Содержание к диссертации
Введение
1 Обзор беспроводных сетей и методов их исследования. Постановка задачи диссертации 9
1.1 Понятие беспроводной широкополосной сети. Классификация беспроводных сетей 9
1.2 Семейство протоколов IEEE 802.11 15
1.2.1 Уровень управления доступом к среде (МАС-уровень) протокола ШЕЕ 802.11 19
1.2.2 Физический (PHY) уровень протокола IEEE 802.11 25
1.3 Принципы построения и особенности беспроводных региональных сетей 30
1.4 Обзор методов исследования беспроводных сетей RadtoEthernet 35
2 Разработка методов сбора и обработки исходных данных для моделирования и анализа беспроводных региональных сетей RadioEthernet. 41
2.1 Московская городская беспроводная cerbRadioNet 41
2.2 Методы сбора и обработки исходных данных 44
2.2.1 Метод получения исходных данных 44
2.2.2 Способ усреднения статистических данных 48
2.2.3 Вычисление интенсивности помех 48
2.3 Анализ полученных данных 50
3 Оптимизация работы беспроводной региональной сети 55
3.1 Постановка задачи оптимизации 55
3.2 Метод оптимизации , 59
3.3 Результаты расчетов 61
4 Оценка максимальных возможностей региональных беспроводных сетей 68
4.1 Возможные коллизии в беспроводной региональной сети 68
4.2 Оценка пропускной способности беспроводной региональной сети в режиме высокой нагрузки 71
4.2.1 Метод оценки пропускной способности 71
4.2.2 Численные результаты 82
4.3 Оценка максимальной производительности беспроводной региональной сети, используемой для доступа в Интернет 88
Заключение 96
Список литературы 98
Приложение 104
- Понятие беспроводной широкополосной сети. Классификация беспроводных сетей
- Московская городская беспроводная cerbRadioNet
- Постановка задачи оптимизации
- Возможные коллизии в беспроводной региональной сети
Введение к работе
Актуальность темы диссертации.
В последние годы беспроводные сети передачи данных заняли прочные позиции в нашей повседневной жизни. Сфера их применения простирается от обеспечения взаимодействия между бытовыми приборами (например, между телефоном и телефонной гарнитурой, компьютером и монитором и т.д.) до построения сетей передачи данных городского и, даже, регионального масштаба. В механизмах и протоколах беспроводных средств, используемых для построения сетей, должны учитываться особенности конкретных приложений, причем стоимость этих устройств должна быть разумной в рамках области их применения. Построение беспроводных сетей передачи данных регионального масштаба на определенных территориях (например, в удаленных сельских регионах Российской Федерации) является единственным экономически оправданным и самым перспективным решением проблемы так называемого «информационного неравенства». При создании беспроводных сетей передачи данных наибольшее распространение получили устройства на базе технологии RadioEthemet, ориентированной на обеспечение беспроводного доступа к информационным ресурсам. Из-за трудностей, связанных с отсутствием общепринятого стандарта, и как следствие этого, несовместимости между собой оборудования различных производителей, доля использования этих устройств до 1997 г, была незначительна, С появлением в конце 1997 г. первой версии стандарта ШЕЕ 802Л1 и окончательным его принятием в 1999 г., началось широкое применение беспроводных технологий при создании как локальных, так и сетей городского и регионального масштаба.
