Метод дистанционной маршрутизации для управления работой беспроводных ячеистых информационных систем тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.13.01, кандидат технических наук Ибрахим Фади Гассан

• Ибрахим Фади Гассан
• кандидат технических наук
• 2008

Оглавление диссертации кандидат технических наук Ибрахим Фади Гассан

Список сокращений.

Введение.

1 АНАЛИЗ И ИССЛЕДОВАНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК СУЩЕСТВУЮЩИХ БЕСПРОВОДНЫХ ЯЧЕИСТЫХ ИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМ

1.1 Принципы построения существующих беспроводных ячеистых информационных систем и управление передачей информации в них

1.1.1 Понятие и принцип работы беспроводных информационных систем с ячеистой структурой

1.1.2 Классификация беспроводных ячеистых информационных систем

1.1.3 Основные характеристики беспроводных ячеистых информационных систем

1.2 Пропускная способность как один из основных показателей работы беспроводных ячеистых информационных систем

1.3 Надежность передачи данных в беспроводных ячеистых информационных системах

1.3.1 Надежность и достоверность передачи данных в беспроводных ячеистых информационных системах

1.3.2 Управление ресурсами беспроводных ячеистых информационных систем

1.4 Определение направлений исследования диссертационной работы

2 РАЗРАБОТКА РАЦИОНАЛЬНОЙ СТРУКТУРЫ БЕСПРОВОДНОЙ ЯЧЕИСТОЙ ИНФОРМАЦИОННОЙ СИСТЕМЫ И МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ УПРАВЛЕНИЯ ЕЁ ПРОПУСНОЙ СПОСОБНОСТЬЮ

2.1 Основные характеристики каналов беспроводных ячеистых информационных систем

2.2 Определение пропускной способности беспроводной ячеистой информационной системы

2.3 Разработка структуры дистанционного управления беспроводной ячеистой информационной системой

Выводы по главе

3 СРТНТЕЗ АЛГОРИТМОВ УПРАВЛЕНИЯ РАБОТОЙ БЕСПРОВОДНЫХ ЯЧЕИСТЫХ ИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМ

3.1 Разработка метода управления возможными вариантами информационного обмена

3.2 Разработка алгоритма определения маршрута с минимальным шумом в информационных каналах

3.3 Разработка алгоритма определения минимального расстояния между передающим и принимающим узлами в беспроводной ячеистой информационной системе

Выводы по главе

4 ПРАКТИЧЕСКАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ БЕСПРОВОДНОЙ ЯЧЕИСТОИ ИНФОРМАЦИОННОЙ СИСТЕМЫ СО СРЕДСТВОМ УПРАВЛЕНИЯ И РЕЗУЛЬТАТЫ ЕЁ АПРОБАЦИИ

4.1 Экспериментальные результаты сравнения топологии беспроводных ячеистых информационных систем

4.2 Сравнение беспроводной ячеистой информационной системы со средством управления с текущими беспроводными ячеистыми информационными системами по результатам времени передачи информации

4.3 Результаты моделирования средних задержек доставки информации в беспроводных ячеистых информационных системах

Выводы по главе

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Метод дистанционной маршрутизации для управления работой беспроводных ячеистых информационных систем»

Актуальность работы. Научно-технический прогресс в сфере передачи информации движется с огромной скоростью. В настоящее время идет процесс развития беспроводных технологий. Одной из таких технологий являются беспроводные ячеистые информационные системы (БЯИС).

Основными задачами беспроводных ячеистых информационных систем являются: а) обеспечение управления прямой связью между вершинами сети без базовой станции; б) управление данными БЯИС для обеспечения связи в удаленных и труднодоступных местностях; в) обеспечение управления связью в чрезвычайных ситуациях.

На качество беспроводной связи немалое влияние оказывает пропускная способность и площадь покрытия связью. Поэтому необходимо создать модель управления беспроводной ячеистой информационной системой с высокой пропускной способностью, отвечающую всем современным требованиям.

