Link-level Measurements from an b Mesh Network

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1 DEPARTAMENTO DE CIÊNCIA DA COMPUTAÇÃO Link-level Measurements from an b Mesh Network Autores: - Daniel Aguayo, John Bicket, Sanjit Biswas, Robert Morris - MIT - Glenn Judd - Carnegie Mello University Aluno: Marlon Paolo Lima Disciplina: Sistemas em Redes

2 INTRODUÇÃO Roofnet Roofnet: rede mesh b experimental, implantada pelo MIT; 38 nós, em modo Ad-hoc IBSS, cobrindo uma área de 6 km 2 ; Antenas omni-direcionais - 8 dbi; Propósito: acesso à Internet em um grande ambiente urbano, com poucos gateways. 2

3 O PROBLEMA Apresentação do Problema Perdas de pacotes tornam o planejamento de uma rede difícil; O artigo explora as seguintes razões para estas perdas; Efeito da distância Interferências causadas por rajadas Efeito da relação sinal-ruído (SNR) Efeito da taxa de transmissão Interferência de outras fontes Interferência multi-path Objetivo: investigar aspectos relevantes das perdas de pacotes para o design de futuros protocolos de roteamento e MAC. 3

4 METODOLOGIA Planejamento Experimental Metodologia do experimento: Todos notebooks utilizam mesmas placas de rede; Nós enviam pacotes (broadcast), e os demais ouvem ; Não há outro tráfego na Roofnet; Sem ACKs, retransmissões ou RTS/CTS; Sem sensoriamento da portadora; Nó transmite por 90 segundos, variando velocidade (1 a 11 Mpbs).

5 Broadcast Packet Loss rates DISTRIBUIÇÃO DA PROBABILIDADE DE ENTREGA DOS PACOTES Probabilidade de Entrega > 2/3 dos of links Prob. Entrega - < 90% Node Pair Maioria dos enlaces Roofnet têm taxas de perda de intermediárias

6 DISTRIBUIÇÃO ESPACIAL X TAXAS DE PERDA Efeitos da distância Existe correlação com a distância, mas nem sempre é consistente. Diferenças causadas por obstáculos, dif. alturas de antena, e interferência multi-path.

7 Delivery probability RAJADAS DE INTERFERÊNCIA X TAXA DE PERDA Perda em rajadas em 2 links diferentes Probabilidade de entrega (em segundos) de 2 links com 50% perda. avg: 0.5 stddev: 0.28 avg: 0.5 stddev: 0.03 O gráfico superior é consistente com a interferência em rajadas. O gráfico inferior não é. Time (seconds)

8 Cumulative fraction of node pairs RAJADAS DE INTERFERÊNCIA X TAXA DE PERDA Na maioria dos links não ocorre rajadas Poucos links (direita) apresentam diferenças significativas na taxa de perda de um segundo para o outro. Desvio de Allan da taxa de perda, no intervalo de 1 segundo % Perda não é consistente com as perdas em rajadas

9 Broadcast packet delivery probability RELAÇÃO SINAL-RUÍDO X TAXAS DE PERDA Prob. Entrega x SNR - Simulado Laboratory Signal-to-noise ratio (db)

10 Broadcast packet delivery probability RELAÇÃO SINAL-RUÍDO X TAXAS DE PERDA Prob. Entrega x SNR - Roofnet Laboratory Roofnet Signal-to-noise ratio (db) SNR não é o único fator determinante na probabilidade de entrega

11 Delivery Probability VELOCIDADE DE TRANSMISSÃO X TAXAS DE PERDA Efeitos da taxa de transmissão Os pares foram ordenados pela velocidade de 11 Mbps

12 INTERFERÊNCIA DE OUTROS EQUIPAMENTOS X TAXAS DE PERDA Interferência de outros equipamentos A B Pacotes podem ser perdidos devido à interferência de outros APs operando no mesmo canal (ou em canais sobrepostos) Protocolo MAC não previne transmissões concorrentes.

