Первая страница
Наша команда
Контакты
О нас

    Головна сторінка



М 1 етоди підвищення пропускної здатності транспортного з’єднання радіомереж зі змінною топологією на основі надширокосмугових радіосигналів

Скачати 356.7 Kb.

М 1 етоди підвищення пропускної здатності транспортного з’єднання радіомереж зі змінною топологією на основі надширокосмугових радіосигналів




Скачати 356.7 Kb.
Сторінка1/3
Дата конвертації25.03.2017
Розмір356.7 Kb.
ТипАвтореферат
  1   2   3




МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ, МОЛОДІ ТА СПОРТУ УКРАЇНИ

НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ УКРАЇНИ

«КИЇВСЬКИЙ ПОЛІТЕХНІЧНИЙ ІНСТИТУТ»

Войтенко Юрій Юрійович

УДК 621.396.

Те́хніка (від грец. techne - мистецтво, майстерність) - сукупність засобів, створених людством для обслуговування своїх потреб виробничого і невиробничого характеру. У техніці матеріалізовані знання і виробничий досвід, накопичені людством у процесі розвитку суспільного виробництва.
946


М
1
ЕТОДИ ПІДВИЩЕННЯ ПРОПУСКНОЇ ЗДАТНОСТІ ТРАНСПОРТНОГО З’ЄДНАННЯ РАДІОМЕРЕЖ ЗІ ЗМІННОЮ ТОПОЛОГІЄЮ НА ОСНОВІ НАДШИРОКОСМУГОВИХ РАДІОСИГНАЛІВ

05.12.02 – телекомунікаційні системи та мережі

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук




Київ – 2013

Дисертація на правах рукопису.

Підвищення (елевація) - кутова висота об'єкта спостереження (земного предмета, літального апарату, небесного світила тощо) над істинним горизонтом. Підвищення спільно з азимутом служить для визначення напрямку на об'єкт.
Ра́діо - область науки й техніки, пов'язана з передаванням на відстань електромагнітних коливань високої частоти - радіохвиль, з допомогою яких здійснюється зокрема радіомовлення - передача через радіо сигналів, мови, музики для необмеженої кількості слухачів.
Тра́нспорт (від лат. trans - portare) - сукупність засобів, призначених для переміщення людей, вантажів, сигналів та інформації з одного місця в інше.
Нау́ка - сфера діяльності людини, спрямована на отримання (вироблення і систематизацію у вигляді теорій, гіпотез, законів природи або суспільства тощо) нових знань про навколишній світ. Основою науки є збирання, оновлення, систематизація, критичний аналіз фактів, синтез нових знань або узагальнень, що описують досліджувані природні або суспільні явища та (або) дозволяють будувати причинно-наслідкові зв'язки між явищами і прогнозувати їх перебіг.
Технічні науки - науки, що вивчають закономірності розвитку техніки і визначають способи найкращого її використання.


Робота виконана в Національному технічному університеті України «Київський політехнічний інститут» Міністерства освіти і науки України на кафедрі телекомунікацій.
Телекомуніка́ції, також електрозв'язок (англ. Telecommunications) - передавання, випромінювання та/або приймання знаків, сигналів, письмового тексту, зображень та звуків або повідомлень будь-якого роду дротовими, радіо, оптичними або іншими електромагнітними системами.

Науковий керівник: доктор технічних наук, професор



Бунін Сергій Георгійович,

Національний технічний університет

України «Київський політехнічний інститут»,

професор кафедри телекомунікацій


Офіційні опоненти: доктор технічних наук, старший науковий

співробітник

Войтер Анатолій Петрович,

Інститут ядерних досліджень національної

Академії наук України,

заступник директора

кандидат технічних наук, доцент

Варфоломеєва Оксана Григорівна,

Державний університет інформаційно-

комунікаційних технологій,

доцент кафедри телекомунікаційних систем


Захист відбудеться «30» травня 2013 р. о 1500 год. На засіданні спеціалізованої вченої ради Д 26.002.14 в Національному технічному університеті України «Київський політехнічний інститут», 03056, м. Київ, пр. Перемоги, 37, корп. 1, ауд. 163.