Разработка методов и алгоритмов управления БЯИС - сложная комплексная задача, требующая согласованного решения ряда вопросов:

- выбора рациональной структуры (определяется состав элементов и звеньев системы, их расположение, способы соединения);

- выбора типа каналов передачи информации между узлами системы и оценки их пропускной способности для обеспечения управления системой;

- распределения аппаратных, информационных и программных ресурсов по звеньям беспроводных каналов; защиты прав пользователей, циркулирующих в системе;

- оптимального использования пропускной способности и расширения площади покрытия связью БЯИС.

Система должна быть проста по структуре, относительно недорога для производства, доступна для потребителей.

Целью данной работы является разработка метода дистанционной маршрутизации для управления работой БЯИС с расширением площади покрытия связью и сохранением высокой пропускной способности.

Поставленная цель может быть достигнута при условии решения следующих задач:

- исследовании характеристик БЯИС;

- разработки математической модели пропускной способности информационных каналов;

- разработки рациональной структуры БЯИС с применением дистанционного средства управления (СУ); разработки метода управления возможными вариантами информационного обмена;

- разработки алгоритма определения маршрута с минимальным шумом в информационных каналах.

Научная новизна работы заключается в разработке метода управления БЯИС, на основе которого предлагается структура БЯИС, улучшающая ее характеристики.

1. Разработана математическая модель управления пропускной способностью информационных каналов.

2. Предложена новая структура БЯИС с повышенной площадью покрытия связью и высокой пропускной способностью на основе разработанной математической модели.

3. Разработан алгоритм определения маршрута с минимальным шумом в информационном канале.

4. Разработан алгоритм определения минимального расстояния между передающим и принимающим узлами в БЯИС.

Практическая ценность работы. Разработанная структура БЯИС на основе управления данными предназначена для развития технологий управления информационным обменом, в том числе с подвижными объектами.

Разработан метод управления возможными вариантами информационного обмена.

Полученные результаты позволяют создать беспроводные системы управления работой оборудования промышленных предприятий.

Реализация и внедрение результатов. Разработанные в диссертации модели, алгоритмы использовались при выполнении научно-исследовательских работ с участием автора диссертации.

Основные результаты диссертационной работы позволяют создать беспроводные системы управления работой оборудования промышленных предприятий

Апробация работы. Работа в целом и ее отдельные результаты докладывались и обсуждались в период с 2005 по 2008 гг.

- на заочной конференции «Инновационные технологии в проектировании»;

- на международном симпозиуме «Надёжность и качество 2008»;

- на научно-технических семинарах кафедры «Конструирование и технология радиоэлектронных средств» ВлГУ.

Публикации. Основные результаты исследований опубликованы в 3 работах, в числе которых 2 статьи в изданиях из перечня ВАК, а также научно-технических отчетах о применении разработанной структуры БЯИС на базовом предприятии.

На защиту выносятся:

- математическая модель пропускной способности информационных каналов; структура БЯИС с применением дистанционного средства управления;

- метод управления обменом данными в БЯИС;

- алгоритм определения маршрута в БЯИС;

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения, изложенных на 98 страницах и иллюстрированных 36 рисунками и 9 таблицами, а также списка литературы из 76 наименований и 10 приложений.

Заключение диссертации по теме «Системный анализ, управление и обработка информации (по отраслям)», Ибрахим Фади Гассан

Выводы по главе 4

При достижении поставленной цели и решении задач были выявлены следующие результаты.

1. По экспериментальным результатам сравнения топологии БЯИС разработанная структура системы упорядочена, снижается возможность столкновений.

2. При сравнении разработанной МР-БЯИС-СУ с текущими БЯИС по результатам времени занятия системы в предлагаемой БЯИС-СУ время передачи данных меньше на 6,3 раза.

3. При моделировании МР-БЯИС-СУ доказано, что скорость передачи р данных увеличится.

-

R=1.2

--ф— —•— —♦

1 2 3 4 5 М 6 7 8 9

Заключение.