Широкое внедрение беспроводных сетей выдвигает в ряд первоочередных
задач разработку методов оптимизации их работы и оценки производительности
v беспроводных региональных сетей. Проблемам разработки математических
моделей сетей передачи данных посвящено значительное количество работ. Среди наиболее известных работ, посвященных этим проблемам, следует отметить работы российских и зарубежных ученых: Г.П. Башарина, ПЛ. Бочарова, О.М. Брехова, В А. Васенина, В,М. Вишневского, PJL Добрушина, А.Н. Дудина,
B.C. Жданова, НА. Кузнецова, В.В. Кульбы, РА. Минлоса, А.В.Печинкина, BJC Попкова, В.В. Рыкова, С.Н. Степанова, G. Balbo, S.C Braell, L. Fratta, L. Kleinrock, M. Olivetty и др. Среди аналитических работ, посвященных исследованию протокола IEEE 802.11 и оценке производительности построенных на его базе беспроводных сетей, наиболее значимыми являются работы В.М. Вишневского, А.И. Ляхова, G. Bianchi, F. Cali, М. Conti, Е. Gregory, J. Weinmiller- Особенности региональных беспроводных сетей при оценке их производительности достаточно полно отражены в ряде работ, однако недостатками этих работ является, во-первых, предположение о том, что восходящий трафик в беспроводной сети содержит только TCP-подтверждения, а во-вторых, не учитывается возможное использование механизма RTS/CTS станциями сети, хотя именно этот механизм нацелен на решение основной проблемы региональных беспроводных сетей - проблемы скрытых станций. Таким образом, математический аппарат исследования эффективности и оценки производительности городских и региональных беспроводных сетей передачи данных, базирующихся на протоколе IEEE 802,11, является недостаточным для получения адекватных оценок показателей производительности и оптимизации работы сети. Кроме того, остается открытым вопрос о получении достоверных исходных данных для моделирования беспроводных региональных сетей,
В связи с этим, целью диссертационной работы является разработка комплекса методов измерения, анализа и аналитического моделирования региональных беспроводных сетей на базе протокола IEEE 802Л1 для оценки их производительности и оптимизации их функционирования.
Методы исследования.
Для достижения поставленной цели, в диссертационной работе используются методы теории вероятности, математической статистики, вычислительной математики и имитационного моделирования.
Научная новизна работы,
разработаны методы сбора и обработки исходных данных для моделирования и анализа беспроводных региональных сетей RadioEthemet;
получены исходные данные для моделирования беспроводных региональных сетей RadioEthemet, отражающие характер реального Интернет-трафика;
разработаны методы оптимизации работы беспроводных соединений:
проведено исследование эффективности и оптимизация механизма фрагментации пакетов;
разработан алгоритм выбора оптимального порога фрагментации и переключения скоростей передачи;
впервые разработаны аналитические модели региональных беспроводных сетей, функционирующих на базе протокола IEEE 802.11, позволяющие оценить их максимальные возможности как в режиме высокой нагрузки, так и в режиме обеспечения доступа в Интернет пользователям этих сетей, учитывающие возможности применения станциями сети не только механизма базового доступа, но и механизма RTS/CTS;
на основе разработанных аналитических моделей проанализирована эффективность работы региональных беспроводных сетей.
Практическая ценность и реализация результатов.
Результаты работы внедрены и используются на практике, что подтверждено сооїветствующими актами. В соответствии с разработанным алгоритмом выбора оптимального порога фрагментации и переключения скоростей разработана и реализована система мониторинга и автоматической подстройки параметров работы беспроводной региональной сети, работающей на базе протокола ШЕЕ 802 Л1. Эта система внедрена в таких крупных беспроводных сетях, как сеть RadioNet ИППИ РАН и сеть ЗАО «НТЦ ФИОРД».
Результаты оценки максимальных возможностей беспроводных региональных сетей позволяют равномерно распределять нагрузку на радиосоты с учетом требований абонентов сетей, что использовалось при разработке, реализации и эксплуатации беспроводных сетей, перечисленных выше, а также корпоративной сети ОАО «Якутскэнерго» в г. Якутске и опорной беспроводной сети г. Обнинск.
Также теоретические и практические результаты работы в настоящее время широко используются при разработке протокола централизованного опроса и проектировании серии радиомодемных средств «Рапира» ИППИ РАН,
Апробация результатов работы:
Основные результаты диссертации докладывались и обсуждались на:
- Международной конференции «Информационные сети, системы и
технологии» (1СМА8Те-2001,Минск);
Международной конференции по информационным сетям, системам и технологиям (МКИССиТ-2002, Санкт-Петербург);
Международном семинаре «Распределенные компьютерные и телекоммуникационные сети. Теория и приложения» (DCCN-2003, Москва);
Международном семинаре «Информационные сети, системы н технологии» (ИССиТ-2005, Москва);
Семинарах ИППИ РАН,
Основные публикации по теме диссертация*
По теме диссертации опубликовано 8 научных работ (из них 3 статьи в ведущих научных журналах - [2],[11],[12]; 5 - тезисы докладов на ведущих международных конференциях - [3], [8], [9], [15], [14])- Все работы выполнены в неразделимом соавторстве. Наиболее значимыми работами являются [8], [12] и [14].
