Введение к работе
Актуальность темы. В настоящее время большое распространение получил такой класс беспроводных сетевых технологий, как беспроводные самоорганизующиеся ad hoc-сети. Такие сети предоставляют ряд принципиально новых возможностей, таких как автономность составляющих элементов, отсутствие необходимости централизованного управления и др. Каждый узел ad hoc- сети может выполнять функции маршрутизатора и принимать участие в ретрансляции пакетов данных, ad hoc-сети имеют свои специализированные протоколы маршрутизации.
В связи с возможностью самоорганизации ad hoc- сетей они активно используются для построения распределительных информационно-вычислительных сетей. Недостатком таких сетей является ограниченная полоса пропускания и зона радиовидимости сети. Существует ряд специализированных протоколов в ad hoc- сетях, совершенствованием которых в настоящее время занимается ряд научных школ академических институтов, предприятий и вузов.
Недостатком проведенных на сегодняшний день исследований является отсутствие математических моделей и методов оценки производительности ad hoc- сетей в зависимости от загруженности сети, мобильности узлов сети, решаемых на узлах сетевых задач, числа узлов и других параметров. Параметры ad hoc- сети изменяются в процессе ее функционирования, что приводит к снижению производительности сети. Для поддержания производительности сети на заданном уровне требуется динамическое изменение активного на данный момент времени протокола на другой с учётом изменения параметров сети.
Таким образом, недостаточная исследованность указанных вопросов приводит к снижению показателей эффективности функционирования ad hoc-сетей. Кроме того, принятая в настоящее время классификация протоколов не всегда позволяет оценить целесообразность применения конкретных решений для того или иного состояния сети, которое характеризуется ее параметрами.
Требуется разработка методического аппарата, позволяющего на основе анализа состояния сети, оценки ее параметров, решать задачу динамического выбора предпочтительного протокола маршрутизации.
Цель диссертационной работы состоит в совершенствовании функционирования ad hoc - сетей за счет динамического выбора протокола маршрутизации в беспроводной сети с учётом следующих параметров: мобильности узлов, числа узлов сети и классов сетевых задач, загруженных в узлах сети.
В соответствии с указанной целью в работе поставлены и решены следующие основные взаимосвязанные задачи:
Анализ алгоритмов и протоколов маршрутизации в беспроводных компьютерных сетях, особенностей маршрутизации, характеристик и параметров беспроводных сетей.
Разработка концептуальных положений архитектурно - целевого подхода к решению задачи адаптивной маршрутизации в компьютерных беспроводных сетях.
Разработка методики динамической адаптивной маршрутизации в беспроводных сетях на основе выбора предпочтительного протокола маршрутизации.
Экспериментальные оценки эффективности разработанных предложений.
Объектом исследования являются сетевые протоколы и службы передачи данных в беспроводных компьютерных сетях.
Предметом исследования является совокупность теоретических, методических и практических положений, моделей и алгоритмов маршрутизации в беспроводных компьютерных сетях.
Методы исследования. При выполнении диссертационной работы использовались теоретические положения: теории систем, теории алгоритмов, теории оптимизации, теории интеллектуальных систем и сетей.
Основные положения, выносимые на защиту
- концептуальные положения по решению задачи моделирования и анализа
процессов функционирования беспроводных компьютерных сетей и повышения
их эффективности на основе их самоорганизации, определяющие с позиции
системного подхода общие принципы формализации процессов управления
сетью, выполнения пользовательских требований, принятия маршрутизационных
решений, поддержания характеристик сети на уровне заданных требований, а
также обоснование и построение критериев эффективности на основе моделей их
архитектур. Выбор наилучшего маршрутизационного решения осуществляется в
корпоративной среде взаимодействия с учетом совокупности сетевых факторов
взаимодействия, включающих параметры качества функционирования
беспроводной компьютерной сети;
обобщенный алгоритм обоснования целесообразных параметров маршрутизационных решений, отражающий сложную итерационную процедуру их выбора на основе заданных пользователем оценочных общесистемных показателей и представления сетевой среды реализации пользовательских приложений;
- математическая модель выбора и обоснования маршрутизационного решения,
представляющая собой двухэтапную процедуру, алгоритмы и методика
динамической маршрутизации на основе применения нейросетевых технологий
выбора наиболее предпочтительного протокола маршрутизации. В качестве
исходных данных используются: структура сети, типы узлов, надежность
доставки пакетов, мобильность пользователей, задержка и флюктуация задержек,
пропускная способность чувствительность к профилю трафика, количество
потерянных пакетов, время доставки и другие параметры;
методика выбора предпочтительного протокола маршрутизации в беспроводной компьтерной ad hoc- сети в зависимости от ее состояния, архитектурной модели и целевых установок. На основе разработанной методики по заданным пользовательским требованиям, целевым факторам, параметрам управления сетью, информационно-технической структуре сети осуществляется выбор маршрутизационного решения, обеспечивающего максимальное значение показателя эффективности функционирования сети - количества обслуживаемых
запросов за единицу времени. Методика включает два этапа. На первом из них обосновывается решение о выборе предпочтительного протокола маршрутизации, а на втором - решение о целесообразности перехода на выбранный протокол. В качестве инструментального средства использована интеллектуальная нейросетевая технология, позволяющая в реальном масштабе времени принимать эффективные маршрутизационные решения.