З дисертацією можна ознайомитись у науково-технічній бібліотеці ім. Г.І. Денисенка НТУУ «КПІ», 03056, м. Київ, пр. Перемоги, 37.


Автореферат розісланий «24» квітня 2013 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради

доктор технічних наук, професор Л.О. Уривський


ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ
Актуальність теми. Переважна більшість наземних мобільних бездротових мереж зв'язку мають фіксовану інфраструктуру, з'єднані між собою за допомогою каналів передачі даних.
Більшість - велика частина чого-небудь, або кількісне переважання прихильників якоїсь ідеї чи рішення над їхніми противниками. Вважається найпершою засадою демократичного способу прийняття спільних рішень, головною й необхідною умовою обрання кандидата на виборну посаду.
Інфраструкту́ра (від лат. infra - «нижче», «під» та лат. structura - «будівля», «розташування») - сукупність споруд, будівель, систем і служб, необхідних для функціонування галузей матеріального виробництва та забезпечення умов життєдіяльності суспільства.
Передача даних (обмін даними, цифрова передача, цифровий зв'язок) - фізичне перенесення даних цифрового (бітового) потоку у вигляді сигналів від точки до точки або від точки до множини точок засобами електрозв'язку каналом зв'язку; як правило, для подальшої обробки засобами обчислювальної техніки.
Бездротова мережа - тип комп'ютерної мережі, яка використовує бездротове з'єднання для передачі даних й підключення до мережевих вузлів.
В останнє десятиліття велика увага приділяється створенню мобільних пакетних радіомереж, які не мають фіксованої інфраструктури - мережі стаціонарних (Ad Hoc) і мобільних абонентів (MANET).
Десятилі́ття, також - десятиріччя, декада - під десятиліттям найчастіше розуміють календарне десятиліття, період часу, що включає десять років.
Такі мережі є здатними до самоорганізації, оскільки їх вузли є не тільки кінцевими користувацькими терміналами, але і є ретрансляторами-маршрутизаторами, що ретранслюють пакети інших абонентів і беруть участь у знаходженні маршрутів до них, отже, ці мережі здатні до самоорганізації. Сфера застосування таких мереж досить широка. Так, мережі MANET корисні в пошуково-рятувальних операціях, на театрі військових дій тактичного рівня, місцях великого скупчення людей (наприклад, для обслуговування учасників конференцій), і там, де немає телекомунікаційної інфраструктури.
Застосунок, застосовна програма, прикладна програма (англ. application, application software; пол. aplikacja; рос. приложение, прикладная программа) - користувацька комп'ютерна програма, що дає змогу вирішувати конкретні прикладні задачі користувача.
Конференція - заздалегідь заплановане, організоване зібрання людей для обговорення певної проблематики, яка визначена заздалегідь.
Самоорганіза́ція - термін, який вживається для визначення процесів виникнення складних структур при відсутності нав'язаного зовнішньою дією порядку.
Пошуково-рятувальна операція (англ. Search and rescue (SAR) - комплекс заходів, який проводиться спеціально навченими та оснащеними фахівцями з організації пошукових робіт та рятування в зоні стихійного лиха, природної або техногенної катастрофи, наслідків складних погодних або географічних умов з метою евакуації (вивезення, виведення) постраждалого (постраждалих, вцілілих, поранених тощо) з місця події до безпечного місця, а також надання ним першої медичної допомоги.
