Анализ временной задержки передаваемых пакетов пользователями в точке радиодотсупа системы WI-FI на основе имитационного моделирования

Содержание

Введение

Глава 1. Основы построения и нормативная база современных систем радиодоступа

1.1. Принципы организации широкополосного беспроводного доступа и механизмы управления средой передачи

1.2. Анализ требований Минцифры России и ГОСТ к качеству передачи пакетного трафика в сетях общего пользования

Глава 2. Исследование временных параметров передачи данных в беспроводных каналах

2.1. Математическое описание задержек в алгоритмах множественного доступа к радиоресурсу

2.2. Сравнительный анализ производительности точки доступа при различных сценариях абонентской активности

Глава 3. Программная реализация модели и практические рекомендации по снижению задержек

3.1. Разработка и верификация модели точки радиодоступа Wi-Fi в программной среде моделирования

3.2. Продукт исследования: методика настройки параметров QoS для минимизации латентности в инфокоммуникационной сети

Заключение

Список использованной литературы

ВЫПУСКНАЯ КВАЛИФИКАЦИОННАЯ РАБОТА

Анализ временной задержки передаваемых пакетов пользователями в точке радиодоступа системы Wi-Fi на основе имитационного моделирования

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы выпускной квалификационной работы обусловлена стремительным ростом числа беспроводных абонентских устройств и объема передаваемого трафика в инфокоммуникационных сетях Российской Федерации. Согласно данным Минцифры России, к 2026 году количество подключений к сетям Wi-Fi превысит 250 миллионов устройств, что создает повышенную нагрузку на точки радиодоступа и требует обеспечения нормативных показателей качества обслуживания. В условиях цифровизации экономики и массового перехода на дистанционные формы взаимодействия временная задержка передачи пакетов становится критическим параметром, непосредственно влияющим на качество видеоконференций, облачных сервисов, потокового мультимедиа и промышленного интернета вещей. Превышение допустимых значений латентности приводит к деградации пользовательского опыта, снижению производительности бизнес-процессов и несоответствию требованиям национальных стандартов качества связи.

Современные точки радиодоступа стандартов IEEE 802.11ac и IEEE 802.11ax эксплуатируются в условиях высокой плотности абонентских терминалов, интенсивной взаимной интерференции и разнородного трафика с различными требованиями к задержкам. Механизмы множественного доступа к среде передачи CSMA/CA, применяемые в технологии Wi-Fi, характеризуются вероятностным характером доступа к радиоканалу, что в условиях насыщения сети приводит к увеличению коллизий, повторных передач и, как следствие, к росту задержек. Анализ временных параметров передачи пакетов методами имитационного моделирования позволяет на этапе проектирования сети прогнозировать поведение системы при различных сценариях нагрузки и разрабатывать обоснованные рекомендации по настройке параметров качества обслуживания.

Степень разработанности проблемы в отечественной научно-технической литературе характеризуется наличием фундаментальных исследований в области теории массового обслуживания применительно к беспроводным сетям, выполненных специалистами МТУСИ, СПбГЭТУ «ЛЭТИ», ФГУП «НИИР». Вопросы оптимизации параметров Quality of Service в сетях стандарта IEEE 802.11 рассматривались в работах российских ученых, посвященных анализу механизмов Enhanced Distributed Channel Access и приоритезации трафика. Вместе с тем, динамика развития стандартов беспроводной связи и появление новых сценариев использования требуют актуализации методик расчета задержек с учетом специфики отечественной нормативной базы и условий эксплуатации оборудования в инфокоммуникационных сетях общего пользования.

Цель выпускной квалификационной работы – исследование временных задержек передачи пакетных данных пользователями в точке радиодоступа системы Wi-Fi методами имитационного моделирования и разработка практических рекомендаций по минимизации латентности в инфокоммуникационных сетях.

Для достижения поставленной цели сформулированы следующие задачи:

• изучить принципы организации широкополосного беспроводного доступа и механизмы управления средой передачи в стандартах семейства IEEE 802.11;
• проанализировать требования Минцифры России и национальных стандартов к качеству передачи пакетного трафика в сетях общего пользования;
• выполнить математическое описание задержек в алгоритмах множественного доступа к радиоресурсу с учетом специфики протокола CSMA/CA;
• провести сравнительный анализ производительности точки доступа при различных сценариях абонентской активности и типах трафика;
• разработать и верифицировать имитационную модель точки радиодоступа Wi-Fi в программной среде моделирования;
• сформировать методику настройки параметров QoS для минимизации латентности в инфокоммуникационной сети с обоснованием практических рекомендаций.

Объектом исследования является точка радиодоступа беспроводной инфокоммуникационной сети стандарта IEEE 802.11, функционирующая в условиях множественного абонентского доступа.

Предметом исследования выступают временные задержки передачи пакетных данных пользователями в беспроводном канале связи и параметры качества обслуживания, влияющие на величину латентности.

Методологическая база исследования включает теоретические основы построения инфокоммуникационных сетей, теорию массового обслуживания, математический аппарат анализа систем с конкуренцией за ресурс, методы имитационного моделирования дискретных систем. В качестве расчетных методов применяются аналитические выражения для оценки задержек в алгоритмах случайного множественного доступа, вероятностные модели поведения станций в насыщенном режиме, численные методы статистической обработки результатов моделирования. Инструментальную основу составляют программные среды имитационного моделирования сетевых процессов. Нормативно-техническая база исследования опирается на Федеральный закон № 126-ФЗ «О связи», приказы Минцифры России, устанавливающие показатели качества услуг связи, ГОСТ Р 53801-2010, ГОСТ Р 58324-2018, стандарты IEEE 802.11, рекомендации МСЭ-Т, решения Государственной комиссии по радиочастотам.

Научная новизна работы заключается в адаптации математических моделей задержек протокола CSMA/CA к условиям эксплуатации точек радиодоступа в российских инфокоммуникационных сетях с учетом требований отечественных нормативных документов, а также в разработке методики настройки параметров качества обслуживания, ориентированной на минимизацию латентности при обслуживании разнородного трафика пользователей.

Теоретическая значимость исследования состоит в систематизации подходов к анализу временных параметров беспроводных сетей стандарта IEEE 802.11, уточнении аналитических соотношений для оценки задержек с учетом вероятностных характеристик доступа к среде, обобщении требований национальной нормативной базы к показателям качества передачи пакетных данных.

Практическая значимость работы определяется возможностью применения р

…