Многошаговые беспроводные сети (Mesh-сети)

Коллективом WNL накоплен обширный опыт в области исследования многошаговых беспроводных самоорганизующихся сетей (МБСС), известных как mesh-сети и сети MANET (Mobile Ad hoc Networks). В ходе выполнения ряда проектов были впервые разработаны аналитические модели функционирования сетей стандарта IEEE 802.11s, учитывающие несовершенство механизма случайного множественного доступа и проблему самоинтерференции потоков. Ключевым результатом стало выявление причин неравномерного распределения пропускной способности между соединениями, что было впоследствии подтверждено экспериментально.

Особое место в заделе занимают работы по механизму детерминированного доступа (MCCA). Нами не только выявлены недостатки MCCA (в частности, низкая надежность передачи в условиях помех), но и впервые построены математические модели передачи мультимедийного трафика постоянной интенсивности с использованием резервирования канала. Разработанные модели систем массового обслуживания с повторами и «нетерпеливыми» заявками позволили рассчитать минимальный объем ресурсов для гарантированного выполнения требований QoS к доле потерь и задержкам.

В области сетевых протоколов нами проведен глубокий анализ метрик маршрутизации. Показана несостоятельность использования единой метрики в гетерогенной среде IEEE 802.11s. Впервые обоснована необходимость внедрения многометричной маршрутизации, учитывающей класс трафика (unicast/multicast) и механизм доступа к каналу. Предложены и исследованы оригинальные алгоритмы выбора маршрутов для надежной многоадресной рассылки.

Критически важным результатом является разработка теоретических основ управления соединениями (link management) в мобильных mesh-сетях. Предложенные алгоритмы позволяют уже на этапе обнаружения соседей отсеивать нестабильные линки, что кратно повышает устойчивость маршрутов. Соответствующая работа коллектива была удостоена награды Best Paper Award на престижной международной конференции IEEE ISWCS 2012 (Париж), а развитие данной темы отмечено грантом Student Grant на IFIP Wireless Days 2012 (Дублин).

Значительный объем работ выполнен с использованием передовой среды имитационного моделирования NS-3. Коллективом ИППИ РАН разработана и внедрена в открытый исходный код NS-3 детальная модель стека протоколов Wi-Fi Mesh (IEEE 802.11s), включающая реализацию как механизмов случайного доступа (EDCA), так и детерминированного доступа (MCCA). Это позволило не только верифицировать наши аналитические модели, но и предоставить мировому научному сообществу инструмент для проведения исследований.

Коллектив принимал активное участие в проекте Евросоюза FLAVIA (FP7) в 2010-2013 гг., отвечая за блок распределенного управления доступом к среде. Результаты были высоко оценены экспертами Еврокомиссии. Помимо этого, велись работы в рамках проекта CELTIC PLUS «Survivable Ad hoc Network for 4G and beyond», где коллектив участвовал в разработке архитектуры многошаговых сетей на базе технологий 4G и перспективных беспроводных систем.

Накопленный научный задел прошел апробацию не только в академической среде, но и в жестких требованиях индустриальных заказчиков. В рамках сотрудничества российской компанией разработанные нами протоколы одноадресной и многоадресной маршрутизации для подвижных mesh-сетей продемонстрировали многократное превосходство над существующими коммерческими аналогами по показателям производительности и устойчивости к динамике топологии.

Список актуальных публикаций: