Αριστοτέλειο Πανεπιστήµιο Θεσσαλονίκης Σχολή Θετικών Επιστηµών Τµήµα Πληροφορικής. Μελέτη απόδοσης του πρωτοκόλλου. ΙΕΕΕ e

Transcript

1 Αριστοτέλειο Πανεπιστήµιο Θεσσαλονίκης Σχολή Θετικών Επιστηµών Τµήµα Πληροφορικής Μελέτη απόδοσης του πρωτοκόλλου ΙΕΕΕ e ηµιουργός Πτυχιακής Εργασίας Παναγιώτης Ι. Τζένος Επιβλέπων Πέτρος Νικοπολιτίδης, Λέκτορας Τµήµατος Πληροφορικής Α.Π.Θ. - Θεσσαλονίκη

2 Περιεχόµενα ΠΕΡΙΛΗΨΗ...3 ΕΙΣΑΓΩΓΗ STANDARD...6 ΦΥΣΙΚΟ ΕΠΙΠΕ Ο...6 MAC ΥΠΟ - ΕΠΙΠΕ Ο...7 ΤΡΟΠΟΣ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑΣ...9 Distributed Coordinator Function...9 Point Coordinator Function Προαιρετικοί µηχανισµοί E ΦΥΣΙΚΟ ΕΠΙΠΕ Ο MAC ΥΠΟ - ΕΠΙΠΕ Ο ΤΡΟΠΟΣ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑΣ Enhanced Distributed Channel Access (EDCA) HCF Controlled Channel Access ΛΙΣΤΑ ΑΚΡΩΝΥΜΙΩΝ ΤΟΥ ΠΡΩΤΟΚΟΛΛΟΥ O ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΤΗΣ ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΤΟ ΑΡΧΕΙΟ ΕΙΣΟ ΟΥ ΜΟΝΤΕΛΟΠΟΙΗΣΗ ΤΗΣ ΚΙΝΗΤΟΤΗΤΑΣ ΣΤΑΘΜΩΝ ΜΟΝΤΕΛΟΠΟΙΗΣΗ ΤΗΣ ΕΞΟΙΚΟΝΟΜΗΣΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΚΟΜΒΩΝ ΜΟΝΤΕΛΟΠΟΙΗΣΗ ΤΟΥ ΑΣΥΡΜΑΤΟΥ ΜΕΣΟΥ ΜΕΤΑ ΟΣΗΣ ΕΓΚΑΤΑΣΤΑΣΗ / ΑΠΕΓΚΑΤΑΣΤΑΣΗ ΤΗΣ ΕΦΑΡΜΟΓΗΣ ΕΠΕΞΗΓΗΣΗ ΤΩΝ ΕΠΙΛΟΓΩΝ ΤΟΥ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑΤΟΣ Η αρχική οθόνη του προγράµµατος Το µενού Input and Output Το µενού Physical Layer To µενού MAC Layer υναµική παρουσίαση πληροφοριών κατά τη διάρκεια της προσοµοίωσης ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΕΙΣ ΣΕΝΑΡΙΟ ΣΕΝΑΡΙΟ ΣΕΝΑΡΙΟ ΣΕΝΑΡΙΟ ΣΕΝΑΡΙΟ ΓΕΝΙΚΑ ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ ΕΥΧΑΡΙΣΤΙΕΣ ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ Παναγιώτης Ι. Τζένος 2

3 Περίληψη Το παρόν κείµενο, ως στόχο έχει να παρουσιάσει το υπό διαµόρφωση πρωτόκολλο ΙΕΕΕ e, που είναι σχεδιασµένο έτσι ώστε να υλοποιεί την ασύρµατη επικοινωνία µηχανών που συνιστούν ένα τοπικό δίκτυο (Wireless LAN WLAN). Στο πρώτο µέρος του εγγράφου, θα συζητηθούν οι αρχές λειτουργίας του βασικού πρωτοκόλλου ΙΕΕΕ , καθώς αυτό αποτελεί τη βάση και για τη νέα αυτή έκδοση. Στη συνέχεια, θα αναλυθούν τα πλεονεκτήµατα που έχει να επιδείξει σε σχέση µε τους προκατόχους του. Ένας πλήρως παραµετροποιήσιµος προσοµοιωτής έχει γραφεί µε σκοπό τη µελέτη της συµπεριφοράς του πρωτοκόλλου κάτω από διαφορετικές συνθήκες λειτουργίας. Αφού παρουσιαστούν συνοπτικά οι γενικές αρχές που ακολουθήθηκαν κατά τη διαδικασία δηµιουργίας του προγράµµατος του προσοµοιωτή, θα αναλυθεί και µε χρήση εικόνων ο τρόπος χρήσης του. Στο τελευταίο µέρος του εγγράφου, θα παρουσιαστούν τα αποτελέσµατα κάποιων ενδεικτικών σεναρίων προσοµοίωσης, που θα συνοδεύονται από κάποια δικά µου σχόλια σχετικά µε την αποτελεσµατικότητα του νέου αυτού πρωτοκόλλου. Παναγιώτης Ι. Τζένος 3

