Please use this identifier to cite or link to this item: http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-2268
Main Title: Cognitive Wireless Local Area Networks
Translated Title: Kognitive Wireless Local Area Networks
Author(s): Abusubaih, Murad
Advisor(s): Wolisz, Adam
Granting Institution: Technische Universität Berlin, Fakultät IV - Elektrotechnik und Informatik
Type: Doctoral Thesis
Language: English
Language Code: en
Abstract: In den letzten Jahren hat IEEE-802.11-basierte WLAN-Technologie (Wireless Local Area Networks) immer weitere Verbreitung gefunden. Die gestiegenen enutzerzahlen und die Möglichkeit, Sprach-, Daten- und Videodienste auf der gleichen Kommunikationsplattform anzubieten, eröffnen neue Möglichkeiten für WLAN-Technologien am Markt. Die im Jahre 1990 begonnen Arbeiten am 802.11 WLAN-Standard sind davon ausgegangen, dass es in typischen WLAN-Installationen nur einen einzigen Access Point (AP) gibt. Wenn die Benutzerzahl nicht zu gross ist, lässt sich mit einem solchen Aufbau für die einzelnen Benutzer eine befriedigende Dienstqualit at erreichen. Durch die rapide gestiegenen Benutzerzahlen und den Wunsch nach kontinuierlicher WLAN-Abdeckung werden heutzutage WLANs mit mehreren APs realisiert, die einzelne Etagen oder sogar komplette Gebäude abdecken. Es ist mitunter notwendig, benachbarte APs auf dem gleichen Frequenzkanal zu betreiben, weil der Standard nur wenige nicht-ueberlappende Kanäle vorsieht. Dies führt zu gegenseitiger Interferenz zwischen WLAN-Knoten, erhöhter Konkurrenz beim Zugriff auf den Kanal und vergrösserten Backoff-Intervallen. Es ist nicht zu vermeiden, dass die Kapazität des WLANs und die für einzelne Benutzer erreichbaren Dienstqualitaeten unter der erhöhten Interferenz leiden. Für dichte WLAN-Installationen und bedingt durch die geringe verfügbare Anzahl an Frequenzkanälen ist Interferenz zu einem wesentlichen Problem geworden und dementsprechend gibt es grosses Interesse an Methoden, mit deren Hilfe die Interferenzsituation verbessert werden kann. Es kann davon ausgegangen werden, dass der wesentliche Grund für das Interferenzproblem in der statischen Konfiguration heutiger WLANs liegt. Eine verbesserte Leistung kann durch die Integration dynamischer und adaptiver Management-Verfahren in heute WLANs erreicht werden. Um ein effizientes WLAN-Management und bessere Dienstgüten zu erreichen, können APs und Terminals ihre Konfigurationsparameter dynamisch untereinander aushandeln. Wir bezeichnen solche WLANs als "kognitive WLANs". Ein kognitives WLAN ist ein selbstkonfigurierendes WLAN welches Veränderungen in der Radio-Umgebung und der Benutzerpopulation erkennt und sich daran anpassen kann. Ein kognitives WLAN lauscht auf dem Kanal, lernt den derzeitigen Zustand, tauscht informationen mit anderen kognitiven WLANs aus und passt seine Parameter und Konfigurationsdaten dynamisch an. Diese Arbeit leistet einen Beitrag zur Entwicklung kognitiver WLANs. Es wird ein Framework zur Verringerung der Interferenz in 802.11-basierten Infrastruktur-WLANs vorgeschlagen. Im Rahmen dieses Frameworks wird zunächst die Auswahlregel für die Zuordnung von Terminals zu APs verbessert. Das Ziel ist Interferenzen bereits in Phase des Auswahl des AP zu reduzieren. Bevor ein Terminal sich an ein Basic Service Set (BSS) assoziiert, wird es von APs über Interferenzen informiert. Mit dieser Strategie, wählt ein Terminal nicht nur ein BSS mit dem stärksten Signal aus, sondern ber ucksichtig Interferenz von Knoten der benachbarten BSSs. Während das Netzwerk aktive ist, beobachten alle Knoten die Dienstgüte in ihrem WLAN. Wenn die beobachtete Dienstgüte nicht mehr ausreichend ist, werden zunächst die Ursachen dafür mittels spezieller Diagnosealgorithmen ermittelt. Methoden zur Abschätzung der Interferenz wurden entwickelt, die die Ursache eine Verluste bestimmen und den Kanal passive beobachten. Wenn festgestellt wird, dass die Interferenz vor allem aus Hidden-Terminal-Problemen resultiert, werden die Parameter des Request to Send/Clear to Send (RTS/CTS)-Handshakes angepasst. Ein neues Kriterium zu Feinabstimmung des RTS/CTS Mechanismus für multi-rate multi-BSS Installationen wurde entwickelt. Dieses Kriterium basiert darauf der RTS/CTS Mechanismus bei aktiven verdeckten Knoten einzuschalten. Wenn das RTS/CTS nicht ausreicht, wird für das betrachtete BSS ein neues Mediumzugriffsverfahren vereinbart, insbesondere wird von Carrier Sense Multiple Access / Collision Avoidance (CSMA/CA) zu einem Zugriffsverfahren auf der Basis fest zugewiesener Zeitslots gewechselt wenn dies eine Verbesserung verspricht. Ein hybrider Medienzugriffs Mechanismus und ein Scheduling Algorithmus für den Betrieb in einem System mit zeitgesteuerten Zugriff wurde etwickelt.