По результатам работы можно сделать следующие выводы:

1. Проведен анализ и исследование характеристик существующих БЯИС, показавший, что:

- разработка метода управления БЯИС для расширения площади покрытия связью с сохранением высокой пропускной способности информационных каналов является актуальной задачей в сфере развития технологий управления информационным обменом, в том числе с подвижными объектами;

- использование БЯИС, особенно МР-БЯИС, улучшает надёжность и достоверность передачи информации, это определяет практическую необходимость и актуальность применения этой системы;

2. Разработана структура управления БЯИС на основе использования дистанционного маршрутизатора с помощью введения канала с низкой пропускной способностью и большим расстоянием для увеличения площади покрытия связью и с сохранением высокой пропускной способности.

3. Разработана математическая модель управления пропускной способностью БЯИС на основе основных характеристик каналов.

4. Проведен синтез алгоритмов управления работой БЯИС, в результате чего:

- разработан метод управления возможными вариантами передачи информации в БЯИС;

- разработан алгоритм определения маршрута с минимальным шумом в информационных каналах;

- разработан алгоритм определения минимального расстояния между передающим и принимающим узлами в БЯИС;

- для предотвращения столкновения в БЯИС и расширения площади покрытия в её структуру целесообразно добавить дистанционный маршрутизатор-СУ.

5. Практическая реализация БЯИС-СУ и результаты апробации позволили улучшить её характеристики, решают задачи доступа многих пользователей к ограниченному ресурсу среды передачи и дают возможность помочь слабо развитым регионам получить доступ к средствам коммуникации.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Ибрахим Фади Гассан, 2008 год

1. А.В. Пантелеев, Т.А.Летова.Методы оптимизации в примерах и задачах Москва. 2005.

2. Бахвалов Н.С., Жидков Н.П., Кобельков Г.М. Численные методы -Москва. 1997

3. Безрученко С. Системы диспетчерского управления и контроля транспортных средств на базе технологий спутниковой навигации //"Информост. Средства связи" №2, 1999.

4. Бирюков А.И. GPS-система мониторинга подвижных объектов. //Системы безопасности, связи и телекоммуникаций"- №4, 1996.

5. В. Липский. Комбинаторика для программистов- Москва. 1988

6. В.М.Вишневский, А.И.Ляхов, С.Л.Портной, И.В.Шахнович. Широкополостные беспроводные сети передачи информации- Москва, 2005 592 с.

7. Васильев В. В., Баранов В. Л. Моделирование задач оптимизации и дифференциальных игр/ Отв. Ред. Пухов Г. Е. ; АН УССР. Институт проблем моделирования в энергетике Киев : Наук, думка, 1989. - 296 с.

8. Васильев О. В., Аргучинцев А. В. Методы оптимизации в задачах и упражнениях. -М. : Физматлит, 1999. 208 с.

9. Вентцель Е.С. Исследование операций М., 1972.

10. Ю.Вишневский В.М., Ляхов А.И., Портной С.Л., Шахнович И.В.

11. Широкополосные беспроводные сети передачи информации Москва. 2005

12. Гилл Ф., Мюррей У., Райт М. Практическая оптимизация. Москва. 1985.

13. Глобальная спутниковая радионавигационная система ГЛОНАСС / Под ред. В. Н. Харисова, А. И. Перова, В. А. Болдина. М.: ИПРЖР, 1998.400 с

14. Джим Гейер. Беспроводные сети. Первый шаг Москва . Санкт-Петербург .Киев, 2005

15. Евтушенко Ю. Г. Методы решения экстримальных задач и ихприменение в системах оптимизации. — М. : Наука, Главная редакция -физико- математической литературы, 1982 (Оптимизация и исследование операций).'— 432 с.

16. Зыков А.А. Теория» конечных графов Новосибирск, 1969.

17. Ибрахим Фади Гассан. Способ сохранения пропускной способности при увеличении площади ячеистой сети / Ибрахим Фади Гассан, Руфицкий М.В. // Надёжность и качество: труды / ПТУ. Пенза, 2008. - Т. 2.-С. 80-81.

18. Ибрахим Фади Гассан. Обеспечение надёжности и качества передачи данных в беспроводных ячеистых сетях // Вопросы современной науки-и практики / ТГУ. Тамбов, 2008,- Т. 2.- С. 139-143.

