An analytical model of IEEE 802.11 DCF for multi-hop wireless networks and its application to goodput and energy analysis
Çok-sekmeli telsiz ağlar için bir analitik IEEE 802.11 DCF modeli ve modelin ulaştırılan iş ile enerji analizine uygulanması
- Tez No: 270516
- Danışmanlar: DOÇ. DR. EZHAN KARAŞAN
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2010
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İhsan Doğramacı Bilkent Üniversitesi
- Enstitü: Mühendislik ve Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 207
Özet
Bu tezde, çok-sekmeli telsiz ağlarda saklı düğümleri göz önüne alan ve geniş bir trafik yük aralığında çalışan analitik bir IEEE 802.11 DCF modeli meydana koymaktayız. IEEE 802.11 DCF'e dayalı çok-sekmeli telsiz ağlarda, çarpışmaların ve yeniden iletimlerin sebep olduğu hız azalmasıyla saklı terminalleri göz önüne alan bir ulaştırılan iş modeli; ve ek olarak, üstel geri çekilme, donma mekanizması ve düğümlerin kulak misafiri olmalarından kaynaklanan enerji harcamalarını içeren bir enerji modeli önerilmiş ve farklı sekme sayısının ulaştırılan iş ve enerji performansına etkisinin araştırılmasında kullanılmıştır. Dahası, ağ ve trafik durumuna göre en uygun yolatama yöntemini belirleyen bir uyarlanır yolatama algoritması ortaya atılmıştır.Ulaştırılan iş açısından bakıldığında sonuçlar şöyledir: Hafif trafik altında paket üretim hızı baskındır ve herhangi bir sekme yöntemi eşdeğerde uygundur. Orta şiddette trafikte eşzamanlı gönderimler baskındır ve çok-sekmeli yolatama daha kârlıdır. Şiddetli trafik varlığında ise artan paket çarpışmaları ve trafik sıkışıklığı nedeniyle çok-sekmeli gönderim kararsız olmakta ve doğrudan gönderim ulaştırılan işi arttırmaktadır. Üretilen iş (throughput) açısından bakıldığında, üretilen işin trafik yükünden çok ağ topolojisine bağımlı olduğu, çok-sekmeli iletimin büyük ağlar için en uygunken doğrudan iletimin küçük ağlar için üretilen işi arttırabildiği gösterilmiştir.Enerji açısından bakıldığında benzer sonuçlar elde edilmektedir: Hafif trafikte, boş durumda tüketilen enerji baskın olup herhangi bir sekme yöntemini yaklaşık olarak en uygun yapmaktadır. Orta şiddette trafik altında, boş ve alış durumundaki enerji harcaması baskınlaşıp çok-sekmeli gönderim en uygun olmakta en uygun sekme sayısı ara düğümlerde harcanan işlem gücü ile değişmektedir. Çok ağır trafik yük durumunda, artan paket çarpışmaları nedeniyle çok-sekmeli iletim kararsız hale gelmekte ve direkt gönderim daha enerji-verimli olmaktadır.Yolatama yönteminde sekme sayısının ulaştırılan iş ve enerji verimliliğini, herbiri benzer mesafeleri kateden daha kısa sekmelerin kullanılmasının mümkün olduğu, büyük ve homojen ağlarda, daha çok etkilediği gözlenmiştir. Sonuçlar, MAC seviyesinde kanal kapışmasını göz önüne alan ve sekme yöntemini dinamik olarak değiştiren çapraz-katmanlı bir yolatama yaklaşımının, gerçek bir telsiz ağda ağ trafik yükü zaman içinde değişirken ulaştırılan işi en az %18 arttırdığını ve en az %21 enerji tasarrufu sağladığını göstermiştir. Daha kısa sekmelerin mümkün olduğu yoğun ağlarda ulaştırılan iş %222 kadar artmış ve enerji tasarrufu %68'e çıkmıştır.
Özet (Çeviri)
In this thesis, we present an analytical model for the IEEE 802.11 DCF in multi-hop networks that considers hidden terminals and works for a large range of traffic loads. A goodput model which considers rate reduction due to collisions, retransmissions and hidden terminals, and an energy model, which considers energy consumption due to collisions, retransmissions, exponential backoff and freezing mechanisms, and overhearing of nodes, are proposed and used to analyze the goodput and energy performance of various routing strategies in IEEE 802.11 DCF based wireless multi-hop networks. Moreover, an adaptive routing algorithm which determines the optimal routing strategy adaptively according to the network and traffic conditions is suggested.Viewed from goodput aspect the results are as follows: Under light traffic, arrival rate of packets is dominant, making any routing strategy equivalently optimal. Under moderate traffic, concurrent transmissions dominate and multi-hop transmissions become more advantageous. At heavy traffic, multi-hopping becomes unstable due to increased packet collisions and excessive traffic congestion, and direct transmission increases goodput. From a throughput aspect, it is shown that throughput is topology dependent rather than traffic load dependent, and multi-hopping is optimal for large networks whereas direct transmissions may increase the throughput for small networks.Viewed from energy aspect similar results are obtained: Under light traffic, energy spent during idle mode dominates in the energy model, making any routing strategy nearly optimal. Under moderate traffic, energy spent during idle and receive modes dominates and multi-hop transmissions become more advantageous as the optimal hop number varies with processing power consumed at relay nodes. At the very heavy traffic conditions, multi-hopping becomes unstable due to increased collisions and direct transmission becomes more energy-efficient.The choice of hop-count in routing strategy is observed to affect energy-efficiency and goodput more for large and homogeneous networks where it is possible to use shorter hops each covering similar distances. The results indicate that a cross-layered routing approach, which takes energy expenditure due to MAC contentions into account and dynamically changes therouting strategy according to the network traffic load, can increase goodput by at least %18 and save energy by at least 21% in a realistic wireless network where the network traffic load changes in time. The goodput gain increases up to 222% and energy saving up to 68% for denser networks where multi-hopping with much shorter hops becomes possible.
Benzer Tezler
- İşbirliğine dayalı ortam erişim kontrol protokolü tasarımı ve analizi
Cooperative medium access control protocol design and analysis
MUHAMMET ALİ KARABULUT
Doktora
Türkçe
2021
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiYıldız Teknik ÜniversitesiElektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. HACI İLHAN
- Designing and performance analysis of efficient and reliable medium access control protocols for vehicular ad hoc networks
Araçsal tasarsız ağlar için verimli ve güvenilir ortam erişim kontrol protokollerinin tasarımı ve performans analizi
A F M SHAHEN SHAH
Doktora
İngilizce
2020
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiYıldız Teknik ÜniversitesiElektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. HACI İLHAN
- Adaptive optimization of EDCA parameters for qos in multimedia applications
Çoklu ortam uygulamalarında servis kalitesi için EDCA parametrelerinin optimizasyonu
ALPARSLAN MUSTAFA ÇİL
Yüksek Lisans
İngilizce
2009
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiBoğaziçi ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MEHMET AKAR
PROF. DR. EMİN ANARIM
- Araçsal ağlar için ortam erişimi analizi
Media access analysis for vehicular networks
OSMAN TOKER
Yüksek Lisans
Türkçe
2019
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiYıldız Teknik ÜniversitesiElektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MEHMET SERDAR UFUK TÜRELİ
- Traffic and mobility aware delay modeling for software-defined networks (SDN)
Yazılım tanımlı ağlar için trafik ve hareket duyarlı gecikme modeli
MÜGE ÖZÇEVİK
Doktora
İngilizce
2019
Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrolİstanbul Teknik ÜniversitesiBilgisayar Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. BERK CANBERK