Agenda. Propostas e Avaliações de Protocolos de Acesso Alternativos ao Padrão IEEE e. Exemplos de Padrões de Redes Sem Fio

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1 Propostas e Avaliações de Protocolos de Acesso Alternativos ao Padrão IEEE 8.e Aluno... : Fernando Carlos Azeredo Verissimo Orientador... : Luís Felipe Magalhães de Moraes Agenda. Redes Sem Fio. Métodos de Acesso ao Meio. Qualidade de Serviço Data... : de agosto de 5 Motivação para o Estudo sobre Redes Sem Fio Usuário exige mobilidade, agilidade e liberdade em suas comunicações Custos dos dispositivos vêm caindo Tendência a existir redes mistas Novas aplicações surgem todo dia Redes Exemplos de Padrões de Redes Sem Fio Bluetooth Hiperlan IEEE 8. IEEE 8. é mais utilizado Redes IEEE 8. Padrão IEEE definido em 99 Baseado em CSMA/CA padrões 8.a 5 Ghz / 5 Mbps / m 8.b. Ghz / Mbps / m 8.g. Ghz / 5 Mbps / m Ad hoc e infraestruturada 5 Redes Motivação para o Estudo de Métodos de Acesso ao meio Mobilidade trás problemas para a rede Na rede infraestruturada: handoff Na rede ad hoc : rotas e vazão C A B D Métodos de acesso ao meio resolvem muitos desses problemas Acesso ao meio 6

2 Categorias de Métodos de Acesso ao meio Acesso ao meio Muita colisão Tipo Aleatório Acesso ao meio Acesso Aleatório Alocação Fixa Alocação por Demanda Cada estação acessa o meio aleatoriamente no tempo. Não é possível ter controle independente da demanda 7 8 Tipo Alocação Fixa Tipo Alocação por Demanda Canal é dividido Tempo TDMA Freqüência FDMA Desperdício Acesso ao meio Protocolos de interrogação Protocolos de reserva Acesso ao meio Quando uma estação não tem o que transmitir, recurso é desperdiçado overhead 9 Motivação para o Estudo sobre Qualidade de Serviços Aumento da complexidade das aplicações QoS Qualidade de Serviços A idéia de Qualidade de Serviços foi criada para medir qualidade QoS Aplicações de voz, vídeo e dados simultaneamente na mesma estação Noção evoluiu para várias camadas : segurança, privacidade, contabilidade e política de preços, monitoração e grau de disponibilidade da rede

3 Camada MAC no IEEE 8. DCF Modos de transmissão: DCF PCF Multiplexados no tempo CFP CP Priorização de pacotes através de IFS QoS Tipo de acesso aleatório Sujeito a colisões IFS e backoff time IEEE 8. DCF DCF RTS/CTS IEEE 8. Tratar o problema de terminais escondidos IEEE 8. A B C 5 Estação que quer transmitir enviar o pacote RTS (request-to-send) O destinatário responde com um pacote CTS (clear-tosend) 6 DCF RTS/CTS PCF IEEE 8. IEEE 8. Tipo de acesso por alocação por demanda Interrogação (polling) Implementação não é obrigatória 7 8

4 DCF x PCF IEEE 8.e Tráfego baixo DCF baixo retardo PCF muito overhead Tráfego alto DCF retardo alto Overhead perde relevância IEEE 8. 9 Primeiro draft em Objetivo é implementar QoS na camada MAC Modos de transmissão: HCF (principal) IEEE 8.e Extensão do DCF CSMA/CA Suporta classes de acesso Classe de Acesso Tipo Voice Video Video Probe Best Effort IEEE 8.e Filas por classe Colisão interna TXOP determina o tempo que uma estação transmite depois de conseguir acesso ao meio IEEE 8.e Parâmetros do HCF IEEE 8.e IEEE 8.e AIFSD[AC] = SIFS + AIFS[AC] CWmin[AC] e CWmax[AC] Backoff entre [, CW[AC]] HC : polling e CAC Escalonamento em dois níveis : HC e estação Disciplina de Escalonamento Limitada