19. Ибрахим Фади Гассан. Проблемы расширения территории ячеистой сети // Журнал научных публикаций аспирантов и докторантов. -2008,- №3.- С. 140-142.

20. Иванова Т.И. Корпоративные сети связи Москва 2001

21. Кофман А. Введение в прикладную комбинаторику- М., 1975.

22. Леонтьев Б. К. GPS: Все, что Вы хотели знать, но боялись спросить.

23. Мэри Рандл и Крис Конли. Этические аспекты новых технологий. Обзор Москва, 2007

24. Неофициальное пособие по глобальной системе местоопределения -Москва. 2006.

25. Новиков А.Ф. Дискретная математика для программистов Спб., 2008.

26. Педжман Рошан, Джонатан Лиэри. Основы построения беспроводных локальных сетей стандарта 802.11- Москва. Санкт Петербург. Киев, 2004

27. Петров Н.Н. Местоопределение подвижных объектов на основе спутниковых навигационных систем // Специальная техника №8, 2000.

28. Пролетарский А.В., Баскаков И.В., Федотов Р.А., Бобков А.В., Чирков -Д.Н., Платонов В.А. Организация беспроводных сетей Москва, 2006

29. P.M. Ларин, A.B. Плясунов, A.B. Пяткин. Методы оптимизации: примеры и задачи — Новосибирск, 2003

30. Р.Хаггарти. Дискретная математика для программистов- Москва, 2003.

31. Ратынский М.В. Основы сотовой связи Москва, 1998

32. Рогалев А.П., Бабиченко А.В. Методы и алгоритмы интеграции данных инерциально-спутниковых навигационных систем // Авиакосмическое -приборостроение М.: Научтехлитиздат. - № 4, 2002.

33. Рябов А. Обзор средств и методов диспетчеризации, мониторинга и навигации наземного транспорта // Информационный бюллетень ГИС Ассоциации -№2, 2003.

34. Селютин В.А. Машинное конструирование электронных устройств -М., 1977.

35. Семенов Ю.В. Проектирование сетей связи следующего поколения -Спб, 2005

36. Симонов А.В., Кикнадзе Е.С., Плеханов П.Г., Трохинин Н.В. ГИС и Интернет (обзор информационных ресурсов и технологий) // Информационный бюллетень ГИС-Ассоциации. 2001. - №5(32). - С.23-27.

37. Томас Кормен, Чарльз Лейзерсон, Рональд Ривест, Клиффорд Штайн. Алгоритмы построения и анализ Москва. Санкт-Петербург. Киев, 2005

38. Шахов А.Ю., Тырков А.Н. Спутниковые технологии: навигация и диспетчеризация подвижных объектов. Информост: Средства связи. -№3(04), 1999

39. Шебшаевич В.С, Дмитриев П.П., Иванцевич Н.В. и др. Сетевые спут- -никовые радионавигационные системы. М.: Радио и связь, 1993. - 408 с.

40. А. В. Gershman, N.D. Sidiropoulos .Space Time Processing For MIMO Communications . 2005

41. A. Nasipuri, J. Zhuang, and S.R. Das, "A Multi-Channel CSMA MAC Protocol for Multi-Hop Wireless Networks," Proceedings of IEEE WCNC 1999, vol. 1, pp. 1402-1406, September 1999.

42. Adya, P. Bahl, J. PaHhye, A. Wolman, and L. Zhou, "A Multi-radio Unification Protocol for IEEE 802.11 Wireless Networks," Proceedings of IEEE Broadnets 2004, pp. 344-354, October 2004.