Структура и объем диссертационной работы.
Диссертация состоит из введения, четырёх глав, заключения, списка литературы, включающего 47 наименований, и приложения. Работа изложена на 103 страницах и содержит 34 рисунка и 4 таблицы.
Понятие беспроводной широкополосной сети. Классификация беспроводных сетей
Конец 20-го и начало 21-го веков ознаменовались бурным количественным и качественным ростом сетей передачи информации. Эта тенденция, которая очевидно сохранится в ближайшие десятилетия, хорошо иллюстрируется беспрецедентным ростом сети Интернет, охватившей все страны мира. Локальные сети, являющиеся основой автоматизаіщи деятельности отдельных предприятий и фирм, и распределенные сети, охватывающие города, регионы и континенты, проникли во все сферы человеческой деятельности, включая экономику» науку, культуру, образование, промышленность и, даже, государственное управление, Современные сети обеспечивают пользователям широкий набор услуг, таких, как электронная почта, передача факсимильных и голосовых сообщений, работа с удаленными базами данных в реальном масштабе времени, службы новостей и другие услуги. На базе сетей передачи информации реализуются: дистанционное обучение, телемедицина, телеконференции, электронные магазины, каталоги товаров и услуг, поисковые системы, электронные СМИ и т,д.
Быстрый рост числа компьютерных сетей, успехи в развитии проводных и беспроводных средств связи сопровождаются непрерывной сменой сетевых технологий, направленной на повышение быстродействия и надежности сетей, возможности интегрированной пере дачи данных, голоса и видеоинформации.
В последние годы беспроводные сети передачи данных становятся одним из основных направлений развития сетевой индустрии. Бурное развитие сетей этого класса в России и во всем мире, о котором многие говорят как о беспроводной революции в области сетей передачи данных, объясняется наличием целого ряда присущих им достоинств. К ним относятся: - гибкость архитектуры сети, когда обеспечивается возможность динамического изменения топологии сети при подключении, передвижении и отключении мобильных пользователей без значительных потерь времени; - высокая скорость передачи информации (до 1 Гбит/с); быстрота проектирования и реализации, что критично при жестких требованиях к времени построения сети; высокая степень защиты от несанкционированного доступа; - отказ от дорогостоящей прокладки или аренды оптоволоконного или медного кабеля. Беспроводные сети различного типа и назначения повсеместно окутывают весь мир и занимают лидирующие позиции в информатизации общества и интеграции цифровых услуг. Область применения беспроводных сетей поистине огромна - базовые станции сотовых телефонных сетей связаны между собой без проводов; в крупнейших бизнес-центрах, аэропортах и ресторанах предоставляется беспроводной доступ в Интернет. Наконец, сотовые телефоны, фотоаппараты и КПК взаимодействуют между собой и с различными периферийными устройствами при помощи беспроводных средств связи. Для четкого разделения областей применения беспроводных сетей передачи данных (БСПД) необходима их классификация. Классификация чего бы то ни было - задача не благодарная, поскольку и критериев классификации можно разработать достаточно много, и реальные объекты могут не укладываться в четкие границы определенного класса, да и по мере развития устоявшиеся системы классификации могут устаревать. Все это справедливо и для беспроводных сетей передачи данных. Поэтому остановимся на наиболее популярных способах ранжирования различных беспроводных систем. Обычно БСПД подразделяют: - по способу обработки первичной информации - на цифровые и аналоговые; - по ширине полосы передачи - на узкополосные, широкополосные и сверхширокополосные; - по локализации абонентов - на подвижные и фиксированные; - по географической протяженности - на персональные, локальные, региональные (городские) и глобальные; - по виду передаваемой информации - на системы передачи речи и данных. Вполне справедливы и системы градации на основе используемой технологии (спутниковые сети, атмосферные оптические линии и т.п.), по назначению и т,д. Поскольку в центре нашего внимания находятся цифровые беспроводные широкополосные системы, приведем их отличительные признаки, охарактеризовав и "сопредельные" системы- Термин «беспроводная система связи» определяется легко - отсутствует соединительный провод (оптоволоконный или медный кабель). Также относительно просто определить, цифровая система или нет. К цифровым относят системы, у которых входная аналоговая информация (например, голос, аналоговый телевизионный сигнал и т.п.) первоначально преобразуется в цифровую (дискретную) форму. Однако уже здесь возникает некоторая нечеткость, В самом деле, любой сигнал при передаче через физический канал имеет чисто аналоговый вид, он в принципе не должен быть дискретным (чем дальше форма сигнала от бесконечной синусоиды, тем больше паразитных гармоник и связанных с ними неприятностей), чего добиваются специальными методами. Поэтому термин "цифровая система" говорит только о том, что в ней входящие аналоговые данные оцифрованы и обрабатываются (фильтрация, скремблирование, коммутация) преимущественно цифровыми методами.
