Дослідження енергоефективності Wi-Fi мережі
Автор: Лакус Михайло Вікторович
Кваліфікаційний рівень: магістр
Спеціальність: Проектування та адміністрування інформаційних комунікаційних мереж
Інститут: Інститут телекомунікацій, радіоелектроніки та електронної техніки
Форма навчання: денна
Навчальний рік: 2024-2025 н.р.
Мова захисту: українська
Анотація: Актуальність досліджень, представлених у дипломній роботі, визначається сучасними сучасних реаліях, збільшенням кількості розгорнутих точок доступу WiFi. Ця тенденція може посилитися, оскільки технологія розвантаження WiFi буде розгортатися в масштабах. При цьому виникає питання ефективного використання, щоб досягти значної економії енергії, необхідно знайти засоби для зменшення споживання електроенергії, коли трафік незначний або відсутній. Для прийняття відповідних рішень щодо енергозбереження структура враховує мережевий трафік і сценарії використання. У першому розділі проведено аналіз особливостей побудови сучасної бездротової WiFi мережі. Приділено увагу принципу роботи, продуктивності бездротової Wi-Fi мережі. Описано можливості використання та представлено набір послуг, які здійснює WiFi мережа. Розглянуто різні версії таких мереж, та відповідність їх існуючим стандартам. Розглянуто основні пристрої, які використовуються в Wi-Fi мережі, зокрема, бездротові адаптери, маршрутизатори, мережеві мости, повторювачі, а також вбудовані модулі Wi-Fi. В кінці розділу розглянута безпека мережі Wi-Fi, де було звернуто увагу на проблеми безпеки бездротової мережі, зокрема її спрощений доступ до мережі. Було розглянуто можливості запобіганню несанкціонованому доступу, та їхні недоліки. У другому розділі розглянуто методи та моделі дослідження енергоспоживання бездротових. Методи описані в шести підрозділах. В першому підрозділі розглянуто методи та моделі вимірювання енергоспоживання в WiFi мережі, де описано вимірювання енергоспоживання згідно 802.11n. В другому підрозділі розглядаються методи та пристрої вимірювання енергоспоживання бездротових WiFi мережі, де приділено увагу IEEE 802.11a та IEEE 802.11n. представлено параметрі, які дозволяють порівнювати різні технологій WiFi мережі. В Третьому підрозділі представлено методи підвищення енергоефективності в бездротовій WiFi мережі, зокрема переведення ресурсів також у сплячий режим, де враховується, що більша частина енергії, споживаної в бездротовій мережі, витрачається даремно через тривалий період простою ресурсів мережі за відсутності трафіку. В четвертому підрозділі представлено апаратні та програмні засоби дослідження енергоспоживання WiFi мережі, зокрема описано деталі архітектури системи моделювання. В останіх двох підрозділах описано метод дослідження WiFi мережі в приміщені та поза приміщенням. Третій розділ проведено дослідження за допомогою моделювання WiFi мережі в приміщені та поза приміщенням. Отримали показники їх споживання електроенергії в залежності навантаження трафіку, модуляції та схеми кодування, розмір використовуваних дейтаграм і різні рівні потужності передачі. Визначено, що енергоспоживання WiFi мережі залежить від кількох факторів, таких як обсяг трафіку, розмір пакету, рівень потужності передачі, схеми модуляції та кодування та умови каналу. Споживання електроенергії є ефективнішим при збільшені розміру пакетів, а схеми високої модуляції та кодування є більш енергоефективними. Крім того, рівні потужності передачі дуже мало впливають на потужність, споживану WiFi мережею. Енергоспоживання мережі має лінійну поведінку, доки WiFi мережа не досягне точки насичення з точки зору пропускної здатності. Така сама поведінка спостерігалася для всіх WiFi мереж, які використовувалися в нашому дослідженні, WAD IEEE 802.11g і IEEE 802.11n поза приміщенням, IEEE 802.11g в приміщені. Значна частка споживаної цими пристроями потужності не залежить від трафіку. Виявили, що введення трафіку в мережу до точки насичення призводить лише до збільшення споживання електроенергії на ?20% відносно споживання енергії в режимі очікування, тобто коли в мережі немає трафіку, крім звичайної сигналізації. У четвертому розділі представлено енергозберігаючу архітектуру, що складається з системи моніторингу та керування енергією для підтримки алгоритмів і методів енергозбереження. У пропонованій системі моніторингу та контролю енергії WiFi можуть працювати в різних режимах роботи з різними рівнями споживання енергії. Розглянуто структуру та апаратно-програмний прототип для моніторингу потужності, споживаної для WiFi мережі, і забезпечення реалізації підходів до енергозбереження. Проведено аналіз впливу часу перемикання, де визначено мінімальний час вимкнення, протягом якого енергія ефективніше витрачається. Проведено аналіз впливу часу перемикання, де визначено мінімальний час вимкнення, протягом якого енергія виграє та компенсує втрату енергії. Для тестування мережі в різних умовах трафіку було прогенеровао синтетичний трафік, було розглянуто різні профілі мережі, для кожногоз яких розглянуто різноманітні сценарії. Результати моделювання показали, що середня потужність, споживана в звичайному профілі, у більшості випадків вища, ніж потужність, споживана точками доступу з в інших профілях. Результати показали, що енергозбереження за допомогою мережі коливається від 3 до 45% від загальної потужності, споживаної в звичайному профілі, навіть якщо єдина кількість вузлів може бути базовими вузлами в режим сну. Встановлено, що профіль часткового покриття зберігає найбільшу енергію, оскільки цей профіль допускає деякі діри в охопленні мережі протягом коротких періодів. Тому в цьому профілі існує цикл між періодами повного та часткового покриття. Визначено, що частота проміжків пробудження повинна бути ретельно вибрана та повинна відображати динаміку мережі з точки зору як користувачів, так і трафіку. Зауважили, що найефективніший споживати енергію – це максимально довго перевести точку доступу у вимкнений режим. Показано, що точна карта покриття мережі дозволить більш ефективно вибирати базові вузли, що в кінцевому підсумку призведе до більшої економії енергії. У п’ятому розділі проведено техніко-економічне обґрунтування застосування WiFi мережі Об’єктом дослідження є створення енергозберігаючої WiFi мережі Предметом дослідження є методи та моделі дослідження енергоспоживання бездротових WiFi мереж. Метою роботи є дослідження та аналіз WiFi мережі на енергоефективність за допомогою моделювання та створення енергозберігаючої архітектури.