Леонтьев Александр Савельевич, к.т.н., старший научный сотрудник, доцент кафедры математического обеспечения и стандартизации информационных технологий, Институт информационных технологий
119454, Москва, пр-т Вернадского, д. 78
Alexander S. Leontyev, Cand. Sci. (Eng.), Senior Researcher, Associate Professor, Department of Mathematical Support and Standardization, Institute of Information Technologies
78, Vernadskogo pr., Moscow, 119454
Жматов Дмитрий Владимирович, к.т.н., доцент, доцент кафедры математического обеспечения и стандартизации информационных технологий, Институт информационных технологий
119454, Москва, пр-т Вернадского, д. 78
Scopus Author ID 56825948100
Dmitry V. Zhmatov, Cand. Sci. (Eng.), Docent, Associate Professor, Department of Mathematical Support and Standardization, Institute of Information Technologies
78, Vernadskogo pr., Moscow, 119454
Цели. Целью статьи является разработка аналитических методов оценки вероятностно-временных характеристик и производительности беспроводных сетей с методом доступа CSMA/CA, позволяющих автоматизировать процессы выбора рациональных режимов работы и снизить влияние наложений в сетях, реализующих протоколы 802.11.Методы. Использованы методы теории надежности, теории случайных процессов и теории массового обслуживания, преобразование Лапласа – Стилтьеса.Результаты. Разработан аналитический метод оценки вероятностно-временных характеристик и производительности беспроводных сетей с методом доступа CSMA/CA с учетом ограничений на время передачи информации. Метод расширяет область применимости аналитических подходов, предложенных ранее для исследования локальных сетей Ethernet. Проведен анализ сетей, которые используют метод доступа CSMA/CA. Разработана оригинальная математическая модель, позволяющая оценить различные характеристики процессов передачи пакетов в беспроводных сетях при ограничениях на время передачи. Эти характеристики включают время ожидания, время передачи пакетов, загрузку узлов и производительность сети. Для упрощения анализа и оценки различных режимов работы беспроводных сетей с методом доступа CSMA/CA был разработан программный комплекс.Выводы. Показана необходимость первоочередной разработки вложенных аналитических моделей, описывающих процессы передачи пакетов в беспроводных сетях при ограничениях на время передачи информации на канальном уровне. Это означает, что для более точного описания процессов передачи пакетов в таких сетях требуется создание более сложных моделей. Разработанный программный комплекс позволяет изучать различные варианты функционирования сети и проводить аналитические расчеты. Были проведены расчеты для оценки вероятностно-временных характеристик процессов передачи пакетов и производительности беспроводной сети. Исследования включали изменение количества рабочих станций и интенсивности потоков пакетов, поступающих в узлы сети, при ограничении времени передачи пакетов. Применение разработанных математических моделей может быть полезным при создании и оптимизации беспроводных сетей, таких как Wi-Fi-сети, сети связи на основе стандарта IEEE 802.11 и другие системы передачи данных с использованием метода доступа CSMA/CA. Такие модели и анализ на их основе различных режимов функционирования беспроводных сетей могут помочь в оптимизации производительности сетей, настройке параметров, а также при выборе емкости и конфигурации беспроводных сетей.
Objectives. The aim of this study is to develop analytical methods to evaluate the probabilistic and temporal characteristics and performance of wireless networks using the CSMA/CA access method. These methods enable the process of selecting rational operating modes to be automated and the impact of collisions in networks implementing the 802.11 protocols to be reduced.Methods. The methods employed herein include reliability theory, theory of random processes, queuing theory, and the Laplace–Stieltjes transform.Results. A problem statement is presented and developed, along with an analytical method for evaluating the probabilistic and temporal characteristics and performance of wireless networks using the CSMA/CA access method. This method considers time constraints on information transmission, thus expanding the applicability of previously proposed analytical approaches for studying Ethernet local area networks. The analysis of networks that use the CSMA/CA access method was carried out. An original mathematical model was developed that allows evaluating various characteristics of packet transmission processes in wireless networks under time constraints on the transmission. These characteristics include latency, packet transfer time, node load, and network performance. A software package was developed to simplify the analysis and evaluation of various operation modes of wireless networks using the CSMA/CA access method.Conclusions. We demonstrate the need for developing nested analytical models describing packet transmission processes in wireless networks under time constraints on link-layer transmission. This implies the development of more complex models for more exact description of packet transmission processes in such networks. The software package developed herein enables the various options for the functioning of the network to be studied and analytical calculations to be performed. Calculations were carried out, in order to assess the probabilistic and temporal characteristics of packet transmission processes and the wireless network performance. The research involved varying the number of workstations and the intensity of packet flows entering the network nodes under the time constraint on packet transmission. The application of the developed mathematical models will be useful in creating and optimizing wireless networks such as Wi-Fi networks, networks based on the IEEE 802.11 standard, and other data transmission systems using the CSMA/CA access method. Such models and the analysis based on them will be useful in optimizing network performance, adjusting parameters, as well as selecting the capacity and configuration of wireless networks.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.