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Main Title: Realistic PHY Modeling for Accurate Wireless Simulations
Translated Title: Realistische Modellierung der physikalischen Schicht zur akkuraten Simulation drahtloser Netzwerke
Author(s): Al-Bado, Mustafa
Advisor(s): Feldmann, Anja
Granting Institution: Technische Universität Berlin, Fakultät IV - Elektrotechnik und Informatik
Type: Doctoral Thesis
Language: English
Language Code: en
Abstract: Die Bedeutung von Simulationen im Bereich drahtloser Netzwerke hat trotz ihrer Vorteile während der Entwicklung und Evaluation neuer Protokolle abgenommen. Zu den Vorteilen zählen unter anderem die Reproduzierbarkeit und Skalierbarkeit von Experimenten. Der Grund hierfür liegt darin, dass die Gültigkeit von Ergebnissen auf Basis simulierter, drahtloser Netzwerke innerhalb der Forschungsgemeinschaft sehr kritisch betrachtet und nicht selten hinterfragt wird. Gleichzeitig haben Evaluationen und Ergebnisse aus realen Testbeds an Bedeutung gewonnen. Allerdings ist dieser Ansatz im Vergleich zu Simulationen sehr zeitintensiv und stellt im Allgemeinen eine größere Herausforderung dar. Diese Dissertation verbessert die Konfidenz von Ergebnissen auf Basis von Simulationen von IEEE 802.11 basierenden Netzwerken. Zu diesem Zweck entwickeln wir ein ortsspezifisches Modell der IEEE 802.11 physikalischen Schicht. Die Eingangsparameter unseres Modells basieren dabei auf Messergebnissen realer Testbeds. Dadurch verbessern wir die Fähigkeiten von Simulationswerkzeugen, realistische und wiederholbare Experimente durchzuführen. Der wissenschaftliche Beitrag dieser Arbeit umfasst verschiedene Modellierungen: empirisch ermittelte Wellenausbreitung, Übertragungsfehler, Frameerkennung und Interferenz. Der Entwicklung dieser Modelle geht unsere detaillierte Analyse voraus, in der die Signifikanz verschiedener Parameter bezüglich der Simulationsgenauigkeit untersucht werden. Dabei evaluierten wir deren Einfluss in verschiedenen Umgebungen (in Gebäuden sowie im Außenbereich) unter Berücksichtigung verschiedener Szenarien (z.B. einzelne oder mehrere parallele Verkehrsströme, 1-hop oder multi-hop Verbindungen) und bezüglich der physikalischen Netzwerkschicht und der Transportschicht. Unsere Ergebnisse zeigen einen bedeutenden Einfluss von Umgebungsbedingungen sowie Gerätespezifikationen auf die drahtlose Kommunikation auf. Im Vergleich zu herkömmlichen Simulationsmodellen verbessert unsere ortsspezifische Modellierung die Simulationsergebnisse von IEEE 802.11 basierenden Netzwerken signifikant.
The importance of simulation has diminished in wireless networking despite the advantages of simulation in developing and evaluating new protocols, such as repeatability and scalability. This is due to constant questioning of the validity of the wireless simulation results by the wireless networking community. As an alternative, testbed evaluations, have become popular since they provide more confident results. However, adopting this approach is typically more time consuming and challenging. This thesis takes a step forward in improving the confidence of simulating IEEE 802.11 wireless networks. To this end, we introduce a site-specific IEEE 802.11 Physical (PHY) layer model for wireless networks, which is representative of an actual testbed. It uses testbed measurements as input to the model. As the main advantage of this model, we gain the ability to run realistic and repeatable experiments. The main contributions of this thesis are empirical propagation, frame error, frame detection and interference models. These contributions are based on a thorough analysis of which wireless parameters impact the accuracy of the simulation results. Then, we evaluate their impact both at PHY and transport layers, in different environments (indoor vs. outdoor) and set-ups (e.g., single flow, multiple concurrent flows, multi-hop scenarios). Our results show that environmental conditions and device specifications have a major impact on the wireless communication. Moreover, the site-specific approach for modeling wireless networks significantly improves the simulation results in comparison to the typical simulation models.
URI: urn:nbn:de:kobv:83-opus-38665
http://depositonce.tu-berlin.de/handle/11303/3806
http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-3509
Exam Date: 8-Feb-2013
Issue Date: 15-Feb-2013
Date Available: 15-Feb-2013
DDC Class: 004 Datenverarbeitung; Informatik
Subject(s): Ausbreitung
Drahtlos
Physikalische Netzwerkschicht
Realistisch
Simulation
Physical layer
Propagation
Realistic
Simulation
Wireless
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Appears in Collections:Technische Universität Berlin » Fakultäten & Zentralinstitute » Fakultät 4 Elektrotechnik und Informatik » Institut für Telekommunikationssysteme » Publications

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