ZASTOSOWANIE GLOBALNEGO WSKAŹNIKA JAKOŚCI W PROCESIE PARAMETRYCZNEGO PROJEKTOWANIA SIECI WLAN

Transkrypt

1 Reigiusz Olejnik Zakład Sieci Koputerowych Politechnika Szczecińska ul. Żołnierska Szczecin 005 Poznańskie Warsztaty Telekounikacyjne Poznań 8-9 grudnia 005 ZASTOSOWANIE GLOBALNEGO WSKAŹNIKA JAKOŚCI W PROCESIE PARAETRYCZNEGO PROJEKTOWANIA SIECI WLAN Streszczenie: W referacie przedstawiona jest etoda projektowania paraetrycznego lokalnych sieci koputerowych z wykorzystanie globalnego wskaźnika jakości zastosowana do bezprzewodowych sieci LAN (WLAN. Ponadto zaprezentowany jest odel sieci WLAN wykorzystany w etodzie oraz wyniki nueryczne badań syulacyjnych przeprowadzonych do potwierdzenia słuszności tezy ówiącej o ożliwości wykorzystania globalnego wskaźnika jakości w procesie paraetrycznego projektowania sieci WLAN.. WSTĘP W obrębie dziedziny projektowania sieci koputerowych ożna wyróżnić dwa obszary badań: projektowanie topologiczne oraz projektowanie paraetryczne. Pierwszy z nich a na celu znalezienie odpowiedniego do założeń scheatu połączeń poiędzy węzłai sieci natoiast drugi a na celu znalezienie paraetrów węzłów sieci oraz łączących je kanałów transisyjnych spełniających odpowiednie założenia i wyagania. Projektowanie paraetryczne lokalnych sieci koputerowych a za zadanie poszukiwanie dostosowanych do założeń i wyagań zbiorów paraetrów sieci lokalnych: paraetrów urządzeń sieciowych uożliwiających kounikację stacji roboczych paraetrów okablowania łączącego urządzenia sieciowe ze stacjai roboczyi innyi urządzeniai sieciowyi oraz serwerai udostępniającyi usługi sieciowe paraetrów stacji roboczych pracujących w sieci oraz paraetrów serwerów świadczących usługi sieciowe dla użytkowników korzystających ze stacji roboczych. W praktyce spotykane probley ograniczają się do doboru paraetrów urządzeń sieciowych oraz okablowania. W odniesieniu do sieci WLAN ówić ożna jedynie o doborze paraetrów eleentów sieciowych zależnych od przyjętego odelu. Niniejszy referat przedstawia wyniki nueryczne badań syulacyjnych przeprowadzonych do potwierdzenia słuszności tezy ówiącej o ożliwości wykorzystania globalnego wskaźnika jakości w procesie paraetrycznego projektowania sieci WLAN. etoda ta [ 5] z sukcese zastosowana została do projektowania sieci przewodowych co prezentowano w szeregu publikacji [6]. odel sieci WLAN wraz z ożliwością użycia globalnego wskaźnika jakości zaprezentowano w [7] a w niniejszy referacie jest krótko przytoczona.. ETODA KOPUTEROWEGO WSPOAGANIA PROJEKTOWANIA PARAETRYCZNEGO LOKALNYCH SIECI KOPUTEROWYCH Postulowana przez autora autoatyzacja procesu projektowania sieci koputerowych [ ] znajduje realizację w opracowanej etodzie uożliwiającej koputerowe wspoaganie projektowania paraetrycznego lokalnych sieci koputerowych. etoda bazuje na dwóch ideach: odelowaniu algoryticzny (opisie procesu zienności stanu sieci w zależności od jej paraetrów sygnałów wejściowych warunków początkowych i czasu oraz optyalizacji paraetrycznej i składa się z 7 