Оптимизация плотных сетей Wi-Fi

Плотные сети Wi-Fi, характеризующиеся высокой концентрацией точек доступа и пользовательских устройств, создают серьезные проблемы для надежной и эффективной беспроводной связи. В таких условиях производительность часто ограничивается не пиковыми скоростями передачи данных, а наличием взаимных помех в одном канале и частыми коллизиями, вызванными одновременными передачами. Чтобы повысить эффективность в плотных сценариях, семейство стандартов Wi-Fi IEEE 802.11 вводит механизмы, такие как пространственное повторное использование (англ.: spatial reuse, SR), множественный доступ с ортогональным частотным разделением (англ.: orthogonal frequency division multiple access, OFDMA) и координированный доступ.

OFDMA — один из основных механизмов выполнения многопользовательских передач, введенный в стандарте IEEE 802.11ax. Разделяя канал на небольшие частотно-временные ресурсные блоки, OFDMA позволяет одновременно выполнять передачи нескольким пользователям. Такой подход уменьшает накладные расходы на передачу служебной информации, снижает борьбу за доступ к каналу и повышает эффективность использования спектра, особенно для восходящего трафика и для сценариев с нисходящим трафиком с большим числом активных пользователей, передающих небольшие пакеты. С помощью OFDMA можно добиться существенного увеличения производительности Wi-Fi по сравнению со стандартным использованием случайного доступа. Также был предложен алгоритм распределения ресурсных блоков, демонстрирующий преимущества OFDMA в сценариях с несколькими точками доступа. Кроме того, использование OFDMA снижает задержки в сети, что особенно важно для приложений, чувствительных к задержкам, таких как приложения виртуальной или расширенной реальности.

Координированный OFDMA (англ.: Co-OFDMA) обобщает многопользовательское планирование радиоресурсов для нескольких точек доступа, что позволяет назначать одновременные передачи на непересекающиеся частоты и параллельно выполнять передачи разными точками доступа. Координированное использование OFDMA и прямых соединений повышает надежность передачи VR-трафика без ухудшения качества обслуживания фонового трафика. Также был предложен алгоритм распределения радиоресурсов для системы Co-OFDMA с несколькими точками доступа и большим числом пользователей VR, который позволяет существенно увеличить емкость сети, доводя число удовлетворенных пользователей приложений виртуальной реальности до 90%.

Был проанализирован эффект взаимодействия механизмов SR в стандарте IEEE 802.11ax с выбором скорости передачи и показано, что стандартные алгоритмы управления скоростью передачи часто неэффективно используют SR. Предложен статистический алгоритм управления скоростью передачи, учитывающий интерференцию, вызванную SR, что существенно повышает пропускную способность и снижает задержки в плотных сценариях.

Рассмотрен координированный SR, включающий совместную оптимизацию мощности передачи и времени использования канала. Предложен алгоритм на основе метода ветвей и границ, который увеличивает суммарную пропускную способность при сохранении отношения справедливости между пользователями. Также представлен централизованный облачный подход для повышения энергоэффективности беспроводных сетей с помощью настройки параметров, таких как мощности передачи и пороги чувствительности устройств. Разработан алгоритм совместного использования Co-OFDMA и SR, обеспечивающий устойчивый прирост эффективности использования Wi-Fi по сравнению с раздельным применением Co-OFDMA или SR.

Список актуальных публикаций:


      2023
    1. Evgeny Khorov, Vyacheslav Loginov, Mary Mirzoian. M-TDLS: Enhancement of VR Quality of Service Using Coordinated OFDMA and Direct Links. //2023 IEEE Conference on Standards for Communications and Networking (CSCN). – IEEE, 2023. – С. 408-412. https://doi.org/10.1109/CSCN60443.2023.10453194.

      2. 2021
    2. Dmitry Bankov, Evgeny Khorov, Sergei Tutelian, Dmitri Shmelkin. IEEE 802.11ax OFDMA Resource Allocation with Frequency-Selective Fading. //Sensors. – 2021. – Т. 21. – №. 18. – С. 6099. https://doi.org/10.3390/s21186099.

      3. 2020
    3. Evgeny Khorov, Alexander Krotov, Ian F. Akyildiz, Anton Kiryanov. Enhancing the Energy Efficiency of Dense Wi-Fi Networks Using Cloud Technologies. Automation and Remote Control. 2020. Vol. 81, No. 1, pp. 82-95.

      4. 2018
    4. Evgeny Khorov, Aleksei Kureev, Andrey Lyakhov, Ilya Levitsky. Testbed to Study the Capture Effect: Can We Rely on This Effect in Modern Wi-Fi Networks. In proc. of IEEE International Black Sea Conference on Communications and Networking, Batumi, Georgia, 2018 .
    5. Evgeny Khorov, Alexander Krotov, Anton Kiryanov. Joint Power Control and Time Division to Improve Spectral Efficiency in Dense Wi-Fi Networks. In proc. of IEEE International Black Sea Conference on Communications and Networking, Batumi, Georgia, 2018 .
    6. Dmitry Bankov, Evgeny Khorov, Andrey Lyakhov, Andre Didenko. OFDMA Uplink Scheduling in IEEE 802.11ax Networks. In Proc. of IEEE International Conference on Communications (ICC), Kansas City, USA, 2018 .

      7. 2017
    7. Dmitry Bankov, Evgeny Khorov, Vyacheslav Loginov, Andrey Lyakhov, Andre Didenko. IEEE 802.11ax Uplink Scheduler to Minimize Delay: a Classic Problem with New Constraints. In Proc. of IEEE International Symposium on Personal, Indoor and Mobile Radio Communications (IEEE PIMRC\\\\\\\'17), Montreal, Canada, 2017.