43. Benedikt Bollig. Formal Models of Communicating Systems. Berlin Heidelberg 2006 '

44. Bernhard H. Walke, Stefan Mangold, Lars Berlemann. IEEE 802 Wireless Systems. 2006

45. Dean A. Gratton. Developing Practical Wireless Applications.2007

46. Eric Ouellet, Robert Padjen, Arthur Pfund. Building A Cisco Wireless LAN.2002

47. Gilbert Held. Wireless Mesh Networks. 2005

48. Gour Karmakar, Laurence S. Dooley .Mobile Multimedia Communications. 2008

49. HAMID JAFARKHANI. SPACE-TIME CODING: THEORY AND PRACTICE. California. 2005

50. Handbook of Algorithms for Wireless Networking and Mobile Computing. Edited by Azzedine Boukerche. University of Ottawa. Canada. 2006

51. Henrik Schulze and Christian Luders. Theory and Applications of OFDM and CDMA. Wideband Wireless Communications. England. 2005.

52. J. Li, C. Blake, D.S.J. De Couto, H.I. Lee, and R. Morris, "Capacity of Ad Hoc Wireless Networks," Proceedings of ACM Mobicom 2001, pp. 61 69, July 2001.

53. John Bird BSc(Hons), Engineering Mathematics, CEng, CSci, CMath, FIET, MIEE, FIIE, FIMA, FCollT, Fifth edition 2007

54. Juha Korhonen. Introduction to 3G Mobile Communications. Boston • London 2003

55. Kazimierz Siwiak and Debra McKeown. Ultra-Wideband Radio Technology. 2004

56. Kendall, M.G. and Moran, P.A.P., Geometrical Probability, Griffin, London, 1963.

57. Lan Glover, Peter Grant, Digital communications. 2000

58. Leonard Kleinrock and John Silvester, OPTIMUM TRANSMISSION RADII FOR PACKET RADIO NETWORKS, Department of Computer Science, University of California at Los Angeles Los Angeles, California 90024

59. Leonard Kleinrock and John Silvester, OPTIMUM TRANSMISSION RADII FOR PACKET RADIO NETWORKS, Department of Computer Science University of California at Los Angeles Los Angeles, California 90024

60. M. Ghavami, L. B. Michael, R. Kohno .Ultra Wideband Signals and Systems in Communication Engineering. 2004

61. Maria Isabel, A. S. Neto .Wireless Networks for Developing World.2004

62. Martin Sauter. Communication Systems for the Mobile.Information Society. Nortel Networks, Germany. 2006.

63. Michele Garetto, Theodoras Salonidis, and Edward W. Knightly, "Modeling per-flow throughput and capturing starvation in CSMA multi-hop wireless networks," To appear in INFOCOM 2006.

64. Mohammad Ilyas. THE HANDBOOK OF AD HOC WIRELESS NETWORKS. Florida. 2003

65. Nathan J. Muller.Wireless A to Z. 2003.

66. P. Bahl, A. Adya, J. Padhye, and A. Wolman, "Reconsidering Wireless Systems with Multiple Radios," ACM Computer Communications Review, vol. 34, no. 5, pp. 39-46, October 2004.

67. P. Gupta andP.R. Kumar, "The Capacity of Wireless Networks." IEEE Transactions on Information Theory, vol. 46, no. 2, pp. 388-404, March 2000

68. Paul Goransson and Raymond Greenlaw. Secure Roaming In 802.11 Networks. Elsevier Inc 2007

69. Rajamani Ganesh, Kaveh Pahlavan.WIRELESS NETWORK DEPLOYMENTS. Moscow 2002

70. S. Jagadeesan, B.S. Manoj, and C. Siva Ram Murthy, "Interleaved Carrier Sense Multiple Access: An Efficient MAC Protocol for Ad hoc Wireless Networks," Proceedings of IEEE ICC 2003, pp. 1124-1128, May 2003

71. Savo Glisic, John Wiley. Advanced Wireless Communications 4G Technologies. University of Oulu, Finland. 2004

72. SYED AHSON, MOHAMMAD ILYAS . WiMAX Applications. 2008

73. SYED AHSON, MOHAMMAD ILYAS. WiMAX Technologies, Performance Analysis, and QoS. 2008

74. Taylor & Francis Group,"WIRELESS MESH NETWORKING" ,2007

75. Vijay K. Garg .WIRELESS COMMUNICATIONS AND NETWORKING. 2007.