5 de Rede Escolhemos o simulador do Ravel Total controle sobre o estado das rotinas Desenvolvimento em C++ Simplicidade Estrutura MAIN.C Módulo principal EVENT.C Rotinas básicas, tais como inclusão de eventos LCGRAND.C Módulo responsável pela geração de números aleatórios 5 6 Arquitetura Funcionamento 7 8 Funcionamento Eventos Lista de eventos A lista recebe os eventos que acontecerão, o local onde eles acontecerão e o momento em que acontecerão Lista de pacotes Cada classe em estação tem a sua lista de pacotes 9

6 Métricas Vazão A vazão é normalizada Calcula-se dividindo o tempo transmitindo-se pelo tempo de simulação Retardo Médio Quando o evento ARRIVAL gera um pacote, é introduzido um timestamp no pacote, na ocasião da transmissão, ou seja, no evento DEPARTURE, o timestamp é comparado com a hora atual. Métodos de Acesso Simulados Contenção RA (RandomAdaptive Enhanced Distributed Coordination Function) Pooling HCF com disciplinas Limitada Limitada com ciclos variáveis Exaustiva e Limitada Otimizada Variável global (NOISE) que simboliza o meio ocupado Evento SLOT é chamado e NOISE=, nada é feito Caso contrário: Filas que possuem pacotes a transmitir, recebem no Contador de IFS o valor de AIFSD[AC] Estação Estação Estação Estação Estação Estação Estação Estação 5 6

7 Quando o Contador chega a zero, há um sorteio entre e CW[AC, estacao] para o valor inicial do (backoff counter) Quando o Contador chega a zero, há um sorteio entre e CW[AC, estacao] para o valor inicial do (backoff counter) A cada chamada do evento SLOT o decresce Estação Estação Estação Estação 6 5 [..7] [..7] 7 8 Quando o Contador chega a zero, há um sorteio entre e CW[AC, estacao] para o valor inicial do (backoff counter) A cada chamada do evento SLOT o decresce Quando o Contador chega a zero, há um sorteio entre e CW[AC, estacao] para o valor inicial do (backoff counter) A cada chamada do evento SLOT o decresce Estação Estação Estação Estação 5 5 [..5] [..5] 9 Quando chega a zero, dentro do tratamento do evento SLOT, há uma rotina que vê se existem outras filas com igual a zero, o que gera colisões. Colisões internas à estação são resolvidas fazendo a fila de menor prioridade esperar. Estação Estação Estação Quando chega a zero, dentro do tratamento do evento SLOT, há uma rotina que vê se existem outras filas com igual a zero, o que gera colisões. Colisões internas à estação são resolvidas fazendo a fila de menor prioridade esperar. Colisões externas pede que o CW[AC, estacao] seja duplicado e o processo todo seja repetido CW é duplicado até CW = CWmax Estação Estação Estação 8 8

8 Quando chega a zero, dentro do tratamento do evento SLOT, há uma rotina que vê se existem outras filas com igual a zero, o que gera colisões. Colisões internas à estação são resolvidas fazendo a fila de menor prioridade esperar. Colisões externas pede que o CW[AC, estacao] seja duplicado e o processo todo seja repetido CW é duplicado até CW = CWmax Estação Estação Estação Quando chega a zero, dentro do tratamento do evento SLOT, há uma rotina que vê se existem outras filas com igual a zero, o que gera colisões. Colisões internas à estação são resolvidas fazendo a fila de menor prioridade esperar. Colisões externas pede que o CW[AC, estacao] seja duplicado e o processo todo seja repetido CW é duplicado até CW = CWmax Estação Estação Estação 8 7 Se uma fila chegar até o fim sozinha, sem que hajam colisões, então seu pacote é transmitido. Ao transmitir a variável NOISE= CW[AC, estacao] = CWmin[AC] Estação Estação Estação Se uma fila chegar até o fim sozinha, sem que hajam colisões, então seu pacote é transmitido. Ao transmitir a variável NOISE= CW[AC, estacao] = CWmin[AC] Diminui do e reseta Estação Estação Estação RA Alteração básica em relação ao é a forma com que cresce e decresce a CW RA propõe em vez de dobrar o CW a cada colisão, multiplicar por um fator, que é distinto para cada classe. Ex: multiplicar por para e por 5 para 7 RA Já para decrescer, o RA, diferentemente do que propõe CW[ AC, estacao] = CWmin[ AC] a um transmissão bem sucedida, propõe um decrescimento proporcional ao número de colisões acontecidas num passado recente 8