etapów:. Nieforalne projektowanie architektury sieci z udziałe eksperta (w ty: zebranie założeń i wyagań. Nieforalna synteza N-wyiarowego wektora ziennych paraetrów sieci P{ p p K pn } oraz zadanie dopuszczalnych wartości tych paraetrów Pin P Pax. Nieforalna synteza K-wyiarowego wektora wskaźników jakości sieci Q{ q q K qk } oraz zadanie dopuszczalnych wartości tych paraetrów Qin Q Qax 4. Nieforalna synteza procedury obliczającej globalny wskaźnik jakości GQ jako funkcji paraetrów sieci 5. Foralne obliczenie wskaźników jakości sieci 6. Foralne obliczenie globalnego wskaźnika jakości sieci GQ 7. Foralna optyalizacja paraetryczna sieci tzn. * uzyskanie takiej wartości wektora P przy której wartość GQ osiąga ekstreu Iteracyjnie wykonywane są etapy 5 6 i 7 aż do osiągnięcia zadanych (w etapie wyagań i założeń. Wyżej zaprezentowany algoryt jest bardzo ogólną ideą niezależną od konkretnej sieci tzn. stosowanych w niej technologii czy topologii. Dalsze rozważania zawężone zostają do lokalnych sieci bezprzewodowych (WLAN budowanych w oparciu o standard IEEE 80.. PWT POZNAŃ 8-9 GRUDNIA 005 /5

2 . ODEL SIECI WLAN Bezprzewodowe sieci lokalne budowane są w oparciu o bezprzewodowe karty sieciowe oraz punkty dostępowe (ang. access point. Zakłada się że sieć zbudowana jest z N stacji roboczych (SR oraz punktu dostępowego (AP tworzącego koórkę dostępową. Przykład struktury takiej sieci dla N=4 przedstawiony jest na rysunku. Punkty dostępowe ogą być ponadto wyposażone w anteny zewnętrzne (AN które pozwalają na zwiększenie zasięgu koórki dostępowej. nazwa paraetru zakres zienności t cena [PLN] zienna ciągła t arka zienna ciągła [0...] t zysk energetyczny [dbi] zienna ciągła Tab.. Paraetry anteny (AN... Wskaźniki jakości sieci WLAN Proponuje się następujące zależności wskaźników jakości: aksyalny zasięg koórki dostępowej ( q : q = f( r s r4 s4 t P [] 0 q = in s r4 + t P a 0 b 0 r s4+ t P a 0 b a=0447 b= Koszt budowy sieci ( q : q = f r s t [PLN] ( ( N r + s = t q + Rys.. Struktura sieci WLAN dla N = 4... Paraetry eleentów sieciowych Spośród wielu paraetrów charakterystycznych dla eleentów wchodzących w skład sieci WLAN wybrano te które wpływają na oówione w następny podrozdziale wskaźniki jakości. nazwa paraetru zakres zienności r cena [PLN] zienna ciągła r arka zienna ciągła [0...] r ax oc nadajnika [db] zienna ciągła r czułość odbiornika [db] zienna ciągła 4 Tab.. Paraetry stacji roboczych (SR. nazwa paraetru zakres zienności s cena [PLN] zienna ciągła s arka zienna ciągła [0...] s ax oc nadajnika [db] zienna ciągła s czułość odbiornika [db] zienna ciągła 4 Tab.. Paraetry punktu dostępowego (AP. Niezawodność sieci ( q : q = f r r r [0...] ( 8 9 q = ( r + s + t + q p if B q P > 0 then q else q 0 B B B T AB p = p = q = in( B ( l lin B ( l lin AB = BA = AB ( l = lin = s r4 + t TAB ( l = lin BA( l = lin = r s4 + t TBA( l = lin ( l = l = T ( l = l = a + 0 log ( b l in AB in Jak to zaznaczono przy wzorach wskaźniki q i q dają wynik w iarach fizycznych (odpowiednio: etrach i jednostkach pieniężnych; wskaźnik q natoiast daje najbardziej pożądaną forę wynikową w postaci liczby z zakresu [ 0...]