Московская городская беспроводная cerbRadioNet
Сразу после принятия и апробации протокола IEEE 802.11 мировое сообщество осознало, что за технологией RadioEthernet стоит будущее беспроводных средств передачи данных. Крупнейшие компании-производители аппаратно-программных телекоммуникационных средств начали выпуск беспроводных устройств, основанных на данном протоколе- Первыми «ласточками» среди этого оборудования стали радиомосты и ISA-платы WaveLan и Aironet Arlan, работающие на базе протокола IEEE 802.11. Эти устройства изначально были значительно дешевле устройств радиорелейной связи, что обуславливает их популярность и моментальное распространение по всему миру.
Согласно протоколу, эти устройства использовали технологию расширения спектра DSSS и работали в радиочастотном диапазоне 2400-2483 МГц, называемом также ISM-диапазоном (Industrial, Scientific and Medical band). В подавляющем большинстве стран мирового сообщества этот диапазон предоставлен для свободного использования (т.е. не требует разрешений регулирующих органов). Однако, на территории Российской Федерации использование данного диапазона частот регулировалось Государственным радиочастотным центром (ПСРЧ) и Главгоссвязьнадзором России. Институт проблем передачи информации Российской Академии Наук {ИППИ РАН) получил лицензию на использование радиосредств с шумоподобным сигналом в диапазоне 2,4 ГГц и является единственным государственным частотным оператором в г-Москве.
На базе оборудования Aironet Arlan в рамках межведомственной программы «Создание национальной сети компьютерных телекоммуникаций для науки и высшей школы» при поддержке Министерства промышленности науки и технологий, а также Российского Фонда Фундаментальных Исследований (РФФИ) Институтом была создана беспроводная городская иредн&шшша дяя высокоскоростного беспроводного подключения органюаїїкй науки, культуры,, образования:, а также других государственных структур г „Москвы к сети Интернет. Сеть имеет сотовую структуру, при этом единый цевтр управлений сетью рншшложш в ИЇІГЕИ РАН, п базовые станции с веенапрамеппьши антеннами (т.е. антешшга е круговой диаграммой їшпращїсштости) щу-тт-пепы да высотных зданиях (Кудринская шь Президиум РАН и МГУ) и соединены между собой, а также с ЩіЛЙ РАН онгавилоконньши линиями связи (см. Рис. 2.1). году, в опязш с принятием протокола ШЕЕ 802,1 lbf сі&лн появлягьет беепрешодї-ше устройства на базе этот протокола, причем конкуренция в этой сфере значительно возросла - беспроводные модули стали выпускать практически все крупные компшши-нрошводители телекоммуникационных устройств, такие как Intelf 04.ink, ПР. Cisco, Liicctil, ВсссжСош и др. Вследствие конкурентной борьбы на рынке, сшили деть беспроводных устройств е каждым годом приближалась к стоимости проводных шатагов для локальных сетей- й всё же, основными «законодателями моды» в этом направлении являются компании Cisco, Lucent (теперь - Avaya) и Alvarion. Вследствие того, что компания Cisco фактически приобрела компанию Aironet, беспроводные устройства этой компании имеют те же физические интерфейсы, что и Aironet Arlan. Поэтому, когда возникла необходимость в расширении пропускной способности базовых станций сети RadioNet, ИППИ РАН принял решение о замене оборудования Aironet Arlan на Cisco Aironet 340/350, работающего в строгом соответствии с протоколом IEEE 802.1 lb.