Та́ктика військова (дав.-гр. taktiká - мистецтво шикування військ, від дав.-гр. tásso - шикую війська) - наймасовіша галузь та найстаріша складова (як і стратегія) воєнного мистецтва, що охоплює теорію і практику підготовки і ведення бою підрозділами, частинами, з'єднаннями.
На відміну від мереж із ієрархічною структурою і централізованим управлінням, однорангові мережі без інфраструктури складаються з однотипних вузлів, де кожен вузол має комплексом програмно-апаратних засобів, що дозволяють організувати передачу даних від джерела до одержувача безпосередньо при фізичному наявності такого шляху і тим самим розподілити навантаження на мережу і підвищити сумарну пропускну здатність мережі.
Peer-to-peer, P2P (з англ. - рівний до рівного) - варіант архітектури системи, в основі якої стоїть мережа рівноправних вузлів.
Комплексний (рос. комплексный, англ. complex, нім. komplex) - з'єднаний з будь-чим, складний; той, що являє собою комплекс будь-чого; комплексний розвиток економічних районів - планомірний, пропорційний розвиток господарства районів на основі оптимального поєднання галузей виробничої спеціалізації з галузями, що обслуговують виробництво й населення; комплексні сполуки - речовини, які утворенні сполученням двох або більше атомів, молекул або іонів.
Ієра́рхія (грец. ίεράρχίά, від ίερσς - священний, та άρχή - влада) - поділ на вищі й нижчі посади, чини; суворий порядок підлеглості нижчих щодо посади або чину осіб вищим. В ієрархії між її членами діють вертикальні зв'язки - відносини субординації.
Структу́ра (лат. structūra, англ. structure, рос. структура, нім. Struktur) - це характеристика складу та просторова картина складу об'єкта, речовини (ізотропна, анізотропна, кристалічна, аморфна, гомогенний чи колоїдний розчин, фазові суміші) взаєморозміщення формацій, частин, деталей, елементів, певний функціональний взаємозв'язок складових частин об'єкта, внутрішня будова.
Передача даних від одного абонента до іншого може відбуватися, навіть у випадку якщо ці вузли знаходяться поза зоною прямої радіо видимості. У цих випадках пакети даних цих абонентів ретранслюються іншими вузлами мережі, які мають зв'язок з кореспондуючими абонентами. Мережі з багаторазової ретрансляцією називаються багатопрольотні або многоскачковимі (multihop). При розробці таких мереж основними проблемами є маршрутизація пакетів від вузла джерела до вузла одержувачу, масштабованість мереж, адресація кінцевих пристроїв, підтримання зв'язності в умовах змінної топології.
Маршрутиза́ція (англ. Routing) - процес визначення маршруту прямування інформації між мережами. Маршрутизатор (або роутер від англ. router) приймає рішення, що базується на IP-адресі отримувача пакету.
При́стрій (англ. device, appliance, нім. Vorrichtung f, Einrichtung f) - обладнання, конструктивно завершена технічна система, що має певне функціональне призначення і за допомогою якої виконується яка-небудь робота або спрощується, полегшується певний процес.

