Kablosuz ATM kullanarak servis kalitesi desteği sağlanmış gerçek zamanlı veri transferi

Abstract

Son yıllarda, yüksek işlem gücüne sahip kablosuz bilgisayarların ve diğer gezgin cihazların gelişmesiyle birlikte kablosuz haberleşmenin önemi de her geçen gün artmaktadır. Mevcut kablosuz ağlar veri iletimini desteklemekle birlikte, çoklu ortam uygulamaları gibi servis kalitesi garantisi gerektiren trafikler için yetersiz kalmaktadır. ATM (Asenkron Transfer Modu), kablolu ortamda tüm trafik sınıflarına garantili hizmet kalitesi desteği sunabilen ve B-ISDN için standart olarak kabul edilen bir iletim teknolojisidir. ATM teknolojisinin kablolu ortamdaki başarısı, Kablosuz ATM (KATM) konusunda da bir çok araştırmanın başlamasını sağlamıştır. Ses, veri ve video gibi farklı karakteristiklere sahip trafiklerin kablosuz ortamdan iletilmesini öngören KATM, ATM'nin kablolu ortamda sağladığı yüksek veri iletim hızı ve servis garantisi özelliklerini kablosuz ortamda da gerçekleştirmeyi amaçlamaktadır. KATM teknolojisini, yaygın olarak kullanılan eşleniklerine göre üstün kılan en önemli özellik, gerçek zamanlı geniş bant çoklu ortam uygulamalarına servis kalitesi destekli hizmetler sunma konusundaki potansiyelidir. Kablosuz ortamda servis kalitesinin sağlanması ise, özellikle bant genişliği açısından sınırlı kaynakların, standart ATM katmanlarından farklı olarak tanımlanan MAC (Medium Access Control, Ortam Erişim Kontrolü) ve DLC (Data Link Control, Veri Bağlantı Kontrolü) katmanları yardımıyla etkin ve verimli olarak kullanılmasına bağlıdır. Bu tez çalışmasında, TDMA/FDD tekniğine dayalı yeni bir MAC protokolü geliştirilmiş ve örnek bir KATM çoklu ortam uygulaması OPNET Modeler simülasyon yazılımı kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Yaygın olarak kullanılan Kablosuz LAN (KLAN) standartlarından (örneğin; IEEE 802.11b) farklı ve üstün olarak, değişik trafik şartlarında sağlamış olduğu CBR (Constant Bit Rate, sabit bit iletim hızı), VBR (Variable Bit Rate, değişken bit iletim hızı), ABR (Available Bit Rate, kullanılabilir bit iletim hızı) ve UBR (Unspecified Bit Rate, belirlenmemiş bit iletim hızı) desteği ile geliştirilen bu MAC mekanizması, kablosuz ortam kaynaklarını kullanıcılara efektif olarak tahsis etmekle birlikte, aynı anda çok sayıda kullanıcı arasında veri transferine de olanak sağlamaktadır. Örnek uygulamanın değişik yük koşullan altındaki simülasyon sonuçlan, benzer ağ ve yük koşullanna sahip IEEE 802.1 lb standardı KLAN simülasyon sonuçlan ile karşılaştırılarak her iki ağın performans değerlendirmesi yapılmıştır. Elde edilen KATM ve KLAN sonuçları aynı uygulamalar için karşılaştınldığmda, KATM ses trafiğinin (CBR servis sınıfı destekli) 116 kat daha düşük ortalama gecikme, video trafiğinin (VBR servis sınıfı destekli) 30 kat daha düşük gecikme değişimi, kritik veri trafiğinin (ABR servis sınıfı destekli) 104 ila 48 kat arasında daha düşük maksimum gecikme ve son olarak, kritik olmayan veri trafiğinin (UBR servis sınıfı destekli) 5 kat daha düşük maksimum gecikme değerleri ile transfer edildiği görülmektedir.

For the last decade wireless/mobile networking has gained an increasing importance along with the developments in the cellular communication technologies. Several wireless networking systems have been developed to provide different types of services to various wireless user applications. Current wireless networking infrastructures are not suitable for most of the multimedia applications each requiring a different Quality of Service (QoS) support. ATM (Asynchronous Transfer Mode) is a transmission technology considered as a standard for B- ISDN with guaranteed QoS to all possible traffic types in a wired medium. The success of ATM technology in the wired network has also initiated many researches about WATM (Wireless ATM) concept. The aim of the WATM technology, promising the transmission of different type of traffics such as voice, data and video over wireless medium, is to implement high bit rate and QoS guaranteed data transfer, which is well achieved by ATM technology in wired medium. WATM differs from its traditional counterparts mainly in that it promises to provide QoS guarantees for real-time multimedia applications. Supporting QoS guarantees in a wireless environment especially depends on assigning existing limited resources in terms of bandwidth efficiently using MAC and DLC layers which are added to standard ATM layers. In this research, a new TDMA/FDD based MAC protocol has been designed for WATM networks. The thesis also includes an example WATM network utilizing this technique, which has been modeled and simulated under varying multimedia traffic loads using commercially available software called OPNET Modeler with Wireless Module. As being the most distinctive feature of the proposed MAC layer, apart from the most deployed IEEE 802.11 based WLANs, it can effectively utilize the scarce wireless medium resources with its CBR, VBR, ABR and UBR support for various multimedia traffics including real-time traffic as well as it can allow simultaneous multiple connections between wireless terminals. The simulation results obtained have also been compared with those of a CSMA/CA (Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance) MAC-based IEEE 802.11b WLAN obtained under the same networking conditions as WATM network, followed by performance evaluation of both networks. Comparing the obtained WATM and WLAN simulation results for the same applications, it is concluded that the WATM voice application traffic (with CBR service support) experiences 116 times lower average message delay and the WATM compressed video application traffic (with VBR service support) performs 30 times lower message delay variation (jitter). Also the WATM data application traffic sensitive to bit errors (with ABR service support) provides 104 to 48 times lower maximum message delay, and finally the WATM data application traffic (with UBR service support) outperforms its counterpart with a 5 times better maximum message delay.