PLANETE-projektet, INRIA [imad.aad, qiang.ni, chadLbarakat, tierry.turletti]@inriaJr http://www.inria.fr/planete.html 11 är den mest utplacerade standarden för trådlösa lokala nätverk nuförtiden. Den använder bärarkänne multipel åtkomst med kollision undvikande (CSMAlCA) för att lösa tvist mellan noder. Innehållsfönster (CW) ändras dynamiskt för att anpassa sig till tvistenivån: Vid varje kollision fördubblar en nod sin CW för att minska ytterligare kollisionsrisker. Vid en lyckad transport återställs CW, förutsatt att tvistenivån har sjunkit. Det är dock mer sannolikt att tvistenivån förändras långsamt och att CW sätts om orsakar nya kollisioner och vidaresändningar innan det optimala värdet uppnås igen. Detta slösar bandbredd och ökar förseningar. I detta papper analyserar vi enkla långsamma CW minska funktioner och jämföra deras prestanda med den äldre standarden.. Vi använder simuleringar och matematisk modellering för att visa sina betydande förbättringar på alla stridsnivåer och övergående faser, särskilt i hög överbelastade miljöer. Trådlösa accessnät upplever en enorm framgång som liknar den för tio år sedan när det gäller utbyggnaden av Internet. Trådlösa enheter används nästan överallt för att tillhandahålla billiga, mobila och lätta att distribuera nätverk, med eller utan tillgång till trådbundna infrastrukturer som Internet. Trådlösa accessnät kan grupperas i två kategorier: Centraliserade eller distribuerade (ad-hoc). Centraliserade arkitekturer styrs huvudsakligen av en koordinator som ger tillgång till de trådlösa noderna i sitt område på ett fritt sätt. Däremot har distribuerade arkitekturer inga centrala koordinatorer: Alla noder kämpar för att komma åt chann el med hjälp av en distribuerad Nästa avsnitt presenterar motiv och relaterade arbete. I avsnitt III introduceras metoden med långsam CW-minskning (SD) och dess prestanda utvärderas utifrån genomströmnings-, fördröjnings- och jitterperspektivet med hjälp av simuleringar och matematisk modellering. I avsnitt IV introduceras ett annat prestationsmått, avvecklingstiden för SD. Avsnitt V undersöker rättvisa förutsättningarna i den föreslagna SD-systemet, sedan avsnitt VI analyserar dess ener g y savin g s. Vi analyserar i Avsnitt VII kanalen buller effekt på mekanismen. Avsnitt VIII avslutar dokumentet. I en distribuerad trådlös överbelastad miljö har en station ingen kunskap om antalet tävlande terminaler. 802.11 standard MAC-protokollet anpassar sin CW till den nuvarande överbelastade nivån genom att fördubbla sin CW vid varje kollision, och återställa den vid en lyckad överföring. Dubbling CW antar en högre trängselnivå och därför behovet av att öka CWo När en nod ökar sin CW, minskar det chanserna för samtidig överföring med andra noder, till priset av mer backoff overhead. Detta minskar kollisioner och motsvarande retransmissionstider, vilket förbättrar genomströmningen. När en nod lyckas överföra en ram, antar den att trängselnivån har sjunkit, och därför återställer den sin CW till CWmin. Men när en nod lyckas överföra en ram vid en given CW; detta motsvarar inte en minskning av trängselnivån, utan snarare ett bekvämt CW-värde. Därför måste CW-värdet hållas stort så länge trängselnivån förblir densamma. Genom att återställa CW, tar en nod risken att uppleva samma colli s joner och retransmissioner tills den når bekväma (höga) CW värden igen, slösa tid och bandbredd. För att anpassa CW till en eventuell minskning av trängselnivån bör vi överväga att minska CW vid framgångsrika transportuppdrag. Eftersom trängselnivån inte kommer att sjunka plötsligt bör vi dock överväga långsamma CW-funktioner. Intuitivt är fördelen med SD-funktioner mer kollisionsundvikande under trängsel, vilket leder till mindre samarbeten och vidareöverföringar, vilket ökar genomströmningen och minskar förseningarna. Nackdelen är att hålla höga CW-värden efter trängselnivån sjunker, öka overhead och minska genomströmningen. Denna olägenhet är försumbar jämfört med fördelen med hållbar utveckling, eftersom det är mycket osannolikt att överbelastningen snabbt sjunker till låga nivåer. I underavsnitten föreslår vi SD-funktioner och utvärderar deras prestanda genom att jämföra dem med den faktiska standarden i olika scenarier. Den långsamma CW-minskningen infördes först i MACAW [5] som är en förlängning av CSMA- och MACA-systemen: Huvudidén med MACAW var att öka CW vid varje kollision genom att multiplicera den med 1,5 och linjärt minska den med I vid varje lyckad ramöverföring. Metoden kallades MILD (multiplikativ ökning, linjär minskning). Men det utforskade inte effekten av andra minskningsfaktorer än linjär minskning på kanaleffektivitet. Dessutom övervägdes endast genomströmningsåtgärder i infrastrukturläge. Ad-hoc topologi och andra prestandamått som rättvisa, förseningar, motståndskraft mot buller, strömförbrukning och avvecklingstider förblev outforskade. I [6] övervägdes den långsamma CW-minskningen, men ur rättvisesynpunkt. [6] försöker etablera lokala allmännyttiga funktioner för att uppnå rättvisa i hela systemet, utan någon explicit global samordning. Därefter "översätts" en given rättvisemodell till motsvarande backoff-baserade col lision-algoritmer som probabilistiskt uppnår rättvisemålet. Dessa algoritmer inkluderar olika backoff-ökning/minskningsfaktorer. [61] försöker förbättra de rättvisa egenskaper