Dezentrale Sendeleistungsregelung zur Kapazitätssteigerungdrahtloser Netze mit gemeinsam genutztem Übertragungskanal

Abstract

Die Topologie eines drahtlosen Netzes wird maßgeblich durch die Sendeleistungen der beteiligten Geräte beeinflusst. Sind die Sendeleistungen zu gering, so zerfällt die Topologie in mehrere Zusammenhangskomponenten, zwischen denen keine Kommunikation möglich ist. Zu hohe Sendeleistungen haben jedoch den Nachteil, dass unnötig viele Geräte um das gemeinsam genutzte Übertragungsmedium konkurrieren. Daher kann es sich vorteilhaft auf die Netzkapazität auswirken, die Sendeleistungen der Geräte dynamisch anzupassen, so dass die Konnektivität gewahrt bleibt, während eine möglichst hohe Anzahl zeitlich überlappend stattfindender Übertragungen zugelassen wird.<br /> Die Dissertation leistet zwei Beiträge zu diesem Themengebiet. Zunächst wird der Zusammenhang zwischen der Topologie und der Kapazität eines Netzes untersucht. Dann wird ein Verfahren zur dezentralen Sendeleistungsregelung entwickelt, das die Netztopologie einer bestimmten Graphklasse annähert, von der zuvor gezeigt wurde, dass sie ein hohes Kapazitätspotenzial aufweist.<br /> Für die Untersuchung von Netztopologien kommt ein neuer Graphalgorithmus zur Approximation der Transportkapazität zum Einsatz, der in der Dissertation vorgestellt wird. Es handelt sich dabei um den ersten Algorithmus, der den möglichen Durchsatz einer beliebigen Menge von Datenströmen unter Einhaltung des Max-Min-Fairness-Kriteriums auch in großen Topologien mit mehreren tausend Knoten in akzeptabler Rechenzeit approximieren kann.<br /> Anhand von Topologien, die dadurch entstehen, dass allen Stationen die gleiche Sendereichweite zugeordnet wird, werden einige grundsätzlichen Erkenntnisse zum Einfluss der gewählten Sendeleistungen auf die Netzkapazität erarbeitet. Dann wird die Kapazität zweier Topologieklassen untersucht, die sich aus praktischer Sicht gut zur verteilten Sendeleistungsregelung eignen. Dabei zeigt sich, dass die Nearest-Neighbours- den Max-Degree-Topologien vorzuziehen sind. Schließlich wird festgestellt, dass einige andere Topologieklassen, die in der Literatur zu Sendeleistungsregelung in drahtlosen Netzen zu finden sind, hinsichtlich ihrer Kapazität keine Vorteile gegenüber Nearest-Neighbours-Topologien bringen.<br /> Da bisher kein praktikables verteiltes Nearest-Neighbours-Verfahren zur Sendeleistungsregelung in drahtlosen Netzen veröffentlicht wurde, wird der im Rahmen der Dissertation entwickelte Cooperative Nearest-Neighbours Topology Control Algorithm in verschiedenen Varianten vorgestellt.<br /> Anhand von Simulationsergebnissen wird schließlich gezeigt, dass dieser Algorithmus auch unter realistischen Bedingungen in vielen Fällen zu einer hohen Netzkapazität führt. Dabei werden auch die Stärken und Schwächen der unterschiedlichen Varianten des vorgestellten Verfahrens unter verschiedenen Bedingungen genau beleuchtet. Da eine dieser Varianten ein Max-Degree-Verfahren repräsentiert, kann gezeigt werden, dass Nearest-Neighbours-Topologien auch aus praktischer Sicht den Max-Degree-Topologien vorzuziehen sind.