Ляхов Андрей Игоревич
д. т. н., ведущий научный сотрудник Института проблем передачи информации РАН
Применение GPSS для моделирования региональной радиосети, используемой для доступа в Интернет
 

В последние годы беспроводные сети передачи данных становятся одним из основных направлений развития сетевой индустрии. Беспроводная технология позволяет в кратчайшие сроки и с небольшими затратами объединить удаленные локальные сети различных организаций в единую региональную сеть передачи данных, обеспечивая им удаленный высокоскоростной стационарный доступ в Интернет. Основной структурной единицей региональной беспроводной сети является радиосота, в центре которой помещается базовая станция со всенаправленной антенной, на которую сфокусированы антенны оконечных станций -- радиобриджей между беспроводной сетью и локальными кабельными сетями. В большинстве случаев оконечные станции скрыты друг от друга и поэтому обмениваются данными как между собой, так и с внешним миром только через базовую станцию, являющуюся точкой доступа во внешнюю сеть. 

Рис.1. Сеть Radionet 

Рис.2. Структура типовой радиосоты

Примером успешной реализации подобной сети на базе протокола IEEE 802.11, особенно популярного среди разработчиков беспроводных сетей, является сеть Radionet(рис.1), разработанная и реализованная Институтом проблем передачи информации РАН (ИППИ РАН) для подключения в Интернет локальных сетей многочисленных организаций науки и образования г. Москвы. Разработанная по заказу Минпромнауки России указанная сеть надежно функционирует в г. Москве в течение пяти лет, обеспечивая доступ в Интернет порядка 60 организаций науки и образования. Учитывая тот факт, что каждая такая организация обладает локальной сетью, включающей порядка 100 компьютеров, общее количество компьютеров, подключенных в Интернет с помощью сети Radionet, составляет порядка 6000.

GPSS применялся для имитационного моделирования типовой радиосоты, звездообразная структура которой упрощенно изображена на рис.2. Радиосота объединяет S оконечных станций, каждая из которых подключает к радиосоте локальную кабельную сеть типа Ethernet, состоящую из множества терминалов и одного или нескольких серверов. 

Рис.3. Диаграмма работы радиосоты под управлением протокола IEEE 802.11 (БС – базовая станция, ОС – оконечные станции)

При моделировании основное внимание уделялось детальному учету особенностей протокола IEEE 802.11, реализующего метод CSMA/CA (множественный доступ с прослушиванием несущей и избежанием коллизий). Согласно этому методу последовательные попытки передачи каждой станции беспроводной сети разделены интервалом задержки θ, а также случайным отложенным временем (backoff time): см. рис.3. Станция, успешно принявшая фрейм DATA, содержащий информационный пакет, немедленно отвечает положительным подтверждением ACK. Число слотов, составляющих отложенное время, определяется по двоичному экспоненциальному правилу: оно равновероятно выбирается из множества 0,…,w-1, где w - конкурентное окно, принимающее минимальное значение сразу после удачной попытки и удваивающееся после каждой неудачи до тех пор, пока не достигнет максимума. Заметим, что отсчет отложенного времени каждая станция ведет только при свободном (с ее точки зрения) канале: значение счетчика уменьшается на единицу только в том случае, если в течение всего предшествующего слота канал воспринимался данной станцией как свободный. При достижении счетчиком нулевого значения станция начинает передачу. Заметим, что оконечные станции радиосоты скрыты друг от друга и поэтому по-разному воспринимают состояние канала. Вследствие этого, одна оконечная станция продолжает отсчет времени задержки во время передачи другой оконечной станции: см. рис.3. Учет данного факта представлял собой главную трудность при имитационном моделировании.

Результатом имитационного моделирования радиосоты сети Radionet явилась оценка таких показателей производительности, как пропускные способности, обеспечиваемые для клиентов локальных сетей, подключенных к радиосоте, и средние значения времени, требуемого для успешной передачи одного пакета.