Deliverable R4.2.3

1. Deliverable R4.2.3 CEFRIEL – Politecnico di Milano Milano – 17 Novembre ‘04 Valutazione delle prestazioni del MAC adattativo per reti locali e metropolitane Ivan Sartini – Unit W&W

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

3. Il problema dell’efficienza in WiFi Sample packet size distr. <64 bytes 23% <72 bytes 55% <596 bytes 17% <L> ≈ 500 byte (<L> ≈ 250 byte) η≤ 20% <1520 bytes 5% Source: IEEE 802.11n TG – july 2003 • Throughput non ottimo a causa di overhead fissi e metodo di accesso • Scopo del MAC adattativo: aumentare l’efficienza (throughput)

4. Strategia implementativa TX RX Upper layers Upper layers LL LL IPn IP1 DISAGGREGATION … MAT NORMAL BIG Nnodes, LpktIN QUEUE_LL1 QUEUE_LLn NORMAL MARKER BIG Nnodes>NTH NO YES CHANNEL MAC LAYER MAC LAYER BASIC RTS/CTS Lpkt < LTH YES NO BASIC RTS/CTS Scenario IP ScenarioN≤10 CHOICHE OUT MAT=1500 byte NTH=5; LTH=300 byte • Funzionalità implementate • meccanismo di aggregazione • adattamento della dimensione del frame • scelta del metodo di accesso al canale • adattamento della probabilità di accesso

5. Prestazioni del MAC adattativo - l’aggregazione in saturazione BASIC RTS/CTS HANDSHAKING Adaptive Adaptive Standard Standard (11 Mbps, 2 nodi, saturazione, MAT=2312 bytes)

6. Prestazioni del MAC adattativo - saturazione THROUGHPUT DELAY Adaptive Standard Standard Adaptive (1 Mbps, saturazione, MAT=2312 bytes, pacchetti=520 bytes)

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

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. 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. Strategia implementativa (1) (2) … SS i SS 1 SS N Preamb. BCH (3) (6) (6) UGS Convergence rtPS NETWORK ToS, QoS nrtPS BE DATA-LINK F1 F2 F3 F4 CID ADAPTIVITYentity Classifier Control Queue Info on Queue Status IN CRC Info on Queue Status OUT CRA/ARQ Shaper MAC controller Scheduler Privacy CINR/RSSI PHY SNR estimator (3) (4,5) (1) Dynamic TDD (2) Dyn. capacity per node (3) Adap. capacity per flow (4) Adaptive Burst (5) ARQ per flow (6) Contention Tx Opp.s

11. 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 Dettagli implementativi • 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. 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