας χρήση μιας πειραματικής πλατφόρμας δοκιμών ασύρματων τοπικών δικτύων που μας παρείχε το εργαστήριο Διαχείρισης Δικτύων και Βέλτιστου Σχεδιασμού του ΕΜΠ.

Over the last decade, Wireless Local Area Networks (WLANs) can be found in almost every aspect of our everyday life, from simple local area computer networks and Internet gateways, to sensor networks and embedded systems. However, Internet’s rapid growth has led in turn to the deployment of numerous multimedia-rich applications highlighting the urgent need of efficient Quality of Service (QoS) provisioning mechanisms and methods able providing strict throughput and delay guarantees.

In this diploma thesis, initially emphasis was placed on the study, analysis and experimental evaluation of already existing Quality of Service provisioning mechanisms for IEEE 802.11 wireless networks, while next, efficient extensions were provided towards satisfying strict Quality of Service guarantees, with respect to wireless nodes’ allocated throughput.

Specifically, by studying the Media Access Control EDCA mechanism of the standard IEEE 802.11e protocol, we commented on the capabilities, the applicability and the restrictions of the CW and AIFS parameters, towards providing class categorization and traffic differentiation. Moreover, we reached the conclusion that these two parameters can, under specific circumstances, provide reliable results concerning differentiation of throughput between classes, on a real IEEE 802.11 network.

Furthermore, a network throughput maximization problem given a set of proportional requirements regarding the throughput of the connected nodes, was modeled and solved, while the adoption of Admission Control mechanisms extended the previous solution to the provisioning of strict QoS throughput guarantees to the users of the wireless network.

The operation of the aforementioned mechanisms, as well as the the derived conclusions were confirmed using an experimental platform for testing wireless local area networks provided by the laboratory of Network Management and Optimal Design of NTUA.