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Modelagem analítica da vazão de redes sem fio baseadas na norma IEEE 802.11ah

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Elétrica, 2018.

Main Author: Soares, Stephanie Miranda
Other Authors: Carvalho, Marcelo Menezes de
Format: Dissertação
Language: Português
Published: 2019
Subjects:
IEEE 802.11 (Normas)
Sistemas de comunicação sem fio
Engenharia elétrica
Redes sem fio
Redes de computação - protocolos
Online Access: http://repositorio.unb.br/handle/10482/33929
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id ir-10482-33929
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spelling ir-10482-339292019-01-31T20:41:41Z Modelagem analítica da vazão de redes sem fio baseadas na norma IEEE 802.11ah Soares, Stephanie Miranda Carvalho, Marcelo Menezes de IEEE 802.11 (Normas) Sistemas de comunicação sem fio Engenharia elétrica Redes sem fio Redes de computação - protocolos Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Elétrica, 2018. Inúmeras tecnologias promissoras foram desenvolvidas desde a concepção da Internet das Coisas (IoT, do inglês Internet of Things) que poderão modificar diferentes aspectos em nosso cotidiano. Tendo em vista o rápido crescimento da IoT, foi criado o grupo de tarefa IEEE 802.11ah para o desenvolvimento de uma nova norma Wi-Fi para lidar com os principais desafios da IoT, que são a conectividade de muitos dispositivos com recursos de energia limitados a um único ponto de acesso e o aumento do alcance das transmissões para distâncias muito maiores do que aquelas tipicamente utilizadas em redes locais sem fio. Assim, esse padrão traz novos mecanismos nas camadas física e de enlace para atender aos requisitos da IoT. Na camada física, houve modificações para operação em faixas de frequências abaixo de 1 GHz e, na camada MAC, o padrão traz novos mecanismos de economia de energia para ter um melhor desempenho em redes densas, sendo um deles o acesso restrito ao canal (RAW, do inglês Restricted Access Window). Recentemente, há muitos trabalhos sobre o IEEE 802.11ah, entretanto, a maior parte deles trazem ideias de agrupamento ou modelagem analítica para descobrirem o tamanho ótimo do RAW para obter maior desempenho da rede. No entanto, para um melhor entendimento dos efeitos dos diversos parâmetros e mecanismos do IEEE 802.11ah, esta dissertação apresenta um modelo analítico da função de coordenação distribuída do IEEE 802.11ah para o caso em que as estações estão distribuídas uniformemente em diversos slots RAW e possuem a mesma prioridade de tráfego, sob condições de tráfego saturado e canal ideal. Em nosso modelo, consideramos que cada intervalo de beacon possui somente um RAW o qual é dividido em slots RAW, e estudamos o impacto no desempenho da vazão ao variar o número de slots RAW e o número de estações na rede. Além disto, introduzimos ao modelo Markoviano uma probabilidade de término do slot RAW e propomos duas expressões empíricas para o cálculo desta probabilidade. Por fim validamos o modelo analítico com simulações no simulador de redes NS3 e, a partir das simulações computacionais, encontramos uma constante de ajuste para aproximar o modelo das simulações. Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES). Many promising technologies have been developed since the conception of the Internet of Things (IoT) that can modify different aspects of our daily lives. In light of the rapid growth of IoT, it was created the IEEE 802.11ah Task Group to develop a newWi-Fi standard to address IoT’s key challenges, which are the connectivity of many devices with limited power resources to a single access point and the increase in the transmissions range for distances much greater than those typically used in wireless local area networks. Thus, this standard brings new mechanisms in the physical and link layers to meet IoT requirements. In the physical layer, there were modifications to permit the operation in frequency bands below 1 GHz and, in the MAC layer, the standard brings new power saving mechanisms to perform better in dense networks, one of which is the restricted access to the channel (RAW). Recently, there have been a lot of work on IEEE 802.11ah, however, most of them bring grouping or analytical modeling ideas to find out the optimal RAW size for a higher network performance. On the other hand, for a better understanding of the effects of the various IEEE 802.11ah parameters and mechanisms, this dissertation presents an analytical model of the distributed coordination function of IEEE 802.11ah for the case where the stations are evenly distributed in several RAW slots and have the same traffic priority, under conditions of saturated traffic and ideal channel. In our model, we consider that each beacon interval has only one RAW which is divided into RAW slots, and we study the impact on throughput performance by varying the number of RAW slots and the number of stations in the network. In addition, we introduce to the Markovian model a probability of reaching the end of a RAW slot and propose two heuristic expressions for this probability calculation. Finally we validate the analytical model with simulations in the networks simulator NS3 and, from the computational simulations, we find an adjustment constant to approximate the model of the simulations. 2019-01-31T20:41:40Z 2019-01-31T20:41:40Z 2019-01-31 2019-07-20 Dissertação SOARES, Stephanie Miranda. Modelagem analítica da vazão de redes sem fio baseadas na norma IEEE 802.11ah. 2018. xii, 78 f., il. Dissertação (Mestrado em Engenharia Elétrica)—Universidade de Brasília, Brasília, 2018. http://repositorio.unb.br/handle/10482/33929 Português Acesso Aberto A concessão da licença deste item refere-se ao termo de autorização impresso assinado pelo autor com as seguintes condições: Na qualidade de titular dos direitos de autor da publicação, autorizo a Universidade de Brasília e o IBICT a disponibilizar por meio dos sites www.bce.unb.br, www.ibict.br, http://hercules.vtls.com/cgi-bin/ndltd/chameleon?lng=pt&skin=ndltd sem ressarcimento dos direitos autorais, de acordo com a Lei nº 9610/98, o texto integral da obra disponibilizada, conforme permissões assinaladas, para fins de leitura, impressão e/ou download, a título de divulgação da produção científica brasileira, a partir desta data. application/pdf
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