ICC Workshop, 2008 Michel Albonico

1. Implementation and Performance Evaluation ofNetwork Coding for Cooperative Mobile Devices Morten V. Pedersen, Frank H.P. Fitzek and Torben LarsenImplementação e Avaliação de Desempenho deRede Cooperativa de Codificação para Dispositivos Móveis ICC Workshop, 2008 Michel Albonico

2. Roteiro • Introdução • Fundamentos da Economia de Energia • Ambiente de Testes • Network Coding Aplicado a Dispositivos Móveis • Conclusão • Análise Crítica

3. Introdução • A Performance é medida através de throughput, delay e consumo de energia • Sistemas puramente celular: • O dispositivo móvel é somente conectado à estação base • Rede sem fio cooperativa: • Além da rede celular, estabelece um link com os dispositivos próximos

4. Introdução • Sistemaspuramentecelular:

5. Introdução • Redesemfiocooperativa:

6. Introdução • Download de dados com cooperação e sem cooperação:

7. Introdução • Sem cooperação: • Cada dispositivo móvel precisa receber 2 pacotes do link de cellular • Taxa de transmissão baixa • Delay e consumo de energia consideráveis

8. Introdução • Cooperação I: • Dois celulares irão receber 1 pacote cada do Link Cellular • Encaminham estes para as entidades cooperativas • Pela rede de cooperação os pacotes são enviados em paralelo

9. Introdução • Cooperação II: • Necessita de um dispositivo intermediário

10. Introdução • Cooperação e Network Coding: • Broadcast (adicionado com técnicas de codificação) para distribuir na rede de cooperação

11. Introdução • N é igual ao número de Dispositivos Móveis no cluster • Um ambiente com N dispositivos cooperando é N vezes mais rápido que uma rede convencional • Em caso de erro poderá haver muita retransmissão • Network Coding diminui isso

12. Introdução • Network Coding evita retransmissões • Aumenta o número de pacotes (Aumento no consumo de energia)

13. Fundamentosdaeconomia de energia • Quatro estados para o consumo de energia: • Sending (enviando) • Receiving (recebendo) • Idle (escutando o canal, diferente de sleeping) • Coding (codificando)

14. Fundamentosdaeconomia de energia • Foram utilizados celulares N95 e os parâmetros para o mesmo • Consumo de energia como parâmetro muito importante

15. Fundamentosdaeconomia de energia • Rede IEEE 802.11b/g: • Utilizada para cooperação • Distancia entre 3 e 30m

16. Fundamentosdaeconomia de energia • Rede Celular (2G/3G): • Usada na comunicação com a Estacao Base • sending?

17. Fundamentosdaeconomia de energia • Rede IEEE 802.11b/g:

18. Fundamentosdaeconomia de energia • Network Coding: • Menorconsumo no processo de Idle

19. Ambiente de Testes • N nós dispostos ao redor de um nó interno • N + 1 (Número de nós)

20. Ambiente de Testes • Um par de nós é disposto em lados opostos e tentam trocar pacotes • Formando N/2 clusteres de cooperação

21. Ambiente de Testes • Os pacotes são transmitidos em slots de tempo fixo • Somente um nó pode utilizar o canal para transmitir • Os nós não comunicam-se diretamente, necessitam de um nó intermediário

22. Ambiente de Testes • (N + 1) estados possíveis em um slot • Somente tres possíveis estados em um determinado slot: • sending • receiving • idle

23. Ambiente de Testes • Tres casos difentes quanto à comunicação: • PureRelaying • Pure network Coding • Network Conding in Team

24. Ambiente de Testes • PureRelaying: • Cada nó envia para o meio e este repassa para o destino • O número de recebimentos é igual ao número de envios • Delay igual ao número de Slots • SenderSlots = 2N • 1 Envia / 1 Recebe (Centro) / (N - 1) Idle • Centro Envia / 1 Recebe / (N - 1) Idle

25. Ambiente de Testes • Pure Relaying:

26. Ambiente de Testes • Pure Network Coding: • Cada transmissão para um nó específico é ouvida por todos os demais • O nó do meio recebe as transmissões de todos os nós externos • Codifica todos os pacotes em um único e envia a todos por broadcast (O pacote não ficaria muito grande?)

27. Ambiente de Testes • Pure Network Coding: • A codificação habilita a requisição de um novo pacote caso o mesmo seja perdido • Receiving = N - 1 • Todos menos o q enviou • SendingSlots = N + 1 • N – Todos enviam para o centro • 1 – O centro envia o broadcast

28. Ambiente de Testes • Pure Network Coding:

29. Ambiente de Testes • Network Coding in Team: • Pares pertencem a grupos • T é o número de grupos • O nó do centro recebe todos as transmissões e cria os pacotes codificados para cada grupo • N + T Slotes para envio • N – Todos os nós externos podem enviar • T – O nó do central envia para cada grupo

30. Ambiente de Testes • Network Coding in Team:

31. Ambiente de Testes • Exemplo usando 96 nós externos e 1 central (Consumo de energia) • PureRelaying (D = 2N = 96) sending: 192 x 1,62 = 311,04 receiving: 192 x 1,37 = 263,04 idle: 18240 x 0,979 = 17856,96 total: 18431,04 W

32. Ambiente de Testes • Pure Coding (D = N + 1 = 97) sending: 97 x 1,62 = 157,14 receiving: 9216 x 1,37 = 12625,92 idle: 96 x 0,041 = 3,936 coding: 0,593 total: 12787,59 W

33. Ambiente de Testes • Pure Coding in Team (D = N + T = 100) sending: 100 x 1,62 = 162,00 receiving: 2304 x 1,37 = 3156,48 idle: 7296 x 0,041 = 299,14 coding: 0,593 total: 3618,21 W

34. Ambiente de Testes • PureCoding in Team • Conforme cresce o número de grupos, o consumo de energia aumenta, assim como o delay

35. Network Coding Aplicado a DispositivosMóveis • Existencia de um Servidor de Cooperação (Cooperation Server) • Todos os dispositivos conectam ao servidor para obter acesso aos serviços • Servidor detecta na vizinhança se alguém já teve acesso ao serviço e se este pode cooperar

36. Network Coding Aplicado a DispositivosMóveis

37. Network Coding Aplicado a DispositivosMóveis • Aplicação no dispositivomóvel: • Podeconterfluxos de dados de diferentesaplicações • Pacotesbaixadossãoarmazenados no flow cache • Peer info: informaçõesparaosdemaisdispositivos • Output queue:pacotes a seremenviadosaosoutrosdispositivos

38. Network Coding Aplicado a DispositivosMóveis

39. Conclusões • A combinação de redes wireless cooperativas e Network Coding traz benefícios em troughput, delay e consumo de energia • Cuidado com idéia de Network CodingTeam, pois deve haver balanceamento entre delay e consumo de energia

40. Conclusões • O consumo de energia para o estado de idleem redes WLAN é o ponto chave de todo o processo • Trabalhos futuros: Estratégia para Servidores de Cooperação e Network Coding em dispositivos móveis

41. AnáliseCrítica • Em poucos pontos trata de questões de troughput • Ambiente com poucos grupos ( <= 4) seriam interessantes? • Pouco explicado como o Network Coding diminui o consumo de energia em modo idle • Quantos hosts por grupo? Como são definidos? (Network CodingTeam)

42. AnáliseCrítica • Descrever melhor o ambiente de testes • Já que vários pacotes são codificados em um único, seu tamanho não torna-se muito grande?