Codificación adaptativa de red para sistemas inalámbricos IEEE 802.11s en modo infraestructura - Carrillo Arellano, Carlos Ernesto (Universidad Autónoma Metropolitana, 2023)
Las redes inalámbricas malladas IEEE 802.11s en modo infraestructura, denominadas comúnmente como iWMNs (Infrastructure Wireless Mesh Networks), están constituidas por nodos inalámbricos estáticos capaces de trabajar coordinadamente para encaminar paquetes de datos. De esta manera, los nodos colaboran para poder intercambiar información entre sí. Más aún, las iWMNs pueden ser interconectadas con otras tecnologías de red y, de este modo, coadyuvar a extender inalámbricamente la cobertura de estas redes; por ejemplo, las iWMNs se emplean hoy en día para extender la cobertura de redes celulares o de redes cableadas. Gracias a estas características, y también a su bajo costo de infraestructura, las redes iWMNs son consideradas hoy en día como una excelente opción para ofrecer servicios de conectividad inalámbrica a Internet en zonas geográficas donde el uso de otras tecnologías resulta inviable. A pesar de las prometedoras características de las iWMNs; existen estudios y resultados que plantean dudas sobre su desempeño, ya que se ha documentado que el rendimiento de estas redes puede ser afectado por numerosos factores; tales como el uso de TCP para transportar información en entornos inalámbricos, la tasa de errores en el medio inalámbrico, así como la contienda por el acceso al medio entre usuarios de la red. Todos estos factores pueden degradar las prestaciones de las iWMNs y, consecuentemente, afectar la calidad de la experiencia que reciben los usuarios. En esta tesis doctoral se atienden algunos de estos problemas de desempeño mediante la técnica denominada como codificación adaptativa de red. Esta técnica ayuda a que los nodos de una iWMN puedan combinar varios paquetes de datos y de este modo construir un paquete codificado; al transmitir este paquete se transporta la información contenida en los paquetes originales requiriendo únicamente una transmisión inalámbrica, reduciendo de esta manera el uso del medio inalámbrico y, con ello, se incrementa la capacidad de la red. La técnica propuesta, además, busca que el proceso de codificación se adapte a las condiciones de tráfico en la red a través del ajuste dinámico del tiempo de espera de los paquetes en un nodo antes de poder ser combinados; es así como se puede disminuir el retardo de codificación. Con esta propuesta se pretende mejorar sustancialmente el desempeño de las iWMNs, resolviendo algunos problemas que las afectan. La evaluación de la propuesta se realiza empleando simulaciones y evaluaciones numéricas. A través de un minucioso análisis de resultados encontramos que las iWMNs pueden mejorar su rendimiento al emplear la técnica de codificación adaptativa de red, ya que se reduce considerablemente el número de transmisiones inalámbricas en la red, y, por consiguiente: i) se disminuye la contienda por el medio, ii) se reducen las probabilidades de error en el medio y iii) se incrementa la capacidad de la red. ; IEEE 802.11s INFRASTRUCTURE WIRELESS MESH NETWORKS (commonly known as iWMNs) are integrated by static wireless nodes capable of working in coordination to route data packets. In this way, the nodes collaborate to exchange information with each other. In addition, iWMNs can be interconnected with other network technologies and, in this way, help to wirelessly extend the coverage of these networks; for example, iWMNs are used today to extend the coverage of cellular or wired networks. Thanks to this feature, and also to their low infrastructure cost, iWMNs networks are considered today as an excellent option to offer wireless Internet connectivity services in geographical areas where the use of other network technologies is unfeasible. Despite the promising features of iWMNs, there are studies and results that cast doubt on their performance, since it has been documented that the performance of these networks can be affected by numerous factors; such as the use of TCP to transport information in wireless environments, the transmission errors in the wireless medium, as well as the access contention between network users. All these factors can degrade the performance of iWMNs and, consequently, affect the quality of the experience for the users. In this doctoral thesis, some of these performance problems are addressed through the technique called adaptive network coding. With this technique, the nodes of an iWMN are allowed to combine various data packets and thus build an encoded packet; this packet contains the information from the original packets, requiring only one wireless transmission to transport the original information, reducing the use of the wireless medium and, thereby, increasing the capacity of the network. The proposed technique also seeks to adapt the coding process to the traffic conditions in the network through the dynamic adjustment of the waiting time of the packets in a node before they can be combined. This proposal aims to substantially improve the performance of iWMNs, solving some problems that affect them. The evaluation of the proposal is carried out through simulations and numerical evaluations. After a detailed analysis of the results, we find that iWMNs can improve their performance by using the adaptive network coding technique, since the number of wireless transmissions in the network is considerably reduced, and, consequently, i) the medium access contention decreases, ii) the probability of errors in the medium is reduced, and iii) the capacity of the network increases