13 Lost packets/second INTERFERÊNCIA DE OUTROS EQUIPAMENTOS X TAXAS DE PERDA Interferência de outros equipamentos Pacotes não são da Roofnet, e foram coletados antes dos experimentos. 1 Mbps Foreign packets/second Não há correlação entre o tráfego externo e a perda de pacotes

14 INTERFERÊNCIA MULTIPATH X TAXAS DE PERDA Efeito multipath A reflexão é uma cópia atrasada e atenuada do sinal. B A Grande ambiente urbano, o atraso muitas vezes >= 1 μseg. Interferência multipath é uma das principais causas de perdas de pacotes.

15 INTERFERÊNCIA MULTIPATH X TAXAS DE PERDA Efeito multipath Emulador de canais para investigar o efeito multipath Sender Receiver delay attenuation Sinal atrasado e atenuado é misturado ao original antes de enviar; 200 pacotes transmitidos em 1, 2, 5.5, 11 Mbps ; Sinal refletido incrementado a cada 0.02 μseg, em 0,2 db.

16 Cumulative fraction of links INTERFERÊNCIA MULTIPATH X TAXAS DE PERDA Efeito multipath Enlaces Roofnet são longos! Placa de rede suprime sinais refletidos com atrasos de até 250 ns. Link distance (feet or nanoseconds) Razoável esperar atrasos > 500 ns O sinal atrasado faz com que o receptor não possa distinguir dos sinais diretos.

17 REVISÃO DA LITERATURA Trabalhos Relacionados Kotz [4] et al. examinam algumas regras para propagação em redes Resultados diferentes Roofnet não usa APs, na qual clientes estão próximos. [2],[5],[8] investigaram sistemas de roteamento multi-hop e desempenho obtido foi inferior ao simulado. Problema: links com qualidade mediana. Solução: realizar o encaminhamento de pacotes com os melhores links. [6],[7] perdas em rajadas, ocorrem pela movimentação dos receptores. Requerem um modelo de Markov multi-estado para maior acurácia. [1] sugere que perdas em rajadas podem ser ocasionadas pelo fato das antenas altamente direcionais são susceptíveis ao vento. Roofnet usam antenas omni-direcionais e não sofrem deste problema. Modelo de Markov multi-estado apresentado em [3] é sobre-especificado para ambientes estáticos. 17

18 MINHA AVALIAÇÃO Avaliação do trabalho Pontos positivos: O trabalho contribui para compreensão das principais causas das perdas de pacotes em redes ; Testes aplicados foram abrangentes e os resultados bem ilustrados. Pontos negativos: Os autores poderiam ter investigado um padrão mais atual, já existente na época (IEEE g); Não há aleatorização dos testes. Os testes foram executados no início da manhã ou após à meia-noite. Poucas réplicas: em alguns testes, os dados apresentados são derivados de uma única medição; Resultados são muito específicos para rede Ad hoc em questão. 18

19 REFERÊNCIAS TRABALHOS RELACIONADOS Referências 1. H. Balakrishnan and R. Katz. Explicit loss notification and wireless web performance. In IEEE Globecom Internet Mini-Conference, October D. De Couto, D. Aguayo, J. Bicket, and R. Morris. A high-throughput path metric for multi-hop wireless routing. In Proceedings of ACM MobiCom Conference, September A. Konrad, B. Y. Zhao, A. D. Joseph, and R. Ludwig. A Markov-based channel model algorithm for wireless networks. In Proceedings of Fourth ACM International Workshop on Modeling, Analysis and Simulation of Wireless and Mobile Systems, D. Kotz, C. Newport, and C. Elliott. The mistaken axioms of wireless-network research. Technical report TR , Dartmouth CS Department, July H. Lundgren, E. Nordstrom, and C. Tschudin. Coping with communication gray zones in IEEE b based ad hoc networks. In ACM WoWMoM Workshop, September G. Nguyen, R. H. Katz, B. Noble,, and M. Satyanarayanan. A trace-based approach for modeling wireless channel behavior. In Proc. Winter Simulation Conf., December A. Willig, M. Kubisch, C. Hoene, and A. Wolisz. Measurements of a wireless link in an industrial environment using an IEEE compliant physical layer. In IEEE Transactions on Industrial Electronics, vol. 43, no. 6, pp , December M. Yarvis, W. Conner, L. Krishnamurthy, J. Chhabra, B. Elliott, and A. Mainwaring. Real-world experiences with an interactive ad hoc sensor network. In Proceedings of the International Workshop on Ad Hoc Networking, August