Performance improvement strategies for 802.11 network

Abstract

802.11 ağlar, günlük yaşantımızda önemli yer tutan taşınabilir cihazların yaygınlaşmasınımümkün kılmıştır. Bu ağ ailesinin -şuanki- en gelişkin üyesi 802.11ac, daha yüksekkipleme oranı, uzaysal akım, band genişliği ve uydu-yer bağlantısında kullanılan çokkullanıcılı çok girdili çok çıktılı haberleşme teknikleriyle seleflerinden daha yüksekbaşarım oranı sağlamaktaıdır. Fiziksel katmandaki bu yeni tekniklerin yanısıra; 802.11acerişim katmanında veri birleştirilmesi ve önceliklendirilmesini de seleflerinden mirasedinmiştir. Yukarıda bahsedilen özelliklerden, çok kullanıcılı çok girdili çok çıktılısistemler -öncesiyle uyumlu olmadıklarından, 802.11ac protokolünü desteklemeyendüğümlerde sağırlık sorunu oluşturarak; ağdaki başarım oranını düşürmektedir. Ben-zer şekilde, klasik saklı düğüm topolojisinde de, erişim katmanında uygulanan veribirleştirilmesi ve önceliklendirilmesi; RTS/CTS el sıkışmasının kullanılmasına rağmenciddi veri kaybına yol açmaktadır. 802.11 ağlardakı bu gibi problemlerin oluşturduğuveri kaybı ve gecikmesi, uçtan uca veri aktarım kontrolü için kullanılan TCP protol-lerindeki tıkanıklık kontrol algoritmalarından dolayı da -ilave olarak- başarım oranınıdüsürmektedir. Bu tezde 802.11ac protokolünü desteklemeyen düğümlerde oluşansağırlık sorununu önleyici yaklaşım, çoklu bağlantılarla uçtan uca TCP başarım oranınıarttıcı deneysel çalçışmalar ve saklı düğüm problemini analiz etme metodolojisi sunulmuşur.

802.11 networks have enabled and are fueled by the proliferation of connectedmobile devices with a wide variety of applications, which have been integralparts of our daily lives. Currently, IEEE 802.11ac is a state-of-artprotocol that provides higher data rates than its predecessors toaccommodate the increasing demands of users with more bandwidth, spatialstreams, modulation schemes, and downlink multi-user MIMO (MU-MIMO). Inaddition, 802.11ac protocol inherits aggregation and QoS prioritization,from 802.11n and 802.11e, respectively. On the other hand, some newfeatures of the latest 802.11 standard may cause adverse affects to theco-existing legacy nodes. For example, the MU-MIMO feature may result inthe deafness problem, and QoS prioritization and MAC layer aggregationcause significantly lower performance in classical hidden node scenario -even with the RTS/CTS handshake mechanism. Also, delay and/or packet loss inTCP significantly decreases end-to-end throughput due to congestioncontrol. This thesis studies and verifies these problems, proposes amethodology to mitigate the deafness problem in MU-MIMO, analyzesexperimentally the effectiveness of multiple TCP connections to improveTCP throughput, and finally provides a framework viamultiple-synced-sniffing methodology to diagnose hidden-nodeproblems.