4 Εισαγωγή Τα τελευταία κυρίως χρόνια, παρατηρείται µια αύξηση της διείσδυσης των ασυρµάτων δικτύων στη ζωή όλων µας. Οι λόγοι είναι πολλοί. Κάποιοι από αυτούς αφορούν το µειωµένο κόστος εγκατάστασης, σε σχέση µε το αντίστοιχο κόστος της εγκατάστασης ενός ενσύρµατου δικτύου, το επίπεδο της ευκολίας χρήσης που σήµερα έχει αυξηθεί σηµαντικά σε σχέση µε παλαιότερα καθώς και τις νέες δυνατότητες που προσφέρει, όπως π.χ. δυνατότητα επικοινωνίας εν κινήσει. Καθώς πολλαπλασιάζονται οι χρήστες των ασύρµατων δικτύων, αυξάνονται ταυτόχρονα και οι απαιτήσεις που απορρέουν από τη χρήση των. Οι χρήστες σε γενικές γραµµές επιθυµούν (και σε πολλές περιπτώσεις αναµένουν) παρόµοια επίπεδα απόδοσης µε αυτά των ενσύρµατων δικτύων, αγνοώντας τις διαφοροποιήσεις των δύο αυτών τύπων αρχιτεκτονικών, η σηµαντικότερη εκ των οποίων αναφέρεται στο µέσο µετάδοσης. Ως γνωστόν, ο αέρας µέσω του οποίου γίνεται η επικοινωνία σε ένα ασύρµατο δίκτυο, θεωρείται γενικά ως «κακό» µέσο µετάδοσης, σε αντίθεση µε τους διάφορους τύπους καλωδίων που χρησιµοποιούνται στα ασύρµατα δίκτυα και που χαρακτηρίζονται από καλή απόδοση στη µεταφορά δεδοµένων. Παρόλα αυτά, οι χρήστες επιθυµούν τη δυνατότητα ασύρµατης µεταφοράς ροών φωνής (voice) και βίντεο, ροών που εκ της φύσεώς τους χαρακτηρίζονται από αυστηρά άνω όρια ανεκτής καθυστέρησης στη µετάδοση των πακέτων τους. Γίνεται λοιπόν επιτακτική ανάγκη η δυνατότητα υποστήριξης της λεγόµενης «Ποιότητας εξυπηρέτησης» (Quality Of Service QoS) και από τα ασύρµατα δίκτυα. Το πρωτόκολλο ΙΕΕΕ e αναλαµβάνει να υλοποιήσει αυτή την υποστήριξη. Το πρωτόκολλο αυτό, ανήκει στη γενικότερη οικογένεια των πρωτοκόλλων ασύρµατων τοπικών δικτύων (Wireless Local Area Networks WLANs) µε την κωδική ονοµασία Στις αρχές του 1990, προτάθηκε η πρώτη του έκδοση, η Standard. Έκτοτε ακολούθησαν διάφορες εκδόσεις, που βασίζονται στην αρχική αυτή έκδοση. Κάθε µια από τις εκδόσεις υπόσχεται βελτιωµένη απόδοση σε σχέση µε τους προκατόχους της και σε πολλές περιπτώσεις αναλαµβάνει την υποστήριξη νέων χαρακτηριστικών, ανάλογα µε τις νέες ανάγκες που προκύπτουν µε την πάροδο του χρόνου. Οι σηµαντικότεροι σταθµοί στην πορεία της τεχνολογικής εξέλιξης του πρωτοκόλλου ΙΕΕΕ παρουσιάζονται συνοπτικά µε σειρά εµφάνισης. ΙΕΕΕ Standard Χρησιµοποιεί τη ISM µπάντα συχνοτήτων στα 2.4GHz. Μπορεί να επιτύχει θεωρητική ταχύτητα έως 2Mbps. Στο φυσικό επίπεδο, µπορεί να χρησιµοποιηθούν α)υπέρυθρες (IR), β) Direct Sequence Spread Spectrum (DSSS), γ) Frequency Hoping Spread Spectrum (FHSS). Αυτές οι τρεις τεχνικές θα παρουσιαστούν στη συνέχεια. Πάντως θα πρέπει να αναφερθεί ότι λόγω των µειονεκτηµάτων των υπερύθρων (µικρή εµβέλεια, ανάγκη οπτικής επαφής µεταξύ των επικοινωνούντων κόµβων), συνήθως χρησιµοποιείται DSSS ή FHSS. Παναγιώτης Ι. Τζένος 4

5 ΙΕΕΕ b Χρησιµοποιεί την ISM µπάντα συχνοτήτων στα 2.4GHz. Η θεωρητική ταχύτητα που µπορεί να επιτύχει, φθάνει τα 11Mbps. Στο φυσικό επίπεδο, µπορεί να χρησιµοποιηθεί οποιαδήποτε από τις τρεις τεχνικές που αναφέρθηκαν πριν, στην πράξη όµως συνήθως χρησιµοποιείται η τεχνική DSSS. To b είναι συµβατό µε το Standard. ΙΕΕΕ a Λειτουργεί στη µπάντα συχνοτήτων των 5GHz. Το γεγονός αυτό το κάνει ταχύτερο από το Standard, καθώς µπορεί να επιτύχει θεωρητική ταχύτητα έως και 54Μbps, αλλά ταυτόχρονα και µη-συµβατό µε τις υπόλοιπες παραλλαγές του προτύπου. ΙΕΕΕ e Είναι συµβατό µε το b ενώ προσφέρει επιπλέον και υποστήριξη για Quality of Service (QoS Aware πρωτόκολλο). Αυτό συνεπάγεται την εισαγωγή προτεραιοτήτων (priorities) και δυνατότητα παραµετροποίησης (traffic parameterization) στα δεδοµένα που διακινούνται, έτσι ώστε να επιτυγχάνεται επιλεκτικά καλύτερη απόδοση στη µετακίνηση «κρίσιµων» δεδοµένων, εις βάρος βέβαια των δεδοµένων µε χαµηλότερη προτεραιότητα. ΙΕΕΕ g Λειτουργεί στη µπάντα συχνοτήτων των 2.4GHz, ενώ προσφέρει θεωρητική ταχύτητα µεταγωγής δεδοµένων 54Mbps. Καθώς είναι συµβατό µε το b που χρησιµοποιείται σήµερα στα περισσότερα ασύρµατα τοπικά δίκτυα, δείχνει να είναι ένα από τα πρωτόκολλα που θα επικρατήσουν. Όπως ήδη έχει αναφερθεί, η βάση όλων των παραλλαγών που εµφανίστηκαν είναι το αρχικό πρότυπο ΙΕΕΕ Σε αυτό το πρώτο µέρος του εγγράφου, θα εξηγηθεί ο τρόπος λειτουργίας του προτύπου. Παναγιώτης Ι. Τζένος 5

