Розробка математичних моделей оцінювання ефективної швидкості передачі інформації у просторі приміщень для безпровідних каналів стандарту 802.11

Abstract

Головною структурною одиницею мереж стандарту 802.11, є безпровідний канал. На його характеристики впливає велика кількість дестабілізуючих факторів. Найдостовірнішим способом оцінювання таких факторів є експериментальні дослідження та створення на їх базі емпіричних моделей. Застосування таких моделей дає можливість прогнозувати ефективність каналів на етапах проектування та в процесі підключення до мереж для стаціонарних і мобільних абонентів. В роботі запропоновано нові емпіричні моделі оцінювання ефективної швидкості передачі інформації на основі вимірювання параметра потужності сигналу на вході приймача для будь-яких безпровідних каналів стандарту 802.11. Особливістю моделей є використання просторового розподілу сигналу для різних типів приміщень з геометричними розмірами до 40×20 м. При цьому враховуються найпоширеніші випадки побудови безпровідних мереж: кутове та центральне розміщення точки доступу. Отримані моделі враховують флуктуації сигналу та максимально-можливу кількість дестабілізуючих факторів. Дослідження отриманих моделей показали відповідність максимумів та мінімумів флуктуацій просторового розподілу потужності сигналу до флуктуацій ефективної швидкості передачі інформації. Встановлено, що для частотного діапазону 5 ГГц спостерігається більший спад характеристики ефективної швидкості передачі інформації в залежності від відстані, а також її більше значення відносно діапазону 2,4 ГГц. Це підтверджує досить високе завантаження діапазону 2,4 ГГц інтерференційними та шумовими завадами. Наявність дестабілізуючих факторів у каналі та залежність рівня сигналу від положення абонентського пристрою у просторі відносно точки доступу, враховується за допомогою вимірюваного значення потужності сигналу на вході приймача. Достовірність оцінки просторових моделей залежить від коефіцієнтів лінійної регресії та коефіцієнтів загасання сигналу, які визначаються експериментально. Це можна віднести до недоліків моделей, що передбачає виникнення похибки оцінки зі зміною геометрії та кількості об’єктів в приміщенні. Мінімізувати такий недолік можливо створенням бази даних досліджень різних дестабілізувальних факторів з введенням коригувальних коефіцієнтів.

The main structural unit of 802.11 standard networks is the wireless channel. Its characteristics are affected by a large number of destabilizing factors. The most reliable way to assess such factors is through experimental studies and the creation of empirical models based on them. The use of such models makes it possible to predict the efficiency of channels at the design stages and when connecting to networks for fixed and mobile subscribers. The paper proposes new empirical models for assessing the effective data speed based on the measurement of the signal input parameter of the receiver input for any 802.11 standard wireless channels. The peculiarity of the models is the use of spatial distribution of the signal for different types of rooms with geometric dimensions up to 40×20 m. This takes into account the most common cases of construction of wireless networks: angular and central location of the access point. The models obtained take into account signal fluctuations and the maximum possible number of destabilizing factors. The study of the obtained models showed the correspondence of the highs and lows of the fluctuations of the spatial distribution of the signal power to the fluctuations of the effective data speed. It is established that for the 5 GHz frequency band there is a greater decrease in the characteristics of the effective speed of information transmission from a distance, as well as its greater value relative to the 2,4 GHz band. This confirms the sufficiently high load of the 2,4 GHz band by interference and noise interference. The presence of destabilizing factors in the channel and the dependence of the signal level on the location of the subscriber device in space relative to the access point, is taken into account by measuring the signal power at the input of the receiver. The reliability of the assessment of the spatial models depends on the linear regression coefficients and the signal attenuation coefficients, which are determined experimentally. This can be attributed to the disadvantages of the models, assumes that the assessment error occurs when the geometry and the number of objects of the room change. It is possible to minimize this disadvantage by creating a database of studies of various destabilizing factors with the introduction of cor-rection coefficients.

Главной структурной единицей сетей стандарта 802.11, является беспроводной канал. На его характери-стики влияет большое количество дестабилизирующих факторов. Наиболее достоверным способом оценки таких факторов являются экспериментальные исследования и создание на их базе эмпирических моделей. При-менение таких моделей дает возможность прогнозировать эффективность каналов на этапах проектирования и при подключении к сетям для стационарных и мобильных абонентов. В работе предложены новые эмпирические модели оценки эффективной скорости передачи информации на базе измерения параметра мощности сигнала на входе приемника для любых беспроводных каналов стандарта 802.11. Особенностью моделей является использование пространственного распределения сигнала для различ-ных типов помещений с геометрическими размерами до 40×20 м. При этом, учитываются наиболее распро-странѐнные случаи построения беспроводных сетей: угловое и центральное размещение точки доступа. Полу-ченные модели учитывают флуктуации сигнала и максимально-возможное количество дестабилизирующих факторов. Исследование полученных моделей показали соответствие максимумов и минимумов флуктуаций простран-ственного распределения мощности сигнала к флуктуациям эффективной скорости передачи информации. Установлено, что для частотного диапазона 5 ГГц наблюдается большее убывание характеристик эффектив-ной скорости передачи информации в зависимости от расстояния, а также ее большее значение относительно диапазона 2,4 ГГц. Это подтверждает достаточно высокую загрузку диапазона 2,4 ГГц интерференционными и шумовыми помехами. Наличие дестабилизирующих факторов в канале и зависимость уровня сигнала от поло-жения абонентского устройства в пространстве относительно точки доступа учитывается с помощью изме-ренного значения мощности сигнала на входе приемника. Достоверность оценки пространственных моделей зависит от коэффициентов линейной регрессии и ко-эффициентов затухания сигнала, которые определяются экспериментально. Это можно отнести к недостат-кам моделей, и предполагает возникновение погрешности оценки с изменением геометрии и количества объек-тов в помещении. Минимизировать такой недостаток возможно созданием базы данных исследований различ-ных дестабилизирующих факторов с введением корректирующих коэффициентов.