Performance improvement strategies for 802.11 network

Abstract

802.11 networks have enabled and are fueled by the proliferation of connected mobile devices with a wide variety of applications, which have been integral parts of our daily lives. Currently, IEEE 802.11ac is a state-of-art protocol that provides higher data rates than its predecessors to accommodate the increasing demands of users with more bandwidth, spatial streams, modulation schemes, and downlink multi-user MIMO (MU-MIMO). In addition, 802.11ac protocol inherits aggregation and QoS prioritization, from 802.11n and 802.11e, respectively. On the other hand, some new features of the latest 802.11 standard may cause adverse affects to the co-existing legacy nodes. For example, the MU-MIMO feature may result in the deafness problem, and QoS prioritization and MAC layer aggregation cause significantly lower performance in classical hidden node scenario - even with the RTS/CTS handshake mechanism. Also, delay and/or packet loss in TCP significantly decreases end-to-end throughput due to congestion control. This thesis studies and verifies these problems, proposes a methodology to mitigate the deafness problem in MU-MIMO, analyzes experimentally the effectiveness of multiple TCP connections to improve TCP throughput, and finally provides a framework via multiple-synced-sniffing methodology to diagnose hidden-node problems.802.11 ağlar, günlük yaşantımızda önemli yer tutan taşınabilir cihazların yaygınlaşmasını mümkün kılmıştır. Bu ağ ailesinin -şuanki- en gelişkin üyesi 802.11ac, daha yüksek kipleme oranı, uzaysal akım, band genişliği ve uydu-yer bağlantısında kullanılan çok kullanıcılı çok girdili çok çıktılı haberleşme teknikleriyle seleflerinden daha yüksek başarım oranı sağlamaktaıdır. Fiziksel katmandaki bu yeni tekniklerin yanısıra; 802.11ac erişim katmanında veri birleştirilmesi ve önceliklendirilmesini de seleflerinden miras edinmiştir. Yukarıda bahsedilen özelliklerden, çok kullanıcılı çok girdili çok çıktılı sistemler -öncesiyle uyumlu olmadıklarından, 802.11ac protokolünü desteklemeyen düğümlerde sağırlık sorunu oluşturarak; ağdaki başarım oranını düşürmektedir. Ben- zer şekilde, klasik saklı düğüm topolojisinde de, erişim katmanında uygulanan veri birleştirilmesi ve önceliklendirilmesi; RTS/CTS el sıkışmasının kullanılmasına rağmen ciddi veri kaybına yol açmaktadır. 802.11 ağlardakı bu gibi problemlerin oluşturduğu veri kaybı ve gecikmesi, uçtan uca veri aktarım kontrolü için kullanılan TCP protol- lerindeki tıkanıklık kontrol algoritmalarından dolayı da -ilave olarak- başarım oranını düsürmektedir. Bu tezde 802.11ac protokolünü desteklemeyen düğümlerde oluşan sağırlık sorununu önleyici yaklaşım, çoklu bağlantılarla uçtan uca TCP başarım oranını arttıcı deneysel çalçışmalar ve saklı düğüm problemini analiz etme metodolojisi sunulmuşur.