6 802.11Standard Εικόνα 1: Η δοµή του Standard Το υλοποιείται σε δύο λογικά επίπεδα, στο φυσικό επίπεδο (physical layer) και στο MAC υπό-επίπεδο (MAC sub-layer). Η δοµή της παρουσίασης του προτύπου θα ακολουθήσει την ίδια τακτική. Πρώτα θα εξεταστεί το φυσικό επίπεδο, που αποτελεί το «θεµέλιο λίθο» οποιασδήποτε παραλλαγής υλοποίησης και στη συνέχεια θα περιγραφεί το MAC υπό-επίπεδο, στο οποίο συνήθως διαφέρουν οι παραλλαγές του αρχικού προτύπου. Φυσικό Επίπεδο Το υποστηρίζει τέσσερα (4) διαφορετικά πρότυπα για το φυσικό επίπεδο. Αυτό προσφέρει τη δυνατότητα επιλογής, ανάλογα µε τις εκάστοτε συνθήκες, του ιδανικότερου προτύπου, παράλληλα όµως θέτει και κάποιους περιορισµούς για την προτυποποίηση του πρωτοκόλλου. Τα τέσσερα διαφορετικά αυτά πρότυπα, είναι: Υπέρυθρες (Infrared) Η µετάδοση των δεδοµένων γίνεται µε τη χρήση υπέρυθρης ακτινοβολίας. Αν και αυτή η µέθοδος προσφέρει κάποια πλεονεκτήµατα, όπως π.χ. το ότι η επικοινωνία δεν επηρεάζεται από τoν ηλεκτροµαγνητικό θόρυβο στο κανάλι µετάδοσης, εντούτοις δεν είναι πολύ διαδεδοµένος, λόγω σοβαρών µειονεκτηµάτων, όπως π.χ. πολύ µικρή εµβέλεια. Frequency Hoping Spread Spectrum (FHSS) Πρόκειται για µια µέθοδο Spread Spectrum, η οποία χωρίζει το διαθέσιµο εύρος καναλιού µετάδοσης σε µικρότερα κανάλια. Η µετάδοση γίνεται µε µεταπήδηση του ποµπού και του δέκτη σε διαφορετικά υποκανάλια που γίνεται µε συγκεκριµένη περίοδο, µε ψευδοτυχαίο τρόπο. Ο δέκτης γνωρίζει τον αλγόριθµο εναλλαγής µεταξύ των υποκαναλιών και έτσι µπορεί να συντονιστεί κατάλληλα έτσι ώστε να παραλάβει τα δεδοµένα που µεταδίδει ο ποµπός. Direct Sequence Spread Spectrum (DSSS) Μια διαφορετική µέθοδος, που βασίζεται επίσης σε Spread Spectrum. Κάθε ποµπός χαρακτηρίζεται από µια συγκεκριµένη ακολουθία (sequence). Τα sequence numbers (που µπορούν να θεωρηθούν ως διανύσµατα) των ποµπών είναι ορθογώνια µεταξύ Παναγιώτης Ι. Τζένος 6

7 τους (για κάθε I,j, αν S i και S j είναι τα sequence numbers των ποµπών i και j, τότε το εσωτερικό γινόµενο των διανυσµάτων S i και S j είναι µηδέν). Ένας ποµπός, µεταδίδει την ακολουθία αυτή όταν επιθυµεί να µεταδώσει δυαδικό 1 και το συµπλήρωµα της ακολουθίας όταν θέλει να µεταδώσει δυαδικό 0. Όλοι οι δέκτες γνωρίζουν τα sequence numbers όλων των ποµπών. Ο δέκτης µπορεί να δει τι µετέδωσε ένας συγκεκριµένος ποµπός χρησιµοποιώντας το σήµα που λαµβάνει και το sequence number του ποµπού που τον ενδιαφέρει. Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) Μια τεχνική πολύπλεξης, η οποία χωρίζει το σήµα σε επιµέρους σήµατα, τα οποία µεταδίδονται στο δέκτη µε διαφορετικές συχνότητες, ταυτόχρονα. Αυτή η τεχνική µετάδοσης χρησιµοποιείται συνήθως στο a, που λειτουργεί στα 5GHz, αλλά και στο g που λειτουργεί στα 2.4GHz. MAC υπό - επίπεδο Το MAC υπό-επίπεδο είναι ανεξάρτητο από το φυσικό επίπεδο που χρησιµοποιείται. Ένα από τα σηµαντικότερα επιθυµητά χαρακτηριστικά κάθε πρωτοκόλλου επικοινωνίας είναι η ελαχιστοποίηση του χρόνου που χάνεται σε κάθε σύγκρουση (collision) δύο ή και περισσότερων ταυτόχρονων µεταδόσεων. Στην ιδανική περίπτωση, θα επιθυµούσαµε οι συγκρούσεις να γίνονται άµεσα αντιληπτές από τους σταθµούς που προσπαθούν να µεταδώσουν, έτσι ώστε να σπαταλάται ο µικρότερος δυνατός χρόνος, επιτρέποντας τη παραµονή της απόδοσης στα υψηλότερα δυνατά επίπεδα. Κάτι τέτοιο όµως δεν είναι δυνατό να πραγµατοποιηθεί στη περίπτωση των ασυρµάτων δικτύων. Ο λόγος είναι η αδυναµία του σταθµού που µεταδίδει να ακροαστεί ταυτόχρονα το µέσο µετάδοσης. ιάφοροι είναι οι παράγοντες που οδηγούν σε αυτή την αδυναµία. Ο πιο καθοριστικός παράγοντας προκύπτει από φυσικό περιορισµό: Η εκποµπή του σταθµού που µεταδίδει, υπερκαλύπτει τις τυχόν εκποµπές των άλλων σταθµών. Έτσι, δεν είναι δυνατόν να γίνει αισθητή η τυχόν µετάδοση άλλων σταθµών στο σταθµό που επίσης µεταδίδει. Για τον παραπάνω λόγο, το IEEE όπως και κάθε πρωτόκολλο ασύρµατης επικοινωνίας, εντάσσεται στην γενικότερη κατηγορία των Carrier Sence Multiple Access with Collision Avoidance (CSMA/CA) πρωτοκόλλων. Τα πρωτόκολλα που ανήκουν σε αυτή τη κατηγορία χρησιµοποιούν διάφορες τεχνικές προκειµένου να ελαχιστοποιήσουν τη πιθανότητα σύγκρουσης (Collision Avoidance), χωρίς όµως να καταφέρνουν να την εξαλείψουν ολοκληρωτικά. To Standard υποστηρίζει δύο µηχανισµούς λειτουργίας. Πρόκειται για τους: Distributed Coordinator Function (DCF): Όταν χρησιµοποιείται, οι σταθµοί ανταγωνίζονται µεταξύ τους για να κερδίσουν την πρόσβαση στο µέσο. Από λογική άποψη, βρίσκεται ακριβώς πάνω από το φυσικό επίπεδο. Η DCF µπορεί να εφαρµοστεί τόσο στα Ad-Hoc (όπου ο κάθε σταθµός επικοινωνεί απ ευθείας µε το σταθµό για τον οποίο προορίζεται το πακέτο που πρέπει να µεταδώσει), όσο και στα Infrastructure (όπου όλοι οι σταθµοί του δικτύου επικοινωνούν µέσω του σηµείου πρόσβασης, AP) ασύρµατα δίκτυα. Παναγιώτης Ι. Τζένος 7