В настоящее время к сети RadioNct подключено более 60 организаций науки и образования. Учитывая тот факт, что каждая такая организация обладает локальной сетью, включающей порядка 100 компьютеров, общее количество компьютеров, подключенных в Интернет с помощью сети RadioNet, составляет порядка 6000, Зачастую абонентами сети RadioNet являются не только локальные сети отдельных организаций науки и образования, но и целые «кусты» таких организаций. В этом случае локальные сети одного «куста» связываются между собой проводными средствами связи, образуя единое информационное пространство, которое подключается в Интернет с помощью беспроводных технологий. В таких случаях, беспроводное соединение осуществляется по принципу «точка-точка» с пропускной способностью до 11 Мбит/с, обеспечиваемое установкой отдельной направленной антенны на базовой станции ИППИ РАН.
В связи с постоянно растущим количеством абонентов сета RadioNet и ограниченными возможностями подключения новых организаций но основным принципам «точка-многоточка» и «точка-точка», для организации базовых станций ИППИ РАН был предложен и использован более прогрессивный метод -секторирование антенны в сочетании с интегрированием и единым управлением беспроводных устройств при четкой азимутальной ориентации секторных антенн и их развязки по направленности радиоизлучения с использованием вертикальной и горизонтальной поляризации в смежных секторах. Такое решение позволило в несколько раз увеличить количество абонентов и суммарную пропускную способность базовой станции (до 44 Мбит/с). Сеть RadioNet является идеальным испытательным стендом для изучения работы протокола IEEE 802.11b, так как в ее топологии отражены все особенности региональных беспроводных сетей и, что особенно важно, она используется множеством организаций для доступа к сети Интернет в повседневной работе. В данной главе разрабатываются методы сбора и обработки исходных данных для моделирования и анализа беспроводных региональных сетей, основанных на технологии RadioEthernet. На базе этих методов создается система сбора и анализа реальных данных о работе сети RadioNet, о динамических характеристиках трафика, проходящего через эту сеть, и характере искажения пакетов из-за радиопомех. Далее эти сведения обрабатываются с помощью статистических методов, и, таким образом, создается детальный отчет не только о динамике и характере загруженности сети, о параметрах беспроводного трафика и об искажениях передаваемых пакетов, возникающих в результате городских радиопомех, но и об эффективности самого протокола IEEE 802.11 и его способности адаптироваться к реальным условиям работы. В дальнейшем, полученные данные используются при разработке методов оптимизации работы и методов оценки производительности беспроводных региональных сетей.
Постановка задачи оптимизации
Как известно, процессы в телекоммуникационной сети носят стохастический характер. Как утверждается в работе [31], эти процессы относятся к классу setf-similar, или самоподобных процессов. Особенностью этих процессов является медленное, полиномиальное убывание функции автокорелляции, что выражается в сильных биениях графика, изображающего изменения параметра процесса, причем биения не пропадают при усреднениях по большому промежутку времени. В дальнейшем планируется проверить гипотезы о характере трафика и ошибок. Цель же данной главы несколько иная: исследовать зависимость характеристик работы сети от различных факторов, таких как время суток, рабочий или выходной день. Основной интересующей нас характеристикой является среднее значение того или иного параметра, например, интенсивность трафика. Очевидно, что это значение будет существенным образом меняться в зависимости от времени суток, например, ночью оно будет существенно меньше, чем днем. С другой стороны, обнаруживаются большие случайные колебания этой интенсивности, если интервал усреднения выбран слишком коротким. Поэтому, чтобы свести случайные колебания к минимуму, но не упустить из виду особенности, связанные с суточным изменением характеристик, выбран интервал усреднения, равный одному часу.
