Τα τελευταία χρόνια, η χρήση ασύρματων δικτύων που βασίζονται στο πρωτόκολλο 802.11 εμφανίζει σημαντική εξάπλωση. Η επιτυχία τους αυτή μπορεί να αποδοθεί στην εκμετάλλευση ελεύθερα διαθέσιμων περιοχών του φάσματος, στη διαλειτουργικότητα που επιτυγχάνεται με την τήρηση των κανόνων του προτύπου, στο χαμηλό τους κόστος και πάνω απ όλα στη δυνατότητα να παρέχουν πρόσβαση στο διαδίκτυο χωρίς τους περιορισμούς των ενσύρματων δικτύων. Ένα σημαντικό σενάριο εφαρμογής τους είναι το αποκαλούμενο «hot-spot» σενάριο, το οποίο παρέχει πρόσβαση στο διαδίκτυο σε κινούμενες ομάδες χρηστών τόσο σε δημόσιους όσο και σε ιδιωτικούς χώρους. Στα πλαίσια αυτού του σεναρίου, μηχανισμοί που παρέχουν διαφοροποίηση υπηρεσίας, εγκυώνται τη δίκαιη διαμοίραση των πόρων του δικτύου και βελτιώνουν την συνολική του απόδοση, αποτελούν προϋπόθεση για την υποστήριξη των σύγχρονων, δικτυακά απαιτητικών, εφαρμογών. Ωστόσο η επίτευξη των παραπάνω στόχων στα ασύρματα δίκτυα αντιμετωπίζει σημαντικά προβλήματα. Τα εκρηκτικά λάθη τοπικού χαρακτήρα κατά τη μετάδοση πληροφορίας στο ασύρματο μέσο, η αδικία στη διαμοίραση πόρων μεταξύ της κίνησης που αποστέλεται στο σταθμό βάσης (uplink) και της κίνησης που προέρχεται από αυτόν (downlink), καθώς και η μείωση της συνολικής απόδοσης λόγω των πολλαπλών ρυθμών μετάδοσης που υποστηρίζει το φυσικό επίπεδο του πρωτοκόλλου 802.11 αποτελούν ενδεικτικά προβλήματα που καθιστούν την απευθείας χρήση των γνωστών αλγορίθμων διαφοροποίησης υπηρεσίας που χρησιμοποιούνται στα ενσύρματα δίκτυα αναποτελεσματική. Λόγοι όπως οι παραπάνω έχουν οδηγήσει στην ανάπτυξη μιας πληθώρας νέων αλγορίθμων, κατάλληλα προσαρμοσμένων στις ιδιαιτερότητες των ασύρματων δικτύων. Λίγοι όμως από τους αλγόριθμους αυτούς μπορούν να υλοποιηθούν με αποτελεσματικό και αποδοτικό τρόπο χωρίς να απαιτούνται αλλαγές στο πρωτόκολλο 802.11. Στην εργασία αυτή, προτείνουμε ένα δυναμικό CBWFQ (Class-Based Weighted Fair Queuing) σχήμα, κατάλληλα προσαρμοσμένο στις ανάγκες των ασύρματων δικτύων, το οποίο διαφοροποιεί την παρεχόμενη υπηρεσία ως προς το ρυθμό λήψης και μετάδοσης δεδομένων ανά κόμβο, βελτιώνει την δίκαιη διαμοίραση των πόρων του δικτύου και την συνολική του απόδοση. Ο προτεινόμενος μηχανισμός βασίζεται σε ένα ορισμό της δικαιοσύνης που είναι σημαντικά διαφορετικός από αυτόν που από αυτόν που ακολουθείται από το πρωτόκολλο πρόσβασης μέσου του 802.11, και ο οποίος λαμβάνει υπόψη τον χρόνο κατάληψης του ασύρματου καναλιού από κάθε ασύρματο κόμβο. Η απευθείας εφαρμογή αυτού του μοντέλου δικαιοσύνης θα απαιτούσε σημαντικές μεταβολές στο πρωτόκολλο 802.11. Για τον λόγο αυτό προτείνουμε μία προσέγγιση που βασίζεται στη δυναμική μεταβολή των βαρών του μηχανισμού CBWFQ, επιτρέποντας την υλοποίηση του στο επίπεδο του δικτύου χωρίς μεταβολή στο πρωτόκολλο 802.11. Ο δυναμικός μηχανισμός αποτελείται από δύο αλγορίθμους που χρησιμοποιούν πληροφορία από διαφορετικά επίπεδα του προτύπου OSI προκειμένου να μεταβάλουν τα βάρη του CBWFQ σχήματος με τρόπο που να αντιμετωπίζει συνδυασμένα τα σημαντικά προβλήματα των ασύρματων δικτύων, όπως τα τοπικά σφάλματα μετάδοσης, την ανεξέλεγκτη μετάδοση πληροφορίας προς το σταθμό βάσης και την μείωση της απόδοσης λόγω των πολλαπλών ρυθμών μετάδοσης. Το προτεινόμενο σχήμα υλοποιήθηκε σε ένα πειραματικό δίκτυο και τα πειραματικά αποτελέσματα επιβεβαίωσαν την αποτελεσματικότητα του.
(EL)
The last few years, wireless networks based on the IEEE 802.11 protocol, experience a tremendous growth. Their success can be attributed to utilization of unlicensed spectrum, interoperability granted by adherence to a standard, low cost, ease of installation and above all provision of untethered access to Internet resources. Nowadays, the prominent deployment scenario for 802.11 wireless networks is the so-called hot-spot scenario which provides access to nomadic users in both public (hotels, airports, etc.) and private (offices, conferences, etc.) environments. Within this scenario, mechanisms that support service differentiation, guarantee fairness and improve performance, are a prerequisite for supporting the modern demanding applications. Provision of service differentiation in wireless networks is hindered by several factors such as, location dependent channel errors, uplink-downlink unfairness and performance reduction due to the multirate physical layer. Nevertheless, a plurality of such mechanisms has been proposed at various levels in the protocol hierarchy. Few of the proposed solutions, however, provide a mechanism that can be implemented in a feasible and effective way without requiring alternation of the 802.11 medium access control (MAC) layer. In this thesis we propose a dynamic Class Based Weighted Fair Queuing (CBWFQ) scheme, properly adapted to the wireless network particularities, that differentiates service on a per node basis, improves fairness and enhances utilization of the network resources. The proposed mechanism is based on a definition of fairness inherently different from the fairness perspective of the 802.11 MAC layer. Fairness is expressed in terms of channel occupation time shares; a way that suits best the multirate physical layer of 802.11. However, a direct implementation of this fairness scheme would require significant changes at the MAC layer of 802.11. In order to avoid this requirement, we propose an approach that is based on dynamically adjusting the weights of a CBWFQ scheme and enables the implementation of our mechanism solely at the network layer. The mechanism is comprised of two algorithms that utilize cross-layer information to periodically adjust the weights of a CBWFQ scheme in a way that collectively deals with significant issues of WLANs, such as location dependent channel errors, incontrollable uplink traffic and unfairness due to multiple transmission rates. The proposed scheme was implemented on an experimental test bed and the conducted experiments confirmed its resultfulness in real life scenarios.
(EN)