8 Point Coordinator Function (PCF): Χρησιµοποιείται για παροχή time-based υπηρεσιών. Ο µηχανισµός αυτός προσφέρει ένα τρόπο για ελεγχόµενη πρόσβαση στο µέσο. Ακριβώς επειδή πρόκειται για ελεγχόµενη πρόσβαση, γίνεται άµεσα κατανοητό πως κάποιος τρίτος θα πρέπει να αποφασίζει για το ποιος σταθµός δικαιούται να χρησιµοποιήσει το µέσο κάθε χρονική στιγµή. Συνεπώς, ο µηχανισµός αυτός µπορεί να εφαρµοστεί µόνο στα Infrastructure ασύρµατα δίκτυα, όπου συνήθως- το AP έχει τον έλεγχο του µέσου. Από λογική άποψη, το PCF βρίσκεται πάνω από το DCF. Να σηµειωθεί πως ο αυτός o τρόπος λειτουργίας του δικτύου είναι προαιρετικός. Στo ΙΕΕΕ χρησιµοποιούνται ακρωνύµια για να περιγράψουν συγκεκριµένα χρονικά διαστήµατα, τα οποία χρησιµοποιούνται για την οργάνωση της λειτουργίας του πρωτοκόλλου. Η ακριβής διάρκεια σε σχισµές (slots) των χρονικών αυτών περιόδων εξαρτάται από το µέγεθος της σχισµής και από τις γενικότερες συνθήκες κάτω από τις οποίες λειτουργεί το δίκτυο. Τα χρονικά αυτά διαστήµατα από το µικρότερο προς το µεγαλύτερο είναι: Short Interframe Space (SIFS): Το χρονικό αυτό διάστηµα είναι το µικρότερο (χρονικά) ορισµένο διάστηµα. Περιγράφει τη χρονική διάρκεια που µεσολαβεί µεταξύ διαδοχικών αποστολών πακέτων καθώς επίσης και το χρόνο που µεσολαβεί από την επιτυχή λήψη ενός πακέτου έως την έναρξη της αποστολής πακέτου επιβεβαίωσης. PCF Interframe Space (PIFS): Αυτό το χρονικό διάστηµα χρησιµοποιείται κατά τη διάρκεια της PCF. Περιγράφει τη χρονική διάρκεια που µεσολαβεί από την ανίχνευση έως την κατάληψη του µέσου από το σηµείο πρόσβασης (Access Point AP). DCF Interframe Space (DIFS): Το χρονικό αυτό διάστηµα χρησιµοποιείται κατά τη διάρκεια της DCF. Περιγράφει τη χρονική διάρκεια που µεσολαβεί από την ανίχνευση έως την κατάληψη του µέσου από έναν κόµβο. Παναγιώτης Ι. Τζένος 8

9 Τρόπος λειτουργίας Distributed Coordinator Function Εικόνα 2: Τρόπος λειτουργίας DCF Όταν το δίκτυο λειτουργεί µε DCF, δεν υπάρχει κάποιος µηχανισµός που να έχει άποψη για το σύνολο του δικτύου και συνεπώς να µπορεί να καθορίζει το ποιος σταθµός θα πρέπει να χρησιµοποιεί το κανάλι την κάθε χρονική στιγµή. Εποµένως, ο σταθµός που θέλει να χρησιµοποιήσει το κανάλι, θα πρέπει να προβεί σε µια σειρά ενεργειών που θα οδηγήσουν σε κατάληψη του µέσου. Αυτές οι ενέργειες θα πρέπει να λαµβάνουν υπ όψη τους το γεγονός ότι και άλλοι σταθµοί του δικτύου ίσως επιθυµούν επίσης να προβούν σε χρήση του καναλιού την ίδια χρονική στιγµή και κάποιοι άλλοι ίσως να το χρησιµοποιούν ήδη, προκειµένου να ελαχιστοποιηθεί η πιθανότητα να υπάρξει σύγκρουση. Τα βήµατα που ακολουθεί κάθε σταθµός σε περίπτωση που το δίκτυο λειτουργεί σε DCF, είναι: Αρχικά ο σταθµός που επιθυµεί να µεταδώσει ελέγχει το µέσο. Στη συνέχεια: Αν το πακέτο που πρόκειται να µεταδοθεί έφτασε σε άδεια MAC ουρά και εφόσον το µέσο είναι ελεύθερο τη στιγµή εκείνη και παραµείνει ελεύθερο για ένα χρονικό διάστηµα ίσο µε DIFS, τότε ο σταθµός αρχίζει τη µετάδοση άµεσα. Αν το κανάλι δεν είναι ελεύθερο τη στιγµή εκείνη ή δεν παραµείνει ελεύθερο για χρονικό διάστηµα DIFS, ο σταθµός «περιµένει» µέχρι να τελειώσει η τρέχουσα µετάδοση. Αυτό το πετυχαίνει ρυθµίζοντας κατάλληλα το Network Allocation Vector (NAV) του. Η τιµή αυτή υπολογίζεται από το σταθµό λαµβάνοντας πληροφορίες από τα πακέτα που διακινούνται στο µέσο. Όταν τελειώσει η τρέχουσα µετάδοση, ο σταθµός περιµένει για DIFS χρονικό διάστηµα και επανελέγχει για τη διαθεσιµότητα του µέσου. Αν αυτό συνεχίζει να είναι διαθέσιµο (δηλαδή ανενεργό), ο σταθµός εκκινεί την αντίστροφη µέτρηση ενός εσωτερικού µετρητή. Η τιµή από την οποία αρχίζει η αντίστροφη µέτρηση, επιλέγεται τυχαία. Το διάστηµα από το οποίο επιλέγεται είναι µεταβλητό και το εύρος του θα εξεταστεί στη συνέχεια. Όταν ο µετρητής φθάσει στο 0, ο σταθµός αρχίζει τη Παναγιώτης Ι. Τζένος 9