Искажения передаваемых фреймов в общем случае происходят в результате воздействия как радиопомех, так и коллизий, причем принимающая станция не может определить конкретную причину искажений, что является особенностью протокола IEEE802.il. В региональной беспроводной сети оконечные станции скрыты друг от друга, что приводит к большой вероятности коллизий передаваемых ими фреймов. Фреймы, передаваемые базовой станцией, искажаются в результате коллизии только в случае одновременного начала передачи с базовой станции и с оконечной станции - станции назначения, но этот случай можно считать очень маловероятным. Таким образом, почти все искажения пакетов, передаваемых базовой станцией, происходят только из-за городских радиопомех [5]. Этот факт используется для оценки интенсивности радиопомех -Bit Error Rate, BER,
Оценка BER производится в предположении, что биты искажаются независимо друг от друга с равной вероятностью, которая медленно меняется со временем. По определению BER, фрейм длиной / бит искажается с вероятностью р, = 1 - ехр(-/ BER). Очевидно, значение BER мало и поэтому приблизительно равно вероятности искажения одного бита. Способ снятия статистики не позволяет точно определить длину конкретного пакета, поэтому будем считать, что все фреймы, содержащие пакеты, имеют одинаковую длину /, равную средней длине за исследуемый интервал времени. Тогда р] можно оценить как р] , где К число пакетов, на которые не было получено подтверждение, то есть, пренебрегая вероятностью искажения фрейма подтверждения приема на MAC уровне (АСК-фрейма), число повторов передачи. Значение R соответствует значению МГО-переменной statRadRetries, полученной с беспроводного моста, а N - число удачно дошедших пакетов, находимое из МІВ-переменной StatThruRiTxPktTotal. Искомое BER выражается из предыдущих формул и равно: при этом средняя длина / выражается следующим образом: Видно, что BER вычисляется при множестве предположений, поэтому результат следует воспринимать как оценочный. Основную погрешность вносит предположение о том, что все пакеты имеют одинаковую длину. На самом деле, конечно, длины пакетов различны, причем более длинные пакеты имеют большую вероятность исказиться и поэтому будут чаще встречаться среди повторяемых. К сожалению, распределение длин пакетов невозможно описать каким-либо простым законом, так как оно зависит от используемых сетевых протоколов. Например, при передаче файла по протоколу TCP, он будет разбит на множество пакетов, имеющих одинаковую длину, и один - последний пакет - будет иметь меньшую длину. Таким образом, чтобы оценить распределение хотя бы в этом случае, придется сделать предположение о распределении длин файлов. В реальной сети данные передаются многими способами, поэтому итоговое распределение получает причудливый вид, меняющийся от часа к часу.
Еще одним фактором, искажающим результат, является сомнительность допущения о независимом характере искажения бит. Как утверждается в работе [47], радиопомехи носят характер длительных всплесков, затрагивающих множество бит, а, возможно, и множество пакетов. На данном этапе не представляется возможным подтвердить или опровергнуть это предположение, так как за 10-секундный период снятия статистики через эфир успевают пройти сотни пакетов. Искажение нескольких пакетов подряд из-за всплеска помех и искажение такого же количества пакетов из-за случайного изменения отдельных бит для нас неотличимы. В дальнейшем будут рассмотрены возможности проверки данной гипотезы, а пока решено остановиться на предположении о независимых искажениях отдельных бит данных.
Возможные коллизии в беспроводной региональной сети
Особенности работы региональных беспроводных сетей уже рассматривались в разделе 1.3. В этом разделе мы рассмотрим описание этих особенностей, подробно анализируя возможные коллизии как базовой станции с оконечными, так и между оконечными станциями.
На Рис. 4.1 показаны случаи возникновения коллизий, возможные в радиосоте региональной беспроводной сети (см. Рис. L5), интервал SIFS не показан- Длины фреймов, передаваемые ОС и БС, не фиксированы; кроме того, предположим, что базовая станция использует только механизм базового доступа, а оконечная станция может использовать также и механизм RTS/CTS, при этом оконечные станции не «слышат» друг друга.