som MACAW [5] och CB-Fair först föreslog [7]. Alltid syftar till att etablera rättvisa stridsalgoritmer, [7] använder smidig CW öka och minska funktioner. Varje station i utmanar att komma åt kanalen för att skicka en ram till station j med en sannolikhet Pij, beräknas på två sätt med tidsbaserade och anslutning-baserade metoder. Dessa metoder är på förhand fastställda med hjälp av information som sänds av varje station, t.ex. antalet logiska anslutningar och tvistetiden. I detta dokument syftar vi till att undersöka olika CW minskning funktioner från datahastighet, fördröjning, svarstid, rättvisa och effektbesparande effektivitet synvinkel. Våra viktigaste bidrag är: (i) vi föreslår en effektiv multiplikativ CW minskning a. proach för att förbättra genomströmningen av 802.11 MAC-protokoll; (11) använder vi matematisk modellering och simuleringsresultat för att utvärdera prestandan för SD-systemet i olika scenarier. Betrakta 100 trådlösa stationer jämnt fördelade i en LOOxLOOm fyrkantiga område kommunicera med varandra två av f 100 ·--+------------l---r--f två (50 f l ows). Alla noder är inom varandras räckvidd, därför behövs inget routingprotokoll. Vi startar simuleringen (med ns) vid tiden t = 40 sekunder (5). Vi ökar antalet aktiva fall med en varannan sekund. Varje sändningsstation skickar 1050 byte CBR-paket var femte meter (vilket ger en full datahastighet på 1,6 Mbps). Vid t = 1508, upphör alla traffi c-källor utom en. Vid t = 260s slutar alla källor att skicka data. Optimalt, när antalet utmanande flöden n ökar, skulle varje flöde få 1/ n av den tillgängliga datahastigheten. På grund av de ökande kollisionerna är det faktiska genomströmning som observeras av varje flöde lägre än detta värde. Den streckade kurvan i figur I visar hur totalen genom put, i genomsnitt över en sekund intervall, minskar när antalet utmanande flöden ökar (t.ex. under t = 408 - + 150s). I själva verket, efter varje kollision, källan måste vänta på en timeout för att inse att ramen kolliderade, ökar sin CW (för att minska ytterligare kollisionsrisker) sedan åter överför ramen. Efter en lyckad överföring återställer källan sin CWo Som en nod återställer sin CW efter en lyckad överföring "glömmer" den om kollisionsupplevelsen den hade. Om alla stati ns fortsätter att sända med samma datahastighet, kommer troligen den nya överföringen att observera stridigheter och kollisioner som tidigare. Detta kan undvikas genom att hålla lite historia på observerade kollisioner: Istället för att återställa CW till CW. Vi ställer in CW till 0,9 gånger dess tidigare värde (lägre begränsas av CWmi n, dvs. CWnew = max {CWmin,0. 9 x CWprev} ). Den fasta kurvan i figur 1 visar den betydande genomströmningsförbättring vi får (upp till 37 %), särskilt med ett stort antal aktiva flöden (vid t = 1508). När vi minskar CW långsamt, slösar vi mer tid på backoff, men detta är för bättre kollision undvikande. Dessutom är genomströmningen stabilare, på grund av lägre/smother variationer av CW-värden. SD är en kompromiss mellan stora CW-värden och risk för kollision följd av hela ramens vidaresändning. Eftersom tiden indu ed av den senare är mycket större än backoff tid, SD ÄR mycket bättre i genomsnitt. Den genomsnittliga overheaden på grund av backoff och vidaresändningar kan skrivas som: där Peol är sannolikheten för en kollision, Obko / (j) är overhead på grund av backoff tid i skede j av den framgångsrika Det värsta fallet för SD skulle vara när vi anser höga CW-värden, men ingen överbelastning äger rum. Detta är fallet vid t = 1508, när vi stoppar alla utom en sändning för att observera den återstående genomströmningen. Figur 1 visar att SD fortfarande beter sig bättre än att återställa CWO Efter få lyckade sändningar skulle SD nå det CW-minvärde som CW-återställningssystemet skulle ha uppnått direkt. Observera att CW återställningsschemat tar lång tid att öka sin genomströmning. I själva verket stannar alla trafikkällor (men en) vid t = 1508, men effekten "förskjuts" till runt t = 1688. Detta beror på restramarna köade i gränssnitten för alla 49 sändare (gränssnittets kölängd är 50 ramar). När källorna har stannat, kommer dessa återstående ramar att fortsätta kämpa för att komma åt kanalen, vilket möjligen orsakar kollisioner. Betrakta nu samma scenario som tidigare, men med kortare interface kölängder (= 2), för att ta bort effekten av smidigt stoppa källor och observera den verkliga overhead på grund av SD. Figur 2 visar att ovanstående köeffekter elimineras, och omkostnaderna på grund av SD kan observeras i dess värsta fall (ingen trängsel, höga CW-värden. d.v.s. vid t = 1508). Detta visar att SD utför såväl som CW-återställningssystem vid låg trängsel, även direkt efter hög trängsel. Detta kan betraktas som funktionens svar på överbelastningens ändrade frekvens när den är som högst, dvs. när antalet tävlande noder varierar mycket snabbt. SD utför
I REF utvärderar författarna olika metoder för att långsamt minska CW-storleken från datahastigheten, fördröjning, svarstid, rättvisa och effektbesparande effektivitet.
Enhancing IEEE 802.11 MAC in congested environments
{'venue': '2004 4th Workshop on Applications and Services in Wireless Networks, 2004. ASWN 2004.', 'journal': '2004 4th Workshop on Applications and Services in Wireless Networks, 2004. ASWN 2004.', 'mag_field_of_study': ['Computer Science']}