10 µετάδοση του. Ο σταθµός που λαµβάνει το πακέτο, υπολογίζει το checksum του πακέτου και εάν είναι ίδιο µε αυτό που περιλαµβάνεται στο πακέτο, ο δέκτης στέλνει ένα πακέτο επιβεβαίωσης (ACK frame) µετά από ένα SIFS χρονικό διάστηµα, στο σταθµό που του έστειλε το πακέτο. Αν το κανάλι γίνει ενεργό προτού ο εσωτερικός µετρητής του σταθµού φθάσει στο 0, τότε ο µετρητής «παγώνει». Όταν στη συνέχεια ο σταθµός ανταγωνιστεί ξανά για την πρόσβαση στο κανάλι, η αντίστροφη µέτρηση θα αρχίσει από το σηµείο που είχε σταµατήσει στην προηγούµενη προσπάθεια πρόσβασης. Η ιδιότητα αυτή δίνει τη δυνατότητα στους σταθµούς των οποίων ο µετρητής «πάγωσε» να αρχίσουν τις µεταδόσεις τους γρηγορότερα, σε σχέση µε τους σταθµούς που εισήλθαν µόλις στον ανταγωνισµό. Κάθε σταθµός διατηρεί ένα «Παράθυρο Ανταγωνισµού» (Contention Window - CW), το οποίο δείχνει τη µέγιστη δυνατή τιµή του εσωτερικού µετρητή. Την πρώτη φορά που ο σταθµός ανταγωνίζεται για το µέσο, ο σταθµός επιλέγει µια τιµή από το διάστηµα [0..CW-1]. Κάθε φορά που ο σταθµός «χάνει» σε µια διαδικασία ανταγωνισµού, το CW διπλασιάζεται έως ότου να φτάσει σε κάποια µέγιστη τιµή CWMax. Έπειτα παραµένει αµετάβλητο µέχρι να πραγµατοποιηθεί τελικά µια επιτυχής µετάδοση. Αυτό δίνει τη δυνατότητα στους σταθµούς που µόλις εισήλθαν στον ανταγωνισµό, να έχουν µεγαλύτερη πιθανότητα να µεταδώσουν, σε σχέση µε αυτούς που ήδη προσπάθησαν και η µετάδοσή τους απέτυχε. Σε κάθε περίπτωση, µόλις το πακέτο µεταδοθεί ή πάψει να υφίσταται, το CW παίρνει την αρχική του τιµή, τη CWMin. Να σηµειωθεί σε αυτό το σηµείο πως το AP, έχοντας πλήρη επίγνωση του φόρτου του δικτύου, µπορεί να καθορίζει τις τιµές των CWMin και CWMax των σταθµών. Αυτό το πετυχαίνει µε το να συµπεριλαµβάνει τις κατάλληλες πληροφορίες στο βασικό πακέτο (beacon frame) που στέλνει ανά καθορισµένα χρονικά διαστήµατα (beacon interval) σε όλους τους σταθµούς. Point Coordinator Function Όταν το δίκτυο λειτουργεί µε τρόπο PCF, δεν υπάρχει ανταγωνισµός για την πρόσβαση στο µέσο µεταξύ των σταθµών. Πιο σωστά, υπάρχει ένα διάστηµα, µέσα στο οποίο δεν υπάρχει ανταγωνισµός, αλλά το PC (Point Coordinator βρίσκεται συνήθως στο AP του BSS) δίνει στους σταθµούς του BSS που υποστηρίζουν την PCF, δυνατότητες µετάδοσης. Ο χρόνος διαιρείται σε περιόδους χρονικής διάρκειας ενός superframe. Ένα superframe χωρίζεται σε δύο τµήµατα (περιόδους): Τη περίοδο µη ανταγωνισµού (Contention Free period) και τη περίοδο ανταγωνισµού (Contention period). Κατά τη διάρκεια της πρώτης, δεν υπάρχει ανταγωνισµός µεταξύ των σταθµών, καθώς το PC αποφασίζει για το ποιος σταθµός θα µεταδώσει. Κατά τη διάρκεια της δεύτερης, η πρόσβαση στο µέσο επιτρέπεται σε ένα σταθµό, µόνο εφ όσον ο σταθµός αυτός βγει «νικητής» από τη διαδικασία ανταγωνισµού που εξετάσθηκε στην προηγούµενη ενότητα, τη DCF. Παναγιώτης Ι. Τζένος 10