Введение в рассмотрение механизма RTS/CTS (в отличие от предшествующих работ [4], [7] и [44]) для оконечных станций не случайно, так как обмен фреймами RTS и CTS между ОС и БС позволяет зарезервировать канал на время, необходимое для передачи фрейма данных. Фрейм RTS содержит адреса отправителя и получателя, а также планируемое время передачи, а БС копирует в фрейм CTS из фрейма RTS информацию о длительности передачи и рассылает всем оконечным станциям, Поле длительности передачи в фрейме RTS (и соответственно CTS) содержит выраженное в микросекундах время передачи информационного фрейма плюс фрейма CTS, длительности трех интервалов SIFS и подтверждения приема. Все ОС станции принимают фрейм CTS, извлекают из него информацию о длительности планируемой передачи t и помещают ее в вектор резервирования сети (Net Allocation Vector, NAV). Станция не может начать передачу, если таймер NAV не равен нулю. Использование NAV для определения статуса канала «занято/свободно» является частью механизма виртуального определения занятости среды передачи. На Рис. 4.1 наглядно проиллюстрирована работа этого механизма (см, случай «Успех ОС»), ОСІ посылает фрейм RTS, БС, получив фрейм RTS и узнав планируемое время передачи, создает фрейм CTS и рассылает его остальным станциям. Остальные станции (ОС2) переходят в режим ожидания (wait) и ждут истечения таймера NAV.
Теперь рассмотрим случаи возникновения коллизий в сети на примере трех станций. Пусть в некоторый момент г0 БСЭ «слышащая» все остальные станции» начинает передачу к ОС2 (см. Рис. 4.1). Тогда коллизия возможна только в случае, если какая-либо ОС также попытается передавать в интервале (/0 -,f0 +S). Рассмотрим два случая: 1) длина фрейма от БС больше чем длина фреймов от любой ОС; 2) длина фрейма от БС меньше чем длина фреймов от ОС. Случай 1, Передача БС окончится неудачей из-за коллизии, если в коллизии участвует ОС2, Попытки остальных ОС не мешают БС передавать фрейм DATA и принимать фрейм АСК, так как: а) любая станция не прослушивает канал в течение своей передачи; б) ОС 2 не «слышит» остальные оконечные станции и успешно принимает фрейм DATA от БС. Таким образом, при коллизии, в которой участвуют как БС, так и ОС 2, искажаются все передаваемые фреймы (по аналогии с разделом 1.3, назовем такую коллизию разрушающей Б-коллизией, см. Рис. 4.1), независимо от соотношения их длин, а если ОС 2 не участвует в коллизии, то данная Б-коллизия является неразрушающей для БС (хотя, конечно, фреймы других станций будут искажены и для оконечных станций это будет разрушающей коллизией), кроме ситуации, рассматриваемой в случае 2. Следует отметить также, что фрейм RTS всегда меньше любого фрейма DATA и второй случай не может иметь место, если оконечные станции всегда используют механизм RTS/CTS. Пусть в интервале (r0-sf0 + 8)начнет передавать станция ОСІ, не являющаяся станцией назначения БС, причем длина фрейма от ОСІ будет больше чем от БС. Тогда этот кадр «столкнется» с подтверждением, идущим от ОС2, и для БС также произойдет разрушающая Б-коллизия (см. Рис. 4.1). Коллизии оконечных станций рассмотрены в разделе 1.3, при этом использование оконечными станциями механизма RTS/CTS не вносит каких-либо изменений в описанную схему. Оценка пропускной способности беспроводной региональной сети в режиме высокой нагрузки В данном разделе разрабатываются методы оценки пропускной способности региональной беспроводной сети, находящейся в режиме высокой нагрузки, с учетом влияния помех и «скрытности» оконечных станций друг от друга, а также того, что длины фреймов различны, и что ОС используют два механизма передачи данных: базового доступа и RTS/CTS, а БС - только механизм базового доступа.
Как и в [6], [19], [22] и [42] режим высокой нагрузки означает наличие непустых очередей на всех станциях сети, включая и базовую станцию. Мы можем ввести это предположение, если рассмотрим сеть в которой, например, проводится видеоконференция между пользователями региональной сети. Это предположение также допустимо, если мы рассматриваем только активные станции сети, т.е. станции, очереди которых не пусты, считая, что их число не меняется в течение достаточно долгого промежутка времени,