. Do zbudowania etakryteriu (globalnego wskaźnika jakości jako funkcji opisanych wyżej wskaźników jakości wszystkie wskaźniki uszą być znoralizowane i dawać w wyniku liczby z zakresu [ 0...] oraz być zgodne tzn. wzrost każdego z nich powinien być korzystny. Dokonuje się tego w odniesieniu do wskaźników q i q przez dokonanie następujących operacji: q qin q qin q N = oraz q N = qax qin qax qin gdzie q ax i q ax oraz q in i q in są zadanyi aksyalnyi oraz inialnyi wartościai tych wskaźników jakości. Dla wskaźnika q operacje te nie są wyagane: q N = q. 0 in PWT POZNAŃ 8-9 GRUDNIA 005 /5

3 .. Globalny wskaźnik jakości W literaturze [7] wskazane są dwa sposoby budowania syntetycznego wskaźnika jakości. Najprostszy przypadkie jest funkcja liniowa (sua ważona: ( q = Q β = q gdzie β współczynniki wagowe β 0 β =. Inną proponowaną postacią syntetycznego wskaźnika jakości jest funkcja potęgowa: gdzie ( β Q q = q = paraetr β współczynniki wagowe β 0 β =. Dla = otrzyujey liniową funkcję wagową jak w pierwszy przypadku. Dla = natoiast otrzyujey funkcję postaci: Q β ( q = = q + ( uwzględniająca rozrzuty poszczególnych wskaźników jakości. W graniczny przypadku li Q q = ax q tak więc syntetyczny wskaźnikie jakości staje się dla + wartość największego z poszczególnych wskaźników co nie zawsze jest korzystne. 4. ZASTOSOWANIE GLOBALNEGO WSKAŹNIKA JAKOŚCI W PROCESIE PARAETRYCZNEGO PROJEKTOWANIA SIECI WLAN Badania dla odelu sieci WLAN obejują: zianę roziaru sieci (paraetr N zianę zapasu ocy (paraetr P zianę inialnego zasięgu koórki dostępowej (paraetr l in zianę paraetru q ax zianę paraetru q ax. Ze względu na obszerność ateriału zostały poinięte tabele z paraetrai SR AP oraz AN; z podobnego powodu także tabele z pełnyi wynikai uzyskanyi w badaniach zostały poinięte i zastąpione wykresai. Zastosowane zostały następujące zależności globalnego wskaźnika jakości: GQ = w i q in oraz GQ = w i q in z wagai i= w = 04 w = 0 4 w = 0. i= 4.. Ziana roziaru sieci (paraetr N P = l 50 [] q 0000 [] in lin in = q = q 5000 [PLN] q 0 [PLN]. ax = ax = Zienność GQ przy zianie roziaru sieci przedstawiono na wykresie. Wykres. Zienność GQ przy zianie roziaru sieci ( N. Zwiększenie roziaru sieci WLAN (paraetr N powoduje dość duże zniejszenie wartości GQ wskutek zniejszających się wartości zależności GQ. q N 4.. Ziana zapasu ocy (paraetr P. Dzieje się dla obu N = 5 l 50 [] q 0000 [] in = in lin ax = ax = q = q 5000 [PLN] q 0 [PLN]. Zienność GQ przy zianie zapasu ocy przedstawiono na wykresie. Wykres. Zienność GQ przy zianie zapasu ocy ( P. PWT POZNAŃ 8-9 GRUDNIA 005 /5

