CEFRIEL – Politecnico di Milano Deliverable R4.2.3 Valutazione delle prestazioni del MAC adattativo per reti locali e metropolitane Ivan Sartini – Unit.

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1 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

2 R4.2.3 2 Indice  Stato di avanzamento del lavoro  Risultati MAC adattativo per reti locali (WiFi) MAC adattativo per reti metropolitane (WiMax)

3 R4.2.3 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 55% 5% 17% 23% <64 bytes <72 bytes <596 bytes <1520 bytes Source: IEEE 802.11n TG – july 2003 Sample packet size distr. ≈ 500 byte ( ≈ 250 byte) η ≤ 20%

4 R4.2.3 4  Funzionalità implementate meccanismo di aggregazione adattamento della dimensione del frame scelta del metodo di accesso al canale adattamento della probabilità di accesso Strategia implementativa TXRX Upper layers MAC LAYER LL Upper layers DISAGGREGATION BIG QUEUE_LL1 NORMAL … IP1 IPn QUEUE_LLn MAT CHANNEL MARKER BIG NORMAL Moduli SW sviluppati EntitàModificatiCreati LL, MACX QueuingXX PacketXX TracingX N nodes, L pkt IN N nodes >N TH RTS/CTS BASIC NOYES L pkt < L TH BASICRTS/CTS YESNO CHOICHE OUT N TH =5; L TH =300 byte Scenario N≤10 MAT =1500 byte Scenario IP

5 R4.2.3 5 Prestazioni del MAC adattativo - l’aggregazione in saturazione Adaptive Standard RTS/CTS HANDSHAKING BASIC (11 Mbps, 2 nodi, saturazione, MAT=2312 bytes) η Adaptive4.9 Mbps45% Standard2.0 Mbps18% η Adaptive6.0 Mbps55% Standard3.3 Mbps30% Adaptive Standard

6 R4.2.3 6 Standard Adaptive Standard DELAY THROUGHPUT (1 Mbps, saturazione, MAT=2312 bytes, pacchetti=520 bytes) Prestazioni del MAC adattativo - saturazione Adaptive Adaptive5.7 ms Standard7.5 ms Adaptive73% Standard55%

7 R4.2.3 7 Prestazioni del MAC adattativo – CBR 64 Kbps, data rate a 1 Mbps PKT 20097% PKT 30097% MAT 150097% MAT 231281% MAT=1500 MAT=2300 THROUGHPUT PKT=300 PKT=200 THROUGHPUT (1 Mbps, 64kbps, pacchetti = 200 bytes) (1 Mbps, 64kbps, MAT=1500 bytes)

8 R4.2.3 8 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

9 R4.2.3 9 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

10 R4.2.3 10 Strategia implementativa F1F2F3F4 (4,5) (6) Contention Tx Opp.s (5) ARQ per flow (4) Adaptive Burst Privacy Convergence NETWORK DATA-LINK PHY ADAPTIVITY entity 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)(2) Preamb. BCH SS 1SS NSS i (3) (6) (3)

11 R4.2.3 11 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

12 R4.2.3 12 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