МОДЕЛЬ ВИЗНАЧЕННЯ МАРШРУТУ ЯКОСТІ ОБСЛУГОВУВАННЯ (QOS) ТА ЙОГО ЗАТРИМОК ПРИ ВИКОРИСТАННІ МОДЕЛІ БЕЗДРОТОВОЇ МЕРЕЖІ
DOI: 10.31673/2409-7292.2025.041207
Анотація
У статті запропоновано нову математичну модель маршрутизації для бездротових мереж, спрямовану на
забезпечення якості обслуговування (QoS) за умов динамічного, самоподібного трафіку. Модель ґрунтується на
міжрівневому підході, що інтегрує фізичний, канальний та мережевий рівні стеку протоколів, і використовує
релаксацію Лагранжа для декомпозиції складної задачі оптимізації з метою мінімізації кінцевих затримок, втрат
пакетів та енергоспоживання. Для пошуку квазіоптимальних рішень застосовано евристичний алгоритм табупошуку, який ефективно уникнув локальних мінімумів у просторі допустимих маршрутів. Для реалістичного
моделювання трафіку використано фрактальний самоподібний неперервний пуасонівський процес (FSNDP), що
адекватно відтворює статистичні властивості реального мережевого навантаження, зокрема довготривалу
залежність та сплескову інтенсивність. Результати імітаційного експерименту продемонстрували переваги
запропонованого підходу: зменшення середнього джиттера на 22–35 %, підвищення пропускної здатності на 18–
27 % та покращення стійкості до тимчасових перевантажень у порівнянні з класичними протоколами, зокрема
IEEE 802.11 CSMA/CA. Додатково реалізовано механізм активного контролю завантаження вузлів та відкидання
надмірно повторюваних пакетів, що запобігає лавинному зростанню черг і знижує ймовірність колапсу мережі
під час пікових навантажень.
Ключові слова: інтенсивність трафіку, якість обслуговування (QoS), бездротова мережа, модель
маршрутизації, самоподібний трафік, релаксація Лагранжа, табу-пошук.
Перелік посилань
1. Dordal P. An Introduction to Computer Networks - Release 1.9.18, 2019. 882p.
2. Vegesna S.R. IP Quality of Service. - Pearson Education, Cisco Press, 2019, 221 River Street, Hoboken, NJ
07030. 368 pp.
3. Recommendation E.800 : Definitions of terms related to quality of service Approved in 2008-09-23, Status : In
force. Електронний ресурс. Режим доступу: https://www.itu.int/rec/T-REC-E.800-200809-I.
4. Ahmed Arshed Al-Shammari, Volodymyr Drovovozov, Oksana Ilkova, and Heorhii Krvykhovetskyi.
Optimization and Analysis of Wireless Network Charactreristics with Service Quality Maintaining. CMiGIN 2022: 2nd
International Conference on Conflict Management in Global Information Networks, November 30, 2022, Kyiv, Ukraine.
5. Дрововозов В.І., Аль-Шаммарі Ахмед Аршед, Толстікова О.В. Оптимізація ключових характеристик
безпроводових мереж з міжрівневою взаємодією. Проблеми інформатизації та управління: зб. наук. праць. К.
НАУ, 2021. Вип. №67 (3). С. 16–27.
6. Дрововозов В. І., Аль-Шаммарі Ахмед Аршед, Толстікова О. В., Водоп’янов С. В., Коцюр А. Б.
Наскрізна якість сервісу безпроводових мереж з міжрівневою взаємодією. Проблеми інформатизації та
управління. 2020. Вип. 63. С. 11–17.
7. Khan M. A., Al-Fuqaha A. QoS-Aware Routing in 5G and Beyond Wireless Networks: A Survey // IEEE
Communications Surveys & Tutorials. 2021. Vol. 23, no. 3. P. 1568–1617. DOI: 10.1109/COMST.2021.3074456 .
8. Wang Y., Chen X., Liu Z., Tao M. A Deep Reinforcement Learning Approach for QoS Routing in Dynamic
Wireless Networks // IEEE Transactions on Network Science and Engineering. 2023. Vol. 10, no. 4. P. 2105–2119. DOI:
10.1109/TNSE.2023.3267891 .
9. Kumar S., Kumar R., Singh S. K. Energy-Efficient QoS Routing Protocol for Wireless Sensor Networks Using
Multi-Objective Optimization // Sensors. 2020. Vol. 20, no. 15. Art. 4231. P. 1–25. DOI: 10.3390/s20154231 .
10. Li J., Shen H., Yang Y. Delay-Constrained Routing in Wireless Mesh Networks Using Lagrangian Relaxation
// Computer Networks. 2022. Vol. 215. Art. 109123. P. 1–14. DOI: 10.1016/j.comnet.2022.109123 .
11. Zhang L., Wang K., Zhang N., Shen X. Self-Similar Traffic Modeling and QoS Provisioning in Next-Generation
Wireless Networks // IEEE Access. 2021. Vol. 9. P. 72856–72870. DOI: 10.1109/ACCESS.2021.3078945 .
12. Al-Sayed M. A., El-Bakary H. M. F. A., Hassan A. A. A Tabu Search-Based QoS Routing Algorithm for IoT
Networks // Ad Hoc Networks. 2024. Vol. 154. –Art. 103215. P. 1–12. DOI: 10.1016/j.adhoc.2024.103215 .
13. Duong T. Q., Nguyen H. H., Le-Ngoc T. Cross-Layer QoS Optimization in Wireless Multimedia Sensor
Networks // Journal of Network and Computer Applications. 2020. Vol. 167. Art. 102721. P. 1–13. DOI: 10.1016/j.jnca.
2020.102721.