Завдання створення ефективних алгоритмів і протоколів управління потоками трафіку бездротових мереж передачі даних Ad Hoc / MANET з використанням аналізу інформації про поточне навантаження в мережі є однією з основних проблем розподілених і самоорганізованих радіомереж. Існуючі алгоритми управління навантаженням і протоколи передачі даних для бездротових мереж Ad Hoc, і в особливості MANET, виявилися невідповідними або малоефективними при їх застосуванні для високошвидкісної передачі пакетних даних у мережах зі змінною ​​топологією.

Таким чином, виникає актуальна наукова задача - розробити методи підвищення пропускної здатності транспортного з’єднання, а також відповідних алгоритмів управління навантаженням в радіомережах зі змінною топологією.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота виконана на кафедрі телекомунікацій інституту телекомунікаційних систем та НДІ телекомунікацій НТУУ «КПІ» в рамках тем 2207-Ф «Інтелектуальні радіомережі з самоорганізацією» та 2506-Ф «Дослідження властивостей надширокосмугових імпульсних радіосигналів і розробка на їх основі принципів побудови самоорганізованих радіомереж і терміналів для них».

Мета і завдання дослідження. Метою роботи є підвищення пропускної здатності транспортного з’єднання радіомереж зі змінною топологією.
У відповідності з поставленим завданням, в дисертаційній роботі ставилися і вирішувалися такі завдання дослідження:

1.

Радіосигнал - це сигнал, що поширюється за допомогою радіохвиль.
Задача - проблемна ситуація з чітко визначеною метою, яку необхідно досягти; в більш вузькому сенсі задачею називають також цю саму мету, що дана в рамках проблемної ситуації, тобто те, що необхідно виконати.
Терміна́л (від лат. terminus - кінець, англ. terminal - кінцевий, заключний).
Принцип (лат. principium - начало, основа) - це твердження, яке сприймається як головне, важливе, суттєве, неодмінне або, принаймні, бажане. У повсякденному житті принципами називають внутрішні переконання людини, ті практичні, моральні та теоретичні засади, якими вона керується в житті, в різних сферах діяльності.
Дисерта́ція (лат. dissertatio - твір, обговорення, розсуд, доповідь) - спеціально підготовлена наукова праця на правах рукопису, яку виконують для прилюдного захисту на здобуття наукового ступеня. В Україні розрізняють дисертацію для здобуття наукового ступеня кандидата наук (кандидатська дисертація) та доктора наук (докторська дисертація).
Дослідити принципи функціонування та шляхи підвищення пропускної спроможності транспортного з’єднання радіомереж зі змінною топологією.

2. Удосконалити алгоритм побудови групових незалежних маршрутів від джерела до отримувача інформації.

3. Розробити методи управління навантаженням і напрямом передачі пакетних даних в радіомережах зі змінною топологією.

4. Оцінити ефективність запропонованих методів.

Об'єкт досліджень - процес передачі даних в радіомережах зі змінною топологією.

Предмет досліджень - методи підвищення пропускної здатності транспортного з’єднання радіомереж зі змінною топологією.

Методи дослідження. При вирішенні сформульованої наукової задачі в дисертаційній роботі були використані методи математичного моделювання (при розробці математичних моделей передачі пакетних даних у радіомережі зі змінною топологією), теорії графів і мереж (при розробці методів підвищення пропускної спроможності транспортного з’єднання), теорії розбиттів (при розробці алгоритмів визначення напрямки передачі пакетних даних) і теорії телетрафіка (при розрахунку інтенсивності трафіку в радіомережі).

Обслу́га - у військовій справі - група військовослужбовців, які безпосередньо обслуговують артилерійську систему, кулемет і інші види зброї і техніки; первинна (нижча) організаційна одиниця (підрозділ) у збройних силах багатьох держав.
Озна́чення, ви́значення чи дефіні́ція (від лат. definitio) - роз'яснення чи витлумачення значення (сенсу) терміну чи поняття. Слід зауважити, що означення завжди стосується символів, оскільки тільки символи мають сенс що його покликане роз'яснити означення.
Математи́чна моде́ль - система математичних співвідношень, які описують досліджуваний процес або явище. Математична модель має важливе значення для таких наук, як: економіка, екологія, соціологія, фізика, хімія, механіка, інформатика, біологія та ін.
Математи́чне моделюва́ння (рос. моделирование математическое; англ. mathematical simulation, нім. mathematische Modellierung f) - метод дослідження процесів або явищ шляхом створення їхніх математичних моделей і дослідження цих моделей.
Теорія графів - розділ математики, що вивчає властивості графів. Наочно граф можна уявити як геометричну конфігурацію, яка складається з точок (вершини) сполучених лініями (ребрами). У строгому визначенні графом називається така пара множин G = (V, E), де V є підмножина будь-якої зліченної множини, а E - підмножина V × V.
Алгори́тм (латинізов. Algorithmi за араб. ім'ям узб. математика аль-Хорезмі) - набір інструкцій, які описують порядок дій виконавця, щоб досягти результату розв'язання задачі за скінченну кількість дій; система правил виконання дискретного процесу, яка досягає поставленої мети за скінченний час.