11 Το PC ξεκινά την περίοδο µη-ανταγωνισµού αποστέλλοντας ένα βασικό (beacon) πακέτο στην αρχή κάθε superframe. Έτσι, µπορεί να ξεκινήσει το νέο superframe καθώς το AP περιµένει για χρονικό διάστηµα PIFS προτού καταλάβει το µέσο και όχι DIFS όπως οι υπόλοιποι σταθµοί κατά τη διάρκεια της περιόδου ανταγωνισµού (DCF). Οι προδιαγραφές του πρωτοκόλλου ορίζουν ότι η περίοδος µη ανταγωνισµού πρέπει να έχει ως ελάχιστη διάρκεια το χρόνο που απαιτείται για τη µετάδοση δύο πακέτων µέγιστου µεγέθους, συµπεριλαµβανοµένου του overhead, του αρχικού βασικού (beacon) πακέτου και του CF-End πακέτου. Η µέγιστη διάρκεια της περιόδου ανταγωνισµού ισούται µε την περίοδο µε την οποία εµφανίζεται ένα superframe, µείον το χρόνο που χρειάζεται για την µετάδοση ενός πακέτου κατά τη διάρκεια της CP, συµπεριλαµβανοµένου του χρόνου για την έναρξη της µεταφοράς και για την παραλαβή του πακέτου επιβεβαίωσης (ACK frame). Αυτές οι παράµετροι ελέγχονται από το PC και µπορούν να µεταβάλλονται ανάλογα µε το φόρτο του δικτύου. Με βάση τα παραπάνω, παρατηρούµε πως ο χρόνος της CFP µπορεί να µειωθεί, εάν παραταθεί ο χρόνος της CP. Στην αρχή κάθε περιόδου µη ανταγωνισµού, όλοι οι σταθµοί ανανεώνουν το NAV τους, σύµφωνα µε την τιµή που περιλαµβάνεται στο βασικό πακέτο (beacon frame) και που δηλώνει το µέγιστο µέγεθος της περιόδου µη-ανταγωνισµού. Στη συνέχεια, ο PC που διατηρεί λίστα µε όλους τους CF-Aware σταθµούς, κάνει polling σε κάθε έναν από αυτούς στέλνοντας είτε ένα Poll πακέτο, είτε ένα Poll πακέτο + Data πακέτο, είτε ένα Data πακέτο. Ο σταθµός στον οποίο απευθύνεται ο PC, πρέπει να απαντήσει µε ένα Frame ή έναν συνδυασµό από frames µετά από SIFS χρονικό διάστηµα. Όπως είναι λογικό, συνδυάζοντας poll, data και ACK πακέτα, πετυχαίνουµε καλύτερη αξιοποίηση του εύρους ζώνης του δικτύου. Αν ο σταθµός δεν απαντήσει, τότε ο PC διαγράφει αυτό το σταθµό από τη τρέχουσα λίστα των ενεργών CF-Aware σταθµών και δεν τον ξανακάνει poll στην τρέχουσα περίοδο µηανταγωνισµού. Ας σηµειωθεί πως ο PC µπορεί να επιλέξει να µεταδώσει πακέτα και σε µη CF-aware σταθµούς κατά τη διάρκεια της περιόδου µη-ανταγωνισµού. O σταθµός τότε θα περιµένει κατά τα γνωστά για ένα SIFS διάστηµα και στη συνέχεια θα στείλει ένα πακέτο επιβεβαίωσης (ACK frame) στο PC. Προαιρετικοί µηχανισµοί Εκτός από το βασικό τρόπο λειτουργίας που παρουσιάστηκε στην προηγούµενη ενότητα, έχουν προταθεί διάφορες µέθοδοι που σκοπό έχουν το να επιτύχουν µεγαλύτερη συνολική απόδοση. ύο από τους σηµαντικότερους τέτοιους µηχανισµούς που έχουν προταθεί, περιγράφονται συνοπτικά στη συνέχεια. Μηχανισµός RTS/CTS Επειδή ο κάθε σταθµός δε µπορεί να ακροαστεί το µέσο τη στιγµή που µεταδίδει, µια σύγκρουση ανιχνεύεται µόνο εφ όσον δε ληφθεί πακέτο επιβεβαίωσης από το Παναγιώτης Ι. Τζένος 11

12 σταθµό που έκανε τη µετάδοση. Έτσι, εάν τα πακέτα που µεταδίδονται έχουν αρκετά µεγάλο µέγεθος, γίνεται εµφανές πως θα υπάρχει τεράστια σπατάλη του εύρους ζώνης του δικτύου λόγο συγκρούσεων, καθώς οι µετάδοση των πακέτων θα συνεχίζεται έως ότου να ολοκληρωθεί, ακόµα και όταν η σύγκρουση γίνεται στα πρώτα στάδια της µετάδοσης. Ένα άλλο χαρακτηριστικό των ασύρµατων δικτύων που οδηγεί σε συγκρούσεις και συνεπώς σε σπατάλη εύρους ζώνης, είναι το πρόβληµα του «κρυφού τερµατικού». Εικόνα 3: Το πρόβληµα του "κρυφού" τερµατικού Το πρόβληµα αυτό συνοψίζεται ως εξής: Έστω 3 σταθµοί Α, Β και Γ. Οι Α και Β βρίσκονται εντός της εµβέλειας του Β, ενώ οι Α βρίσκεται εκτός της εµβέλειας του Γ (και το αντίστροφο). Στην περίπτωση που ο Γ µεταδίδει στον Β, και ο Α επιθυµεί επίσης να µεταδώσει στο Β, ο Α θα ακροαστεί το κανάλι επικοινωνίας και θα το ανιχνεύσει ως ανενεργό, συνεπώς θα µεταδώσει και αυτός προς τον Β. Το αποτέλεσµα θα είναι να υπάρξει σύγκρουση στον Β. Τα δύο παραπάνω προβλήµατα µπορούν να περιοριστούν χρησιµοποιώντας το µηχανισµό Request-To-Send/Clear-To-Send (RTS/CTS). Σύµφωνα µε αυτόν τον τρόπο λειτουργίας, ο κάθε σταθµός αρχικά ανταγωνίζεται για την πρόσβαση στο κανάλι κατά τα γνωστά. Όταν κάποια στιγµή θεωρήσει πως έχει αποκτήσει την πρόσβασή, στέλνει πρώτα ένα RTS πακέτο, αντί για το ίδιο το πακέτο που θέλει να µεταδώσει. Αυτό έχει τα εξής δύο πλεονεκτήµατα: Σε περίπτωση που και κάποιος άλλος σταθµός µεταδώσει την ίδια ακριβώς στιγµή, ναι µεν θα σηµειωθεί σύγκρουση, αλλά λόγο του ότι τα πακέτα RTS είναι πολύ µικρά σε µέγεθος (ελάχιστα bytes), δε θα προκύψει κατασπατάληση του εύρους ζώνης (bandwidth) του δικτύου. Μειώνεται η επίδραση του προβλήµατος του «κρυφού τερµατικού». Κάθε σταθµός εντός της εµβέλειας του µεταδότη λαµβάνει τα RTS πακέτα, ενώ κάθε σταθµός την εµβέλεια του δέκτη λαµβάνει τα CTS πακέτα. Έτσι, κάθε σταθµός που βρίσκεται εντός της εµβέλειας της µετάδοσης, µπορεί να έχει την πληροφορία που χρειάζεται έτσι ώστε να µπορέσει να ρυθµίσει κατάλληλα το NAV του. Παναγιώτης Ι. Τζένος 12