Научная новизна
В диссертации поставлена и решена актуальная научно-техническая задача совершенствования функционирования ad hoc - сетей на основе динамического выбора метода маршрутизации.
Автором лично получены следующие новые научные результаты:
Разработаны концептуальные основы моделирования и анализа процессов функционирования беспроводных компьютерных сетей и повышения их эффективности на основе их самоорганизации, отличающиеся предложенными архитектурно-целевыми подходами к формализации методов маршрутизации беспроводных сетей, целевых установок и характеристик беспроводной коммуникационной среды. Предложенные концептуальные основы определяют с позиции системного подхода общие принципы формализации процессов управления сетью, выполнения пользовательских требований, принятия маршрутизационных решений, поддержания характеристик сети на уровне заданных требований, а также обоснование и построение критериев эффективности на основе моделей их архитектур.
Разработана математическая модель динамического управления беспроводной компьютерной сетью, позволяющая обосновать перечень параметров сетевых факторов взаимодействия, перечень целесообразных параметров маршрутизационных решений, требования к ним, отличающаяся возможностью формализации решения задачи обоснованного выбора предпочтительного протокола маршрутизации на основе архитектурно -целевого подхода с учетом пользовательских задач. Разработанная модель является новой и позволяет учитывать взаимосвязь и влияние друг на друга: информационной, технической и логической структур беспроводной компьютерной сети; методов маршрутизации и основных пользовательских требований, предъявляемых к беспроводной сети; маршрутизационных решений и базовых параметров функционирования беспроводной сети.
Разработана методика динамического выбора протокола маршрутизации беспроводной сети в зависимости от ее состояния, архитектурной модели и целевых установок с использованием интеллектуальных технологий, отличающаяся возможностью по заданным пользовательским требованиям, целевым факторам, параметрам управления сетью, информационно- технической структуре сети обеспечить получение максимального значения показателя эффективности функционирования сети - количество обслуживаемых запросов за единицу времени. Методика состоит из двух этапов, на первом из которых обосновывается решение о выборе предпочтительного протокола маршрутизации, а на втором - решение о целесообразности перехода на выбранный протокол, и отличающаяся возможностью принятия оптимального
решения по переходу на предпочтительный протокол с учетом функциональных характеристик сети (текущего состояния в узлах сети, временных затрат на переход на новый протокол с учетом пороговых значений). В качестве инструментального средства использована интеллектуальная нейросетевая технология, обеспечивающая в реальном масштабе времени принятие эффективных маршрутизационных решений.
4. Обоснована эффективность разработанной методики динамического выбора протокола маршрутизации беспроводной сети. Результаты вычислительного эксперимента подтвердили работоспособность разработанной методики, на основе которой выработаны научно обоснованные рекомендации по совершенствованию функционирования беспроводных сетей.
Практическая значимость результатов исследования заключается в том, что полученные результаты могут быть использованы для повышения качества функционирования существующих и проектируемых беспроводных компьютерных сетей путем адаптации сетевых протоколов к инициированным приложениям и задачам за счет выбора наиболее предпочтительного протокола маршрутизации беспроводной сети в зависимости от пользовательских требований, мобильности узлов и других параметров сети.
Достоверность основных результатов подтверждается корректным
использованием математического аппарата, соответствием основных
разработанных теоретических положений результатам полученных
экспериментальных данных, сходимостью результатов моделирования с имеющимися экспериментальными данными, ясной физической интерпретацией полученных результатов.
Апробация работы
Основные положения диссертации и научные выводы прошли апробацию в виде публикаций в печати и докладов на научных конференциях и семинарах: в сборниках трудов научно-технологического центра развития учебного процесса (НТЦ РУП) Московского государственного университета экономики, статистики и информатики (МЭСИ), по мере получения научных результатов они докладывались на семинарах НТЦ РУП и постоянно-действующих Научно-технических семинарах Института компьютерных технологий МЭСИ. Материалы опубликованы в 4 печатных работах объемом 2,5 п.л, одна статья опубликована в рецензируемом журнале, рекомендованном ВАК Минобрнауки РФ.
Структура и объем работы: Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения и библиографического списка литературы из 56 наименования. Диссертация содержит 140 стр. машинописного текста, 21 рисунка и 5 таблицы.
Оглавление диссертации ПЕРЕЧЕНЬ ИСПОЛЬЗУЕМЫХ СОКРАЩЕНИЙ ВВЕДЕНИЕ.