Достовірність результатів. Достовірність отриманих результатів і обгрунтованість наукових положень і висновків, сформульованих у дисертації, обумовлені коректністю використаного математичного апарату, а також підтверджується збігом результатів теоретичних досліджень і експериментального моделювання.
Результат, пі́дсумок, (заст. ску́ток, вислід) - кінцевий наслідок послідовності дій. Можливі результати містять перевагу, незручність, вигоду, збитки, цінність і перемогу. Результат є етапом діяльності, коли визначено наявність переходу якості в кількість і кількості в якість.
Достовірність (validity, adequacy) - властивість інформації бути правильно сприйнятою, ймовірність відсутності помилок, безсумнівна вірність наведених відомостей, які сприймає людина. Таким чином, достовірність - не те ж саме, що істинність.
Експериме́нт (англ. experiment) - сукупність дослідів, об’єднаних однією системою їх постановки, взаємозв’язком результатів і способом їх обробки. В результаті експерименту отримують сукупність результатів, які допускають їхню сумісну обробку і зіставлення.
Теорети́чні дослі́дження - висунення і розвиток наукових гіпотез і теорій, формулювання законів та виведення з них логічних наслідків, зіставлення різних гіпотез і теорій.
Математичний апарат - сукупність математичних знань, понять і методів, що застосовуються в деякій області науки, а тому необхідних для її розуміння й успішної в ній роботи. Наприклад, математичним апаратом класичної механіки є математичний аналіз та теорія диференціальних рівнянь, математичним апаратом квантової механіки є функціональний аналіз, математичним апаратом статистики є теорія ймовірності тощо.


Наукова новизна одержаних результатів. До нових наукових результатів, отриманих в дисертаційній роботі, відносяться.

1. Вперше розроблено метод управління навантаженням і напрямом передачі даних на транспортному рівні, що враховує продуктивність транзитних вузлів-ретрансляторів і доступних маршрутів.

Відмінність розробленого методу від відомих полягає в тому, що вперше запропоновано об'єднати функції маршрутизації, зокрема пошук маршрутів до кінцевого отримувача, безпосередньо з передачею сегментів транспортного рівня. Пропонується використовувати один протокол як для маршрутизації, тобто пошуку і підтримки маршрутів, так і для передачі сегментів даних транспортного рівня, що відповідає концепції міжрівневого взаємодії (cross-layer). Використання методу дозволяє одержати виграш у часі встановлення з'єднання і швидкості відновлення з'єднання при відмові одного або декількох маршрутів, а отже, і в пропускної здатності з'єднання.

Конце́пція (лат. conceptio - розуміння) - система поглядів, те або інше розуміння явищ і процесів; єдиний, визначальний задум.
Користува́ння - добування з речей їхніх корисних властивостей (наприклад, збирати врожай, вживати продукти харчування, носити одяг і взуття). Одна з трьох класичних правомочностей власника (нарівні з володінням і розпорядженням).
Відно́влення (рос. восстановление, англ. reduction; нім. Reduktion f) -- це процес приєднання електронів речовиною, при цьому ступінь окиснення її елементів знижується.
Аналітичні дослідження та моделювання показують, що пропускна здатність з'єднання в середньому вище на 6-8% у порівнянні з відомими методами передачі пакетних даних (протоколами транспортного рівня).

2. Удосконалено алгоритм побудови групових незалежних маршрутів від джерела до одержувача інформації.