13 Κατάτµηση (Fragmentation) Ο µηχανισµός αυτός επιτρέπει στο MAC υπό - επίπεδο να «σπάει» τα πακέτα που λαµβάνει από το LLC επίπεδο σε µικρότερα κοµµάτια, έτσι ώστε να αυξάνει την αξιοπιστία της µετάδοσης. Ο µηχανισµός λειτουργεί ως εξής: Αν το πακέτο που λαµβάνεται από το LLC είναι µεγαλύτερο (σε µέγεθος) από ένα κατώφλι (threshold), τότε το πακέτο «σπάει» σε µικρότερα, µε το κάθε νέο πακέτο να έχει µέγεθος ίσο µε την τιµή κατωφλιού, εκτός φυσικά από το τελευταίο. Στη συνέχεια, ο σταθµός διεκδικεί το κανάλι σύµφωνα µε αυτά που περιγράφηκαν παραπάνω. Όταν µεταδοθεί το πρώτο πακέτο και όταν ο ποµπός λάβει το πακέτο επιβεβαίωσης από το δέκτη, µεταδίδει το επόµενο τµήµα του πακέτου µετά από χρόνο SIFS. Έτσι, δε χρειάζεται να διεκδικήσει εκ νέου το κανάλι. Αφού περιγράφηκε ο τρόπος λειτουργίας του προτύπου IEEE , θα ακολουθήσει η περιγραφή της νέας έκδοσης του, µε το κωδικό όνοµα IEEE e. Η περιγραφή της λειτουργίας του θα εστιαστεί στα σηµεία που αυτό διαφέρει σε σχέση µε το πρότυπο e Με τον PCF µηχανισµό που µόλις περιγράφηκε, παρέχεται ένας τρόπος στο Standard να προσφέρει υπηρεσίες µε υποτυπώδη υποστήριξη χρονικά «κρίσιµων» ροών δεδοµένων. Παρ όλα αυτά, λόγο κάποιων χαρακτηριστικών του (όπως π.χ. το ότι τα superframes δεν έχουν πάντα το ίδιο µέγεθος και συνεπώς δεν επαναλαµβάνονται µε σταθερή περίοδο, οι σταθµοί µεταδίδουν για άγνωστο χρονικό διάστηµα), δεν µπορεί να προσφέρει τη µέγιστη απόδοση, κυρίως υπό την έννοια του ότι δεν µπορούν να διασφαλιστούν συγκεκριµένες προδιαγραφές που θα πληροί η διαδικασία της µετάδοσης. Τέτοιες προδιαγραφές µπορούν να αναφέρονται π.χ. στη µέγιστη καθυστέρηση που είναι υποφερτή από την εφαρµογή που εκτελείται σε κάποιο ανώτερο επίπεδο και που χρησιµοποιεί τα δεδοµένα που περιέχονται στα πακέτα αυτά. Γίνεται εµφανές πως θα µπορούσε να γίνει και επιπλέον διαχωρισµός των πακέτων δεδοµένων σε προτεραιότητες, καθώς έτσι θα µπορούσαµε να αυξοµειώσουµε τις ταχύτητες µεταφοράς, δίνοντας καλύτερες ευκαιρίες µετάδοσης στα πακέτα υψηλής προτεραιότητας, εις βάρος βέβαια των πακέτων χαµηλότερης προτεραιότητας. Τα παραπάνω γίνονται πράξη από το ΙΕΕΕ e. Προτείνονται οι κατηγορίες Πρόσβασης (Access categories ACs). Υπάρχουν τέσσερις (4) διαφορετικές κατηγορίες ροών (traffic) (voice, video, best-effort, background), κάθε µια εκ των οποίων χαρακτηρίζει την προτεραιότητα των πακέτων που ανήκουν σε αυτή. Έχουν προταθεί οκτώ (8) διαφορετικές προτεραιότητες και τέσσερα (4) ACs. Ο τρόπος µε τον οποίο γίνεται η αντιστοίχιση των προτεραιοτήτων σε categories φαίνεται στον πίνακα της εικόνας 4. Κάθε σταθµός που έχει δυνατότητα υποστήριξης Quality of Service (QoS), χαρακτηρίζεται ως εµπλουτισµένος (Enhanced) σταθµός. Ένα Base Station Set (BSS) στο οποίο οι σταθµοί υποστηρίζουν QoS, χαρακτηρίζεται ως QBSS. Τέλος ο σταθµός που χρησιµοποιείται για τον έλεγχο της πρόσβασης στο Παναγιώτης Ι. Τζένος 13

