Details

Данная работа посвящена разработке и практической реализации алгоритма оптимизации параметров Wi-Fi Mesh сети, функционирующей в условиях многохоповой передачи трафика к шлюзовому узлу. Задачи, которые решались в ходе исследования: 1) Изучение архитектуры Wi-Fi Mesh-сети и факторы, определяющие качество их функционирования. 2) Разработка математической модели и критерии оптимизации. 3) Реализация алгоритма оптимизации. 4) Проведение эксперимента в ns-3, phyton и анализ результата. В ходе выполнения работы была построена модель Wi-Fi Mesh-сети с вектором управляемых параметров 𝜃𝜃, введена агрегированная целевая функция 𝐽𝐽(𝜃𝜃). Реализован генетический алгоритм оптимизации и программный контур интеграции Python и ns-3. Выполнено сравнение базовой конфигурации 𝜃𝜃0 и оптимизированной 𝜃𝜃∗.

This work is dedicated to the development and practical implementation of an optimization algorithm for the parameters of a Wi-Fi Mesh network operating under conditions of multi-hop traffic transmission towards a gateway node. The research set the following goals: 1. Analysis of the Wi-Fi Mesh network architecture and the factors determining its performance quality. 2. Development of a mathematical model and optimization criteria. 3. Implementation of the optimization algorithm. 4. Conducting an experimental study in ns-3 and Python, followed by result analysis. In the course of the work, a Wi-Fi Mesh network model with a vector of controlled parameters 𝜃𝜃 was constructed, and an aggregated objective function 𝐽𝐽(𝜃𝜃) was introduced. A genetic optimization algorithm and a software framework for Python and ns-3 integration were implemented. A comparison was made between the baseline configuration 𝜃𝜃0 and the optimized configuration 𝜃𝜃∗.

• ВВЕДЕНИЕ
• ГЛАВА 1 WI-FI MESH-СЕТИ КАК ОБЪЕКТ ОПТИМИЗАЦИИ
• 1.1 Назначение и область применения Wi-Fi Mesh-сетей
• 1.2 Архитектура Mesh-сети и принципы самоорганизации
• 1.3 Основные параметры физического и сетевого уровней
• 1.4 Проблемы производительности и факторы, влияющие на качество работы Mesh-сетей
• ГЛАВА 2 МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ И КРИТЕРИИ ОПТИМИЗАЦИИ
• 2.1 Формализация параметров сети
• 2.2 Критерии качества Wifi-Mesh сети
• 2.3 Нормализация и агрегирование критериев
• 2.4 Целевая функция 𝑱(𝜽) и её интерпретация
• 2.5 Многокритериальная оптимизация параметров
• 2.6 Эволюционные методы оптимизации
• 2.7 Архитектура программного контура оптимизации
• ГЛАВА 3 РЕАЛИЗАЦИЯ АЛГОРИТМА ОПТИМИЗАЦИИ
• 3.1 Представление параметров канала, мощности и маршрута
  • 3.1.1 Структура конфигурации 𝜃 и тип переменных
  • 3.1.2 Кодирование каналов ,𝐜-2.4. и ,𝐜-5.
  • 3.1.3 Кодирование мощностей ,𝐩-2.4. и ,𝐩-5. и обеспечение допустимости
  • 3.1.4 Представление параметров маршрутизации 𝑟
  • 3.1.5 Декодирование 𝜃 в параметры запуска ns-3
  • 3.1.6 Контроль допустимости конфигурации
• 3.2 Формирование начальной популяции
  • 3.2.1 Включение базовой конфигурации ,𝜃-0.
  • 3.2.2 Генерация поузловых каналов ,c-2.4. и ,c-5.
  • 3.2.3 Генерация поузловых мощностей ,𝐩-2.4. и ,𝐩-5.
  • 3.2.4 Инициализация параметров маршрутизации 𝑟
  • 3.2.5 Сборка особи и формирование популяции ,𝒫-(0).
  • 3.3 Реализация операторов генетического алгоритма
    • 3.3.1 Оператор отбора
    • 3.3.2 Оператор кроссовера
    • 3.3.3 Оператор мутации
  • 3.4 Алгоритм поиска оптимальной конфигурации сети
    • 3.4.1 Общая схема алгоритма
    • 3.4.2 Нормализация и вычисление 𝐽(𝜃) в контуре оптимизации
    • 3.4.3 Реализация основного цикла оптимизации
    • 3.4.4 Формирование результата «до/после» и таблиц
    • 3.4.5 Вывод топологии и рёбер графа
• ГЛАВА 4 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ И АНАЛИЗ РЕЗУЛЬТАТОВ
• 4.1 Описание сценариев моделирования
• 4.2 Базовые показатели сети без оптимизации
• 4.3 Результаты оптимизации по критериям T, D, L
• ЗАКЛЮЧЕНИЕ
• СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
• ПРИЛОЖЕНИЕ А ПРОГРАММНЫЙ КОД СЦЕНАРИЯ NS-3 (ФАЙЛ DUALBAND-OPT-SIM.CC)
• ПРИЛОЖЕНИЕ Б ПРОГРАММНЫЙ КОД УПРАВЛЯЮЩЕГО СКРИПТА ОПТИМИЗАЦИИ (ФАЙЛ MAIN_OPT.PY)
• ПРИЛОЖЕНИЕ В ПРОГРАММНЫЙ КОД ГЕНЕТИЧЕСКОГО АЛГОРИТМА (ФАЙЛ GA.PY)
• ПРИЛОЖЕНИЕ Г ПРОГРАММНЫЙ КОД МОДУЛЯ ИНТЕГРАЦИИ PYTHON И NS-3 (ФАЙЛ NS3_RUNNER.PY)