Суть удосконалення алгоритму, що визначає його новизну, полягає в тому, що він дозволяє визначати тимчасово недоступні вузли-ретранслятори, тобто вузли, де сталася втрата пакетів, на підставі середніх значень продуктивності використовуваних маршрутів, що дозволяє транспортному рівню в обминати за можливістю такі вузли. Це дозволяє управляти в режимі реального часу напрямком і інтенсивністю передачі пакетних даних, тим самим, зменшуючи ймовірність втрати сегментів даних і збільшуючи сумарну пропускну спроможність транспортного з’єднання.

Ймові́рність (лат. probabilitas, англ. probability) - числова характеристика можливості того, що випадкова подія відбудеться в умовах, які можуть бути відтворені необмежену кількість разів. Імовірність є основним поняттям розділу математики, що називається теорія імовірностей.
Можливість - це дія, що може відбутися або ні (можливо, приїду, а, можливо, і ні). Можливість можна забезпечити чи покладатись на «авось» та якось буде. Альтернатива дає шанс, але не гарантує без відповідних дій забезпечення результату і адекватності та конструктиву діяльності.
Реальний час - режим роботи автоматизованої системи обробки інформації і керування, при якому враховуються обмеження на часові характеристики функціювання.
Слід зазначити, що алгоритм передбачає використання інформації від нижчих рівнів, в рамках концепції міжрівневого взаємодії. Виграш від використання даного алгоритму побудови групових незалежних маршрутів і визначення тимчасово недоступних вузлів становить від 7 до 18% у порівнянні з використанням відомих протоколів групової маршрутизації.

3. Удосконалено метод управління навантаженням транспортного з’єднання за допомогою адаптивних інтервалів повторної передачі.

Суть методу полягає у тому, що його застосування дає змогу більш адекватно підлаштувати параметри таймеру повторної передачі транспортного з’єднання до умов функціонування конкретної радіомережі. Це дозволяє зменшити час простою системи та уникнути передачі неінформативних даних або дублювання вже переданої інформації.

Пара́метр (від дав.-гр. παραμετρέω) - відмірюю, розмірюю)(рос. параметр, англ. parameter, нім. Parameter m, Kennwert m, Kenngrösse f, Kennzahl f) - величина, що нею характеризують якусь властивість, стан, розмір або форму об'єкта, робочого тіла, процесу, явища або системи тощо.
Дублюва́ння, дубльо́ваний пере́клад або дубля́ж (від фр. double «подвійний») - вид перекладу фільмів, мультфільмів та серіалів, за якого відбувається повна заміна оригінального мовлення на іншу мову з метою транслювання фільму в країнах, у котрих не користуються мовою, якою говорять персонажі аудіовізуального твору.

4. Розглянуто ефекти від використання імпульсних надширокосмугових сигналів в радіомережах зі змінною топологією.

Показано, що використання імпульсних надширокосмугових сигналів дозволяє підвищити пропускну спроможність транспортного з’єднання і масштабованість радіомережі в цілому. У роботі показано, що використання імпульсних надширокосмугових сигналів дозволяє істотно спростити протокол випадкового множинного доступу до радіоканалу без зниження пропускної спроможності транспортного з’єднання, що надзвичайно важливо при ретрансляції пакетів транзитними абонентами в умовах частої зміни топології мережі.

Радіоканал - канал зв'язку, сукупність технічних пристроїв , що забезпечують передавання електричних сигналів на віддаль з використанням радіохвиль в певній смузі частот. Радіоканал - смуга ефіру, призначена для передавання і приймання програм мовлення на певних частотах, а також технічні засоби, які забезпечують надходження сигналу в ефір.

  1   2   3


Скачати 356.7 Kb.

  • М 1 ЕТОДИ ПІДВИЩЕННЯ
  • Войтер Анатолій Петрович
  • Варфоломеєва Оксана Григорівна
  • ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ Актуальність теми
  • Звязок роботи з науковими програмами, планами, темами.
  • Обєкт досліджень
  • Методи дослідження
  • Наукова новизна одержаних результатів.