The last few years have seen a tremendous increase in the deployment of 802.11Wireless Local Area Networks (WLANs). The proliferation of wireless users and the promise of converged voice, data and video technology is expected to open new numerous opportunities for 802.11 - based WLANs in the networking market. When the WLAN design was First developed in 1990, the model assumes that a WLAN deployment comprises one stand alone Access Point (AP). In fact, such a system provides satisfactory user experience as long as there is few users with relatively light traffic load and one AP. Due to rapid increase of wireless users and the requirement for continuous coverage, multi-AP WLANs nowadays span buildings or floors. Some neighboring APs have to be configured on the same channel due to the limited number of channels the 802.11 standard supports. This leads to mutual interference among WLAN nodes, increasing contention and back-off intervals. Inevitably, the capacity of the WLAN and the performance that wireless users experience precipitously drop due to interference. A consequence of dense WLAN deployments coupled with the limited number of channels, is that interference is the main serious and challenging problem and methods to mitigate it are essential. As a matter of fact, the reason for the interference problem stems from the static configuration of today's WLANs. On the positive side, better performance can be achieved by integrating dynamic and adaptive management schemes in today's WLANs. Efficient WLAN management and better Quality of Service (QoS) can be achieved if APs and WLAN cards actively negotiate and agree on their configurations. We call such WLANs "Cognitive WLANs". A cognitive WLAN is a self-reconfigurable WLAN that is aware of the dynamical changes in the radio environment and users dynamics. It listens, learns, shares information and adapts its parameters dynamically as necessary. This thesis contributes to the development of a cognitive WLAN by suggesting a framework for interference mitigation. Within this framework, the Terminal-AP selection policy currently implemented in WLAN adapters is firstly improved. The goal is to reduce the impact of interference at the selection phase. A terminal is informed by APs about the interference conditions before joining a Basic Service Set (BSS). With this policy, a user is not only enabled to join a BSS within which it has a strong signal to the AP, but also one which measures less interference from nodes belonging to neighboring BSSs. While the network is operational, nodes monitor the QoS in the WLAN. If QoS is observed to be degraded, diagnostic algorithms are used to infer probable cause. Methods for interference estimation are developed. Interference estimation is achieved through packet loss discrimination and passive channel monitoring. The network first tries to tune the Request to Send/Clear to Receive (RTS/CTS) mechanism if the cause is interference resulted from hidden nodes. New criterion for tuning the RTS/CTS in multi-rate multi-BSS deployments is developed. The criterion instructs a usage of RTS/CTS by detected active hidden node pairs, if these handshake packets are expected to improve the communication quality across the WLAN. However, if the RTS/CTS is expected to be not sufficient, interfering BSSs negotiate and change the channel access scheme. They coordinate their transmissions by switching from the Carrier Sense Multiple Access / Collision Avoidance (CSMA/CA) to a time slotted access scheme if the switching is found to be feasible and expected to be useful. A hybrid channel access scheme is developed to achieve the later goal. For the operation in the time slotted modus, a scheduling algorithm has been developed.
URI: urn:nbn:de:kobv:83-opus-23377
http://depositonce.tu-berlin.de/handle/11303/2565
http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-2268
Exam Date: 24-Aug-2009
Issue Date: 9-Oct-2009
Date Available: 9-Oct-2009
DDC Class: 620 Ingenieurwissenschaften und zugeordnete Tätigkeiten
Subject(s): 802.11
Interferenz
Kognitive
WLAN
802.11
Cognitive
Interference
WLAN
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