Σχεδιασμός και συγκριτική μελέτη απόδοσης αλγορίθμων χρονοπρογραμματισμού για κίνηση πολυμέσων πάνω σε ΙΕΕΕ 802.16 ασύρματα δίκτυα

Abstract

Το αντικείμενο αυτής της διπλωματικής εργασίας είναι η μελέτη, η σχεδίαση και η αξιολόγηση αλγορίθμων χρονοπρογραμματισμού για Συστήματα Σταθερής Ασύρματης Ευρυζωνικής Πρόσβασης (Fixed Broadband Wireless Access Systems) σύμφωνα με το πρότυπο IEEE 802.16, το οποίο είναι ευρύτερα γνωστό και ως WiMAX. Ακριβέστερα, στην εργασία αρχικά παρουσιάζονται αλγόριθμοι για το χρονοπρογραμματισμό της κίνησης ενός IEEE 802.16 ασύρματου δικτύου στην uplink κατεύθυνση, από τους σταθμούς συνδρομητών προς το σταθμό βάσης, που έχουν προταθεί στη βιβλιογραφία. Στη συνέχεια ακολουθεί η αναλυτική παρουσίαση και η συγκριτική μελέτη έξι παλαιών και νέων αλγορίθμων χρονοπρογραμματισμού, συμβατών με το πρότυπο, στους οποίους επικεντρώνεται η εργασία. Οι αλγόριθμοι αυτοί είναι ο Deadline Expiration Threshold-based (DET), όπως ονομάσαμε τον αλγόριθμο που πρότειναν οι J. Freitag και N. Fonseca, ο αλγόριθμος Dynamic Deadline Expiration Threshold-based (DDET), που είναι μία τροποποίηση του DET, ο αλγόριθμος First Come First Served (FCFS), ο αλγόριθμος Weighted Round Robin 5 (WRR_5), που είναι μία νέα υλοποίηση η οποία βασίζεται στον WRR, ο αλγόριθμος Deficit Round Robin 5 (DRR_5), που είναι μία νέα υλοποίηση η οποία βασίζεται στον DRR, και τέλος ο νέος αλγόριθμος Next Frame No Split (NFNS) ο οποίος σχεδιάστηκε κατά κύριο λόγο για τη διαχείριση της κίνησης πραγματικού χρόνου με στόχο να ξεπεράσει τις αδυναμίες που παρουσιάζουν οι προηγούμενοι αλγόριθμοι. Η απόδοση των αλγορίθμων δοκιμάστηκε μέσω προσομοιώσεων σε πέντε διαφορετικά σενάρια κίνησης στο δίκτυο τα οποία χαρακτηρίζονται από κίνηση διαφόρων ειδών (φωνή, βίντεο, FTP και WEB), μεταβλητού όγκου και ποικίλων απαιτήσεων ως προς την παρεχόμενη ποιότητα υπηρεσίας (Quality of Service). Για την αντικειμενική αξιολόγηση των αλγορίθμων υπολογίστηκαν και σχεδιάστηκαν συγκριτικά γραφήματα με τα αποτελέσματα των προσομοιώσεων για διάφορες μετρικές επίδοσης, όπως ο ρυθμός μετάδοσης δεδομένων (throughput), η μέση καθυστέρηση πακέτων (mean packet delay), η χρησιμοποίηση καναλιού (channel utilization), κ.α. Από τη συγκριτική μελέτη της απόδοσης των αλγορίθμων παρατηρήσαμε ότι ο νέος αλγόριθμος NFNS είναι ο πιο αποδοτικός από τους έξι αλγορίθμους που εξετάστηκαν. Ο αλγόριθμος αυτός επιτυγχάνει συνολικά τα καλύτερα αποτελέσματα και ιδιαίτερα ως προς τη μετρική της μέσης καθυστέρησης για την κίνηση πραγματικού χρόνου, όπου καταφέρνει να εξυπηρετεί την κίνηση με μικρή καθυστέρηση ακόμη και όταν το δίκτυο λειτουργεί σε συνθήκες υψηλού φόρτου.