14 κανάλι (ο αντίστοιχος PC στο Standard), ονοµάζεται Hybrid Coordinator (HC) και, όπως και το PC, συνήθως βρίσκεται στο Access Point (AP) του Base Station Set (BSS). Εικόνα 4: Τρόπος αντιστοίχησης των προτεραιοτήτων στις κατηγορίες πρόσβασης (ACs) Φυσικό επίπεδο Το φυσικό επίπεδο δεν επηρεάζεται από τις καινοτοµίες που επιθυµεί να εισάγει το e, συνεπώς ισχύουν όλα όσα ισχύουν για το φυσικό επίπεδο των υπολοίπων πρωτοκόλλων που ανήκουν στην οικογένεια του ΙΕΕΕ MAC υπό - επίπεδο Όλες οι καινοτοµίες που εισάγει το e γίνονται πράξη στο MAC υπό-επίπεδο. Σε αντιστοιχία µε το Standard, υπάρχουν δύο µηχανισµοί λειτουργίας για το e. Αυτοί είναι: Enhanced Distributed Channel Access (EDCA): Ουσιαστικά πρόκειται για τη DCF του Standard, που όµως έχει τροποποιηθεί έτσι ώστε να µπορεί να προσφέρει υποστήριξη Quality of Service. HCF Controlled Channel Access (HCCA): H PCF παραλλαγµένη για να είναι σε θέση να προσφέρει QoS υπηρεσίες. Και πάλι υπάρχει η περίοδος µη-ανταγωνισµού και η περίοδος ανταγωνισµού µέσα σε κάθε superframe. Ακολουθεί η ανάλυση της λειτουργίας των δύο αυτών µηχανισµών. Τρόπος λειτουργίας Enhanced Distributed Channel Access (EDCA) Το EDCA είναι η βάση για το HCCA. Όπως ήδη έχει ειπωθεί, πρόκειται ουσιαστικά για τη DCF που προτάθηκε στο ΙΕΕΕ Standard, µε κάποιες τροποποιήσεις, για υποστήριξη QoS. Προτού αναλυθούν οι αλλαγές αυτές, θα επιχειρηθεί µια εξήγηση των προσθηκών στον ορισµό του ΙΕΕΕ Standard. Παναγιώτης Ι. Τζένος 14

15 Εκτός από τα χρονικά διαστήµατα που ορίζονται για το Standard, εισάγονται και τα χρονικά διαστήµατα Arbitration Inter frame Spaces (AIFSs). H διάρκεια του AIFS είναι τουλάχιστον ίση µε DIFS, και ποικίλλει ανάλογα µε την ΑC που το χρησιµοποιεί. Ενστικτωδώς µπορεί κάποιος να υποθέσει σωστά πως καθώς µεγαλώνει η προτεραιότητα µιας AC, µειώνεται το χρονικό διάστηµα της AIFS, έως ότου γίνει ίσο µε DIFS, που χαρακτηρίζει το χρονικό διάστηµα αναµονής για τη µέγιστη προτεραιότητα. Κάθε σταθµός διατηρεί µια ουρά για κάθε ΑC. Τα πακέτα τοποθετούνται στην κατάλληλη ουρά, µε βάση την προτεραιότητά τους. Κάθε µια από αυτές τις ουρές χαρακτηρίζεται από διαφορετικό παράθυρο ανταγωνισµού (CW) (που παρίσταται ως CW[AC]), διαφορετικό CWmin (το CWmin[AC]), διαφορετικό AIFS (το AIFS[AC]) και διαφορετικό CWmax (το CWmax[AC]), το οποίο είναι προαιρετικό. Με τις διαφορετικές αυτές ουρές, δηµιουργείται ανταγωνισµός και µέσα σε κάθε σταθµό για το ποιο πακέτο θα προσπαθήσει να µεταδοθεί στο µέσο. Ο µηχανισµός αυτός του εσωτερικού ανταγωνισµού είναι αντίστοιχος της DCF στο Standard και συνεπώς περιλαµβάνει µετρητές που µετράνε αντίστροφα. Αν δύο ή περισσότεροι µετρητές φθάσουν στο 0 την ίδια χρονική στιγµή, λαµβάνει χώρα η λεγόµενη «εικονική σύγκρουση» (virtual collision) και ένας µηχανισµός (scheduler) που βρίσκεται φυσικά µέσα σε κάθε εµπλουτισµένο (enhanced) σταθµό, αποφασίζει για το πιο πακέτο έχει δικαίωµα να συνεχίσει τη διεκδίκηση του µέσου µετάδοσης. Ο µηχανισµός αυτός απλά επιτρέπει τη µετάδοση στην ουρά που χαρακτηρίζεται από τη µεγαλύτερη προτεραιότητα µεταξύ των ουρών που επιθυµούν να µεταδώσουν ταυτόχρονα. Οι ουρές που «χάνουν», καθώς και αυτές των οποίων η µετάδοση συµπεραίνεται πως δεν ήταν επιτυχής, λόγω µη λήψης πακέτου επιβεβαίωσης (ΑCK) µέσα στο αναµενόµενο χρονικό διάστηµα, προσπαθούν στη συνέχεια ξανά µε νέο όµως CW που υπολογίζεται από τον τύπο: NewCW[ΑC] = ((oldcw[αc]+1) * PF[ΑC]) 1, όπου PF[ΑC] (Persistence Factor) ένας παράγοντας διαφορετικός για κάθε ΑC. Συµπεραίνουµε λοιπόν ότι λόγο της ύπαρξης των διαφορετικών χαρακτηριστικών σε κάθε ΑC, τα πακέτα που χαρακτηρίζονται από την υψηλότερη προτεραιότητα έχουν µεγαλύτερη πιθανότητα να µεταδοθούν σε σχέση µε τα πακέτα χαµηλότερης προτεραιότητας. Ένα σηµαντικό νέο χαρακτηριστικό του e είναι οι λεγόµενες Ευκαιρίες Μετάδοσης (Transmission Opportunities - TXOPs), που δηλώνουν το µέγιστο χρόνο µέσα στον οποίο ο σταθµός έχει τη δυνατότητα να µεταδίδει πακέτα. Όταν µια ΑC κερδίζει τον ανταγωνισµό, συνεχίζει τη µετάδοση εφ όσον έχει πακέτα να µεταδώσει και ο χρόνος που χρησιµοποιεί το µέσο δεν είναι µεγαλύτερος από το µέγιστο χρόνο διάρκειας της TXOP. Παναγιώτης Ι. Τζένος 15

16 HCF Controlled Channel Access Σε λογικό επίπεδο, η HCCA βρίσκεται ακριβώς πάνω από τη EDCA. Και αυτή, όπως και η DCF, περιλαµβάνει superframes, κάθε ένα εκ των οποίων περιέχει µια περίοδο µη-ανταγωνισµού και µια περίοδο ανταγωνισµού. Η ανακοίνωση της αρχής κάθε superframe γίνεται και εδώ µε την εκποµπή ενός βασικού πακέτου από το Hybrid Coordinator (HC), που εδρεύει συνήθως στο AP του δικτύου και που µπορεί να επιχειρήσει προσπάθεια µετάδοσης µετά από PIFS