1.2 Анализ стандартов беспроводной сети

В данной статье приводятся следующие ключевые протоколы беспроводной сети: 802.11a/b/g, 802.11n и 802.11s.

Стандарты 802.11a, 802.11b и 802.11g были описаны в основном стандарте IEEE 802.11 1997 года, который определяет функции MAC-адресов и протоколы для низкоскоростной передачи данных. Они обеспечивают базовые возможности беспроводной связи и работают на двух диапазонах частот: 2.4 ГГц для 802.11b/g и 5 ГГц для 802.11a. Также у этих протоколов отличается максимальная скорость передачи данных: 802.11a до 54 Мбит/с (5 ГГц), 802.11b до 11 Мбит/с (2.4 ГГц), 802.11g : до 54 Мбит/с (2.4 ГГц) [3,23].

Стандарт 802.11n версия стандарта 802.11 для сетей Wi-Fi, появившаяся в 2009 году и получила название «Wi-Fi 4». Работает в двух диапазонах: 2.4 ГГц и 5 ГГц, используется технология MIMO (Multiple Input Multiple Output), которая увеличивает пропускную способность за счет использования нескольких антенн. Также увеличена зона покрытия на открытой плоскости: 150–300 метров. [4,5]

Стандарт 802.11s используется для создания Mesh-сетей и Ad Hoc-сетей и работает на втором уровне модели OSI, а именно на уровне MAC-адресов. Поддерживает три типа доставки данных: Unicast - точка-точка, Broadcast - широковещательная передача, Multicast - передача нескольким получателям [9,10].

Сравнительный анализ преимуществ и недостатков упомянутых стандартов, представлен в таблице 1.2.

Таблица 1.2 – Анализ стандартов

Стандарт	802.11a	802.11b	802.11g	802.11n	802.11s
Преимущества	Широкая совместимость с устройствами. Низкая стоимость оборудования. Поддержка автоматического понижения скорости при ухудшении качества сигнала			Высокая скорость передачи данных (до 300 Мбит/с). Лучшая совместимость с предыдущими стандартами (802.11a/b/g). Устойчивость к помехам благодаря использованию технологии MIMO	Высокая производительность сети. Дешевизна оборудования. Возможность быстрой рассылки трафика источника. Использование лицензированных полос пропускания
Недостатки	Ограниченная зона покрытия (до 100 метров в помещении). Высокий уровень помех в диапазоне 2.4 ГГц из-за перекрытия каналов. Низкая пропускная способность по сравнению с современными стандартами			Более высокая стоимость оборудования. Требует больше энергии для работы	Динамическая топология из-за мобильности клиентов. Необходимость высокой степени адаптивности сети. Отсутствие центрального оборудования. Требует более сложных методов маршрутизации

2 Моделирование маршрутизации в ad hoc сетях

2.1 Формализация и описание инструмента моделирования

На основе статьи, модель должна выполнять несколько ключевых задач, связанных с моделированием беспроводной сети на основе стандарта IEEE 802.11. Эти задачи включают анализ топологии сети, оценку её устойчивости, исследование поведения сети при различных условиях и анализ производительности [28].

Целями модели являются:

• Оценка работы сети: анализ как сеть функционирует в различных условиях (например, при отказе устройств или наличии препятствий).

• Исследовать устойчивость сети: проверять, насколько сеть способна сохранять работоспособность при изменении условий (например, при перестройке маршрутов).

• Анализ производительности: определить, как сеть справляется с передачей данных, включая количество отправленных и полученных пакетов.

• Тестирование протоколов маршрутизации: исследовать работу протокола AODV (Ad Hoc On-Demand Distance Vector) для динамической маршрутизации.

Для создания модели были выделены следующие задачи:

1. Создать топологию сети:

• Модель должна воспроизводить топологию беспроводной сети с использованием стандартов IEEE 802.11.

• В модели используется сеть Mesh с точками доступа (Access Points, AP), расположенными на расстоянии 50 метров друг от друга.

• Каждая точка доступа поддерживает стандарты 802.11b/g/n, которые широко распространены для мобильных устройств и ноутбуков.

2. Имитировать передачу данных

• Модель должна имитировать передачу данных между конечными устройствами и точками доступа.

  • Статическая маршрутизация: Устройства имеют фиксированные маршруты до целевых узлов.

  • Динамическая маршрутизация (AODV): Маршруты создаются по требованию, что позволяет адаптироваться к изменениям в сети.

3. Протестировать устойчивость сети:

• Модель проверяет, как сеть реагирует на отказ одного из устройств:

  • Например, точка доступа AP2 отключается на 7 секунд, чтобы смоделировать потерю связи.

  • Модель анализирует время, необходимое для обнаружения неисправности и перестройки маршрутов.

4. Исследовать влияние препятствий

• Модель должна учитывать влияние окружающей среды на распространение сигнала

5. Провести анализ протоколов передачи данных

• Модель проверяет работу протоколов передачи данных:

  • CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection): используется для предотвращения коллизий при передаче данных.

  • UDP (User Datagram Protocol): используется для передачи данных между устройствами.

  • AODV: используется для динамической маршрутизации в мобильных сетях.

Для реализации модели работы сети на основе стандарта IEEE 802.11 и оценки ее устойчивости используется программное обеспечение - OMNet++. С помощью данного ПО имеется возможность анализа графического представления путей пакетов, а также сбор статистики о количестве отправленных и полученных пакетов [11-16,26,27].