4 Zwiększenie wartości zapasu ocy P jednoznacznie powoduje zniejszenie zasięgu koórki dostępowej ( q N. Dla zastosowanego zestawu wag powoduje to także znaczne zniejszenie globalnego wskaźnika jakości GQ ; wartość GQ natoiast dla wartości P 7K0 bardzo nieznacznie się zniejsza. [ ] 4.. Ziana paraetru l in N = 5 P = q ax = 0000 [] q in = lin q 5000 [PLN] q 0 [PLN]. ax = Zienność GQ przy zianie paraetru l in przedstawiono na wykresie. Wykres 4. Zienność GQ przy zianie paraetru q ax Ziana paraetru q ax N = 5 P = l 50 [] q 0000 [] in = q = q 0 [PLN]. in lin ax = q ax przed- Zienność GQ przy zianie paraetru stawiono na wykresie 5. Wykres. Zienność GQ przy zianie paraetru l in. Zwiększanie wyagania na inialny zasięg koórki dostępowej wpływa na niewielkie zniejszenie GQ. Dla wyższych wartości l in widać rozbieżność poiędzy GQ i GQ Ziana paraetru q ax N = 5 P = l in = 50 [] q in = lin q 5000 [PLN] q 0 [PLN]. ax = q ax przed- Zienność GQ przy zianie paraetru stawiono na wykresie 4. Dla rosnącej wartości q ax obserwujey zniejszanie się wartości GQ. Dla wyższych wartości q ax zauważay znane już zjawisko rozbieżności poiędzy GQ i GQ. Dla wartości q ax = 000 [] nie odnaleziono odpowiadającej kobinacji eleentów sieciowych. Wykres 5. Zienność GQ przy zianie paraetru Odwrotnie niż dla q ax. q ax dla rosnącej wartości q ax GQ rośnie także wartość GQ. Wskaźniki GQ oraz poza początkową rozbieżnością zachowują się podobnie. PWT POZNAŃ 8-9 GRUDNIA 005 4/5

5 5. WNIOSKI Opisana etoda wykorzystując zaprezentowany odel sieci WLAN pozwala na zintegrowanie w jedny etakryteriu (globalny wskaźniku jakości trzech wskaźników jakości z wagai dobranyi przez projektanta sieci. Zaprezentowane wyniki nueryczne potwierdzają tezę ówiącą o słuszności użycia globalnego wskaźnika jakości do oceny projektowanej sieci uwzględniając preferencje projektanta w systeie wag. Syulacje przeprowadzone zostały przy zianie pięciu kluczowych paraetrów odelu sieci WLAN: roziaru sieci (paraetr N zapasu ocy (paraetr P inialnego zasięgu koórki dostępowej (paraetr l in paraetru q ax oraz paraetru q ax. Wszystkie wyniki są zgodne z oczekiwaniai i założeniai odnośnie odelu sieci. Jednocześnie pokazane zostały zauważalne różnice poiędzy GQ i GQ dla niektórych konfiguracji paraetrów. SPIS LITERATURY [] R. Olejnik ethodology of Coputer Network Design International Conference of Coputer Inforation Systes and Industrial anageent Applications (CISI 0 str Ełk 00 [] R. Olejnik Zagadnienia koputerowego wspoagania projektowania sieci koputerowych V Ogólnopolskie Warsztaty Doktoranckie str. 0- Istebna-Zaolzie 00 [] R. Olejnik Zależność wskaźników jakości sieci od paraetrów sieci w projektowaniu paraetryczny lokalnych sieci koputerowych VIII Poznańskie Warsztaty Telekounikacyjne str. 9-4 Poznań 00 [4] J. Seidler A. Badach W. olisz etody rozwiązywania zadań optyalizacji WNT Warszawa 980 [5] R. Olejnik Globalny wskaźnik jakości w projektowaniu paraetryczny lokalnych sieci koputerowych VI iędzynarodowe Warsztaty Doktoranckie Istebna-Zaolzie 004 [6] R. Olejnik Heurystyczne etody optyalizacji w projektowaniu paraetryczny lokalnych sieci koputerowych [w:] Wysokowydajne sieci koputerowe WKiŁ Warszawa 005 [7] R. Olejnik Paraetric Design of Wireless Local Area Networks VII iędzynarodowe Warsztaty Doktoranckie str Wisła 005 PWT POZNAŃ 8-9 GRUDNIA 005 5/5