Date of Award

4-2017

Document Type

Thesis

Degree Name

Master of Science in Electrical Engineering (MSEE)

Department

Electrical Engineering

First Advisor

Dr. Atef Amin Abdrabou

Second Advisor

Dr. Mohammad Abdul-Hafez

Third Advisor

Dr. Vojislav B. Misic

Abstract

Communication technologies witness a wide and rapid pervasiveness of wireless machine-to-machine (M2M) communications. It is emerging to apply for data transfer among devices without human intervention. Capillary M2M networks represent a candidate for providing reliable M2M connectivity. In this thesis, we propose a wireless network architecture that aims at supporting a wide range of M2M applications (either real-time or non-real-time) with an acceptable QoS level. The architecture uses capillary gateways to reduce the number of devices communicating directly with a cellular network such as LTE. Moreover, the proposed architecture reduces the traffic load on the cellular network by providing capillary gateways with dual wireless interfaces. One interface is connected to the cellular network, whereas the other is proposed to communicate to the intended destination via a WiFi-based mesh backbone for cost-effectiveness. We study the performance of our proposed architecture with the aid of the ns-2 simulator. An M2M capillary network is simulated in different scenarios by varying multiple factors that affect the system performance. The simulation results measure average packet delay and packet loss to evaluate the quality-of-service (QoS) of the proposed architecture. Our results reveal that the proposed architecture can satisfy the required level of QoS with low traffic load on the cellular network. It also outperforms a cellular-based capillary M2M network and WiFi-based capillary M2M network. This implies a low cost of operation for the service provider while meeting a high-bandwidth service level agreement. In addition, we investigate how the proposed architecture behaves with different factors like the number of capillary gateways, different application traffic rates, the number of backbone routers with different routing protocols, the number of destination servers, and the data rates provided by the LTE and Wi-Fi technologies. Furthermore, the simulation results show that the proposed architecture continues to be reliable in terms of packet delay and packet loss even under a large number of nodes and high application traffic rates.

Comments

تشهد تكنولوجيا الاتصالات انتشار سريع وواسع للاتصالات اللاسلكية من نوع آلة لآلة. وهي تقنية متقدمة تسمح بتيادل المعلومات بين الاجهزة دون الاشراف البشري. الشبكات العصبونية تعتبر ذات كفاءة لضمان التوصيل في هذا النوع من الشبكات. هذه الرسالة تدرس بنيان شبكي يهدف لدعم مجال واسع من تطبيقات آلة إلى آلة مع جودة خدمة مقبولة، وذلك باستخدام شبكات عصبونية مزودة ببوابات لتقليل عدد الأجهزة الموصلة مباشرة مع الشبكات الخلوية مثل شبكات الجيل الرابع.و أيضاً تساهم البنية المذكورة في تقليل حمل التوصيل على شبكات الخليوي عن طريق تزويد البوابات العصبونية بواجهات تواصل ثنائية، أحدها لنقل البيانات باستخدام الشبكة الخليوية والآخر باستخدام شبكة الواي فاي. الأخيرة تتواصل مع الوجهة عن طريق شبكة منالموجهات لتحقيق كفاءة في الكلفة. دراسة الأداء تمت باستخدام برامج المحاكاة الحاسوبية تمت محاكاة عدة سيناريوهات فيما يخص البوابات العصبونية و في . ns- المتقدمة من نوع 2 كل سيناريو تم تغيير قيم العوامل المختلفة التي تؤثر على قيمة جودة الخدمة. تم تقييم معيار جودة الخدمة عن طريق قياس التأخير أو الضياع في وحدات البيانات. نتائج المحاكاة أظهرت أن البنية المذكورة توصل لجودة خدمة مرضية مع حمل خفيف على شبكات الخليوي. و سب بالأداء شبكات آلة لآلة العصبونية التي تستخدم الخليوي او الواي فاي كلاً على حدى.المحاكاة شملت أيضا سيناريوهات يتغير فيها عوامل عدة منها عدد البوابات العصونية المستخدمة، معدل البيانات المرسلة، عدد الموجهات، وبروتوكولات التوجيه المتبعة، و كذلك عدد المخدمات في الوجهة و معدلات الإرسال المقدمة من مزود الخدمة الخليوي والواي فاي.

Download

Included in

Engineering Commons

COinS