CEFRIEL – Politecnico di Milano

Deliverable R4.2.3

Valutazione delle prestazioni del MAC adattativo per reti locali e metropolitane

Ivan Sartini – Unit W&W

Milano – 17 Novembre ‘04

2R4.2.3

Indice

Stato di avanzamento del lavoro

Risultati

• MAC adattativo per reti locali (WiFi)

• MAC adattativo per reti metropolitane (WiMax)

3R4.2.3

Throughput non ottimo a causa di overhead fissi e metodo di accesso

Scopo del MAC adattativo: aumentare l’efficienza (throughput)

Il problema dell’efficienza in WiFi

DCF - RTS/CTS access - Data Rate 11 Mbps

0,0E+00

1,0E+06

2,0E+06

3,0E+06

4,0E+06

5,0E+06

6,0E+06

0 500 1000 1500 2000 2500Pkt size (byte)

Thro

ughp

ut (b

it/s)

NS2

teorici (overh. 1 Mbps)

55%

5%

17%

23% <64 bytes<72 bytes<596 bytes<1520 bytes

Source: IEEE 802.11n TG – july 2003

Sample packet size distr.

<L> ≈ 500 byte(<L> ≈ 250 byte)

η ≤ 20%

4R4.2.3

Funzionalità implementate

• meccanismo di aggregazione• adattamento della dimensione del frame

• scelta del metodo di accesso al canale• adattamento della probabilità di accesso

Strategia implementativa

TX RXUpper layers

MAC LAYER MAC LAYER

LL LL

Upper layers

DISAGGREGATION

BIG

QUEUE_LL1

NORMAL

…

IP1 IPn

QUEUE_LLn

MAT

CHANNEL

MARKERBIG

NORMAL

Moduli SW sviluppati

Entità Modificati Creati

LL, MAC X

Queuing X X

Packet X X

Tracing X

Nnodes, Lpkt IN

Nnodes>NTH

RTS/CTSBASIC

NO YES

Lpkt < LTH

BASIC RTS/CTS

YES NO

CHOICHE OUT

NTH=5; LTH=300 byteScenarioN≤10MAT =1500 byteScenario IP

5R4.2.3

Prestazioni del MAC adattativo - l’aggregazione in saturazione

Adaptive

Standard

RTS/CTS HANDSHAKING

BASIC

(11 Mbps, 2 nodi, saturazione, MAT=2312 bytes)

<T> η

Adaptive 4.9 Mbps 45%

Standard 2.0 Mbps 18%

<T> η

Adaptive 6.0 Mbps 55%

Standard 3.3 Mbps 30%

Adaptive

Standard

6R4.2.3

Standard

Adaptive

Standard

DELAYTHROUGHPUT

(1 Mbps, saturazione, MAT=2312 bytes, pacchetti=520 bytes)

Prestazioni del MAC adattativo - saturazione

Adaptive

<D>

Adaptive 5.7 ms

Standard 7.5 ms

<T>

Adaptive 73%

Standard 55%

7R4.2.3

Prestazioni del MAC adattativo – CBR 64 Kbps, data rate a 1 Mbps

<T>

PKT 200 97%

PKT 300 97%

<T>

MAT 1500 97%

MAT 2312 81%

MAT=1500

MAT=2300

THROUGHPUT

PKT=300 PKT=200

THROUGHPUT

(1 Mbps, 64kbps, pacchetti = 200 bytes) (1 Mbps, 64kbps, MAT=1500 bytes)

8R4.2.3

Stato delle attività sul MAC adattativo per reti locali

Gli obiettivi raggiunti sono:

• definizione requisiti di un MAC adattativo, stato dell’arte ed

analisi delle tecniche per algoritmi adattativi, analisi del

MAC standard VS adattatività

• scelta dell’algoritmo adattativo

• definizione dell’architettura

• definizione del funzionamento del protocollo

• implementazione del protocollo in ambiente di simulazione

• la valutazione delle prestazioni e l’analisi dei risultati

• scelta dei parametri ottimi

Si può ritenere di aver caratterizzato in modo significativo le

prestazioni dell’algoritmo

9R4.2.3

Il problema dell’efficienza e della QoS in WiMax

IEEE 802.16 definisce degli elementi di adattatività ma non il

loro comportamento

Scopo del MAC adattativo

• definire il comportamento di questi elementi ottimizzando

l’uso di banda e mantenendo la QoS

Funzionalità adattative nel MAC

Adattamento della soglia per uplink e downlink

Adattamento del numero di time slot per ciascun flusso di

traffico

Adattamento del numero di time slot per stazione

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Strategia implementativa

F1 F2 F3 F4(4,5)

(6) Contention Tx Opp.s

(5) ARQ per flow

(4) Adaptive Burst

Privacy

Convergence

NETWORK

DATA-LINK

PHY

ADAPTIVITYentity

CRC

Scheduler

CRA/ARQ

Classifier

MAC controller

Info on Queue Status OUT

Info on Queue Status IN

UGS

rtPS

nrtPS

BE

Control Queue

SNR estimator

CINR/RSSI

ToS, QoS

CID

Shaper

(3) Adap. capacity per flow

(2) Dyn. capacity per node

(1) Dynamic TDD

…(1)(2)

Preamb. BCH SS 1 SS NSS i(3) (6) (6)

(3)

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Dettagli implementativi

Classifier - Riordina i pacchetti per CID di destinazione e le raggruppa nelle quattro diverse tipologie di traffico.

• Implementata la parte che distingue i flussi• In corso d’opera: classificazione flussi secondo i parametri di

QoS Control Queue - rileva lo stato delle code

• Implementata: controllo e misura della lunghezza delle code. • In corso d’opera: misura dei tempi di arrivo dei pacchetti.

CRC – Calcola dinamicamente il numero di time slot destinati alla trasmissione dei singoli nodi e dei singoli flussi.

• Implementato; la banda totale (GPSS) è suddivisa in modo equo fra le stazioni. La suddivisione della banda ai singoli flussi allo stato attuale è fatta in base alla lunghezza delle code.

Scheduler - Seleziona il numero ed il tipo di pacchetti da spedire sul canale, trama per trama, per ciascuna coda

• si appoggia su caratterizzazioni statistiche del traffico disponibili in letteratura.

• Implementata in versione preliminare • Gestisce il backlogging delle code • Usa la politica WRR (approssimazione del GPS)• Non tiene conto del profilo di burst adattativo (adaptive burst

profile)

CRA - regole per le contese nella trasmissione delle richieste di banda.

• Non implementato ARQ – regole per la ritrasmissione dei pacchetti persi

• Non implementato Burst Choiche – Scelta del profilo di burst

• Non implementato• controllo e dati trasmessi con QPSK rate ½

Funzionalità per WiMax in NS2 ad oggi

• Trasmissione e ricezione per BS e SS

• UL-MAP, DL-MAP

• Suddivisione in burst di DL ed UL

• Il numero di CID è dinamico

• La BS supporta CID multipli

• Ogni SS ha un solo CID

• I messaggi di controllo per

l’allocazione della banda non

implementati

• Le funzioni di ranging non

implementate

Il nostro contributo implementativo si è

focalizzato in particolare su:

• Classifier

• Shaper

• Scheduler

• Bursting in DL

• Integrazione dei vari elementi

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Conclusioni sui risultati

MAC adattativo per reti locali - WiFi

• Architettura

• Comportamento funzionale

• Implementazione in ambiente di simulazione

• Caratterizzazione delle prestazioni

MAC adattativo per reti metropolitane - WiMax

• Architettura

• Comportamento funzionale

• Implementazione preliminare

• Caratterizzazione preliminare delle prestazioni