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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
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2R4.2.3
Indice
Stato di avanzamento del lavoro
Risultati
• MAC adattativo per reti locali (WiFi)
• MAC adattativo per reti metropolitane (WiMax)
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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%
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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
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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
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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%
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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)
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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
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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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10R4.2.3
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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11R4.2.3
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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12R4.2.3
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