9 RA HCF a é U[,] Existem tipos de escalonadores HC Controle de admissão Dita o TXOP para cada estação QSTA Divide o tempo entre cada fluxo 9 5 Limitada Limitada com Ciclos Variáveis A implementação foi no tratamento do evento DEPARTURE 5 5 Exaustiva e Limitada Otimizada 5 5

10 Avaliar modelo de rede Não existe um modelo que represente a Internet Poucas aplicações geram maioria do fluxo Poucas aplicações duram muito tempo Tipos de Modelos Poisson Baseado no modelo de Poisson Analiticamente mais simples Não simula correlação entre as chegadas Não simula crescimento abrupto de tráfego Tipos de Modelos On-off Alterna períodos de chegadas com períodos de silêncio Normalmente esse períodos obedecem variáveis de distribuição exponencial Nos períodos de On, a taxa de chegada é constante Tipos de Modelos Processos Markovianos Boa captura da correlação das chegadas Crescimento abrupto de tráfego Possibilita vários níveis de atividades e rápida troca deles Tipos de Modelos Fluxos Células são geradas continuamente (como um fluxo) Apropriados para grandes quantidades Tipos de Modelos Auto-Similar Um modelo markoviano observado em redes Ethernet Variações muito abruptas de tráfego, relacionadas com o aumento de fontes Invariância em relação a escala de tempo 59 6

11 Tipos de Modelos On-off Pareto É um modelo que funciona como o On-off, mas com os períodos de atividade e inatividade seguindo distribuição de Pareto Estudos mostram que a superposição de várias fontes On-off Pareto aproximam o comportamento do tráfego de dados a nível de fontes individuais Modelos usados Duas classes de prioridades Observar as disciplinas de diferenciação de serviços Classe Aplicação Modelo Voz On-off Dados On-off Pareto 6 6 Voz Parâmetros da Simulação Fonte On-off Exponencial de média.8 s em Off e exponencial de média. s em On Em On transmitindo a 6 Kbps Dados fontes On-off Pareto Pareto, com Alfa=. e Beta=, em On Pareto, com Alfa=. e Beta= em Off Em On transmitindo a Kbps 6 Nível de confiança de 9% repetições da simulação 7 milhões de pacotes Taxa de transmissão : Mbps Pacote : 58 bytes 6 Filas saturadas Toda fila tem pelo menos um pacote para transmitir. O buffer é de tamanho infinito 65 66

12 Colisões 7 estações x RA x A x RA 69 A a =. 7 x RA Filas saturadas HCF - Limitada Toda fila tem pelo menos um pacote para transmitir. O buffer é de tamanho infinito 7 7

13 HCF Limitada com Ciclos Variados HCF Exaustiva e Limitada 7 7 Tráfego Assimétrico HCF Otimizada Alteração na fonte On-off Limitada Otimizada Exp (,) Exp (,8) Exp (x) Exp (x) x sorteio entre (,;,;,; ; ) Contribuições Melhorar o entendimento da diferenciação de serviços no 8. Exibir resultados de simulações sobre alterações no padrão objetivando ganho na vazão e no retardo médio. Obrigado! 77 78

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