Performance analysis of the carrier-sense multiple access protocol for future generation wireless networks

Taşıyıcı dinleyen çoklu erişim (CSMA) protokolünün farklı biçimleri IEEE 802.11 ve Ethernet standardı gibi pek çok haberleşme protokolünde kullanılmıştır. Bunlara ek olarak, son zamanlarda, CSMA tabanlı çoklu erişim kontrolü mekanizmalarının algılama ağları ve akustik su altı ağları gibi farklı haberleşme senaryolarında kullanılması önerilmiştir. Günümüze kadar olan yaygın kullanımına rağmen, CSMA protokolünün performansı bu yeni karşılaşılan ağ senaryoları açısından derinlemesine incelenmemiştir. Biz bu tezde CSMA protokolünün performansını üç farklı açıdan inceliyoruz: yüksek yayılım gecikmeli ağlarda veri iletim performansı, büyük ağlarda gecikmelere hassas uygulamalar açısından kısa dönemli denkserlik ve pil ile çalışan cihazlar açısından veri iletim hızı ile enerji verimliliği arasındaki ödünleşim. İlk olarak, CSMA protokolünün performansı yüksek yayılım gecikmeli ağlar açısından incelenmiştir. Son zamanlarda bu tip kanallarla su altı akustik ağlarda ve geniş alanları kapsayan yer üstü kablosuz ağlarda karşılaşılmaktadır. Fakat, bu tip kanallarda CSMA performansının matematiksel modeli bilinmemektedir. Biz önce iki birimli bir CSMA kanalı için bir yarı-Markov modeli önerip daha sonra bu modeli her hangi sayıda birim için genişlettik. Bu modeli kullanarak, maksimum ağ veri iletim hızını ortalama yayılım gecikmesinin, d, ve ağdaki birim sayısının, N, bir fonksiyonu olarak elde ettik. Önerdiğimiz model N sonsuza giderken toplam ağ kapasitesinin ile azaldığını göstermektedir. Her birim için optimum yoklama kanal sıklığı 1/N ile azalmakta ve N sonsuza giderken toplam optimum yoklama hızı 1/d den hızlı azalmaktadır. İkinci olarak, büyük bir CSMA ağının kısa dönemli denkserliğinin ağ büyüklüğü ve yoğunluğuyla azalıp azalmadığını inceliyoruz. Elde ettiğimiz sonuçlar şöyle sıralanabilir: (a) kısa dönemli denkserliğin kabul edilebilir sınırları içerisinde kalarak elde edilebilen maksimum veri hızı (kısa dönemli denkser kapasite) bir birimin komşularının sayısının artmasıyla azalmaktadır. (b) kısa dönemli denkser kapasite rastgele bir ağ grafiği için ağ büyüklüğüne zayıf bir şekilde bağlıyken ızgara grafiğinde daha kuvvetli bir bağlılık gözlenmektedir. Bunlara ek olarak istatistiksel fizik literatüründen büyük sistemlerde uzun mesafeli ilintiler üzerine olan ilgili sonuçları sunduk ve bu sonuçlarla CSMA sistemlerinin kısa dönemli denkserliği arasındaki ilişkiye işaret ettik. Üçüncü olarak, bir CSMA ağının enerji verimliliğini bir birimin enerji harcamasını veri hızının bir fonksiyonu olarak modelleyerek inceledik. CSMA ağını çok yüksek ya da çok düşük veri hızlarında işletmenin artan kanal dinleme veya uyku maliyetleri yüzünden enerji açısından verimsiz olduğunu gösterdik. Bu iki zıt durum arasında dengeyi bularak sınırlı bir enerji bütçesi için gönderilen bit sayısını en büyük yapan enerji-optimum kanal dinleme hızını ve enerji-optimum veri hızını türettik. Tek atlamalı durum için, enerji-optimum toplam veri hızının kanalı paylaşan birim sayısıyla beraber arttığını gösterdik. Çok atlamalı durum için, enerji-optimum veri hızının ağın çakışma grafiğinin derecesiyle azaldığını gösterdik. Her iki durumda da enerji-optimum kanal dinleme için gereken güç miktarı arttıkça azalmaktadır. Ayrıca, enerji-optimum veri hızının maksimum veri hızına kıyasla oldukça küçük olduğu ve çok atlamalı durumda bu farkın çakışma grafiğinin derecesi arttıkça arttığı gösterilmiştir. Anahtar s ozc ukler: Kablosuz a glar, kablosuz coklu eri sim, ta s y c dinleyen coklu eri sim, enerji verimlili gi, su alt a glar , k sa d onemli denkserlik, yay l m gecikmesi