Control Systems and Computers

https://doi.org/10.15407/csc.2022.02.056

Voiter A.P. Adaptive Control at The Link Layer of the Packet Radio Networks.  Control Systems and Computers. 2022. № 2. С. 56-63.

УДК 621.39

Войтер Анатолій Петрович, доктор технічних наук, старший науковий співробітник, заступник директора Інституту ядерних досліджень НАН України, проспект Науки, 47, Київ 03028, Україна, E-mail: voiter@kinr.kiev.ua; тел. 044-525-50-35, 050-412-68-90; ORCID: https://orcid.org/0000-0003-4693-1364

Адаптивне управління на канальному рівні пакетних радіомереж

Вступ. Невід’ємною частиною сучасних телекомунікаційних систем є радіомережі з пакетною комутацією. Їх архітектура, принципи побудови та функціонування мають дві головні відмінності, зумовлені використанням радіоканалу. Перш за все вони вразливіші до завад різного походження на фізичному рівні, що накладає обмеження на розмір довжини пакетів даних. Друга відмінність зумовлена тим, що за своєю природою  радіоканал є моноканальною структурою, яка потребує певних правил для абонентів, за якими вони мають координувати свої передачі. Ці правила регламентовані протоколами управління доступом до радіоканалу, завданням яких є  забезпечення максимальної ефективної швидкості передачі  в умовах непередбачуваної змінності локальної концентрації абонентів, а відтак і інтенсивності трафіку. Радіоканал є обмеженим природним ресурсом. Тому його ефективне використання є актуальним науково-технічним завданням. Один із шляхів її вирішення – використання адаптивного управління пропускною здатністю радіомереж з конкурентним доступом до радіоканалу.

Мета статті: Визначення впливу довжини пакету на ефективну швидкість передачі радіомереж з урахуванням параметрів, форматів і процедур фізичного та канального рівнів при використанні протоколу МАС з гнучкою стратегією конкурентного доступу до радіоканалу.

Методи. Поставлена мета досягається створенням та аналізом математичної моделі ефективної швидкості передачі в радіомережах. Модель описується рівнянням для ефективної швидкості передачі, яка є функцією як ймовірності безконфліктної передачі протоколу MAC, так і коефіцієнта відхилення розміру пакета даних від оптимального для протоколу LLC з урахуванням ймовірність пошкодження пакетів у радіоканалі.

Результати. Доведено, що стратегія керування для розглянутого гнучкого адаптивного протоколу MAP забезпечує збільшення ефективної швидкості передачі на 16%. У цьому випадку існує і може бути розраховане оптимальне збільшення довжини пакетів даних для кожного набору параметрів мережі, таких як фізична швидкість передачі, ймовірність пошкодження одного біта інформації перешкодами в радіоканалі, структура пакету протоколів LLC. Збільшення довжини пакетів понад оптимальної призводить до зниження ефективної швидкості передачі.

Висновки. Запропонована математична модель є інструментом для розрахунку як пропускної здатності радіомережі, так і оптимального відхилення довжини пакету даних при адаптивному управлінні конкурентним доступом до радіоканалу з жорсткою стратегією в умовах значних коливань інтенсивності трафіку та змін в інтенсивності перешкод в радіоканалі.

 Завантажити повний текст в PDF (англійською).

Ключові слова: радіомережі, перешкоди, конкурентний доступ, математична модель, адаптивне керування, пакет.

1. Бунин С.Г., Войтер А.П., Ильченко М.Е., Романюк В.А. Самоорганизующиеся радиосети со сверхширокополосными сигналами. Київ: Наукова думка, 2012. 444 с.
2. Чернега В.С., Глатц Э., Виниченко С.А. Оценка потенциальной эффективной скорости передачи данных на транспортном уровне с сетях 802.11b. Вісник СевНТУ: Зб. наук. пр. Вип. 131. Серія: Інформатика, електроніка, зв’язок. 2012. С. 32–36.
3. Кулик А.Я. Визначення параметрів передавання інформації в розподілених комп’ютерних системах. Вісник Хмельницького національного університету.2010. №5. С. 212–215.
4. Гуляєв К.Д., Каптур В.А., Тіхонов В.І. Принципи організації адаптивної взаємодії відкритих систем. Наукові вісті Національного технічного університету України ‘’Київський політехнічний інститут”. 2012. №2. C. 7–15.
5. T.Raisinghani, S.Iyer, “Cross-layer design optimizations in wireless protocol stacks”, Computer Communications. 2004. Vol 27, P. 720–724.
6. Бунин С.Г., Войтер А.П. Адаптивні протоколи множинного доступу зі змінною довжиною пакетів. Наукові вісті Національного технічного університету України ‘’Київський політехнічний інститут”.2007. №5. C. 25–29.
7. Войтер А.П. Эффективность адаптивного управления длиной пакетов в радиосетях передачи данных. Управляющие системы и машины. 2018. № 2. C. 80–86.
8. Войтер А.П. Комплексний аналіз ефективної швидкості передачі в адаптивних пакетних радіомережах. Наукові вісті Національного технічного університету України ‘’Київський політехнічний інститут”.2013. № 6. C. 7–12.
9. Назаров А.А., Цой С.А. Общий подход к исследованию марковских моделей сетей передачи данных, управляемых статическими протоколами случайного множественного доступа. Автоматика и вычислительная техника. 2004. № 4. С. 73–85.

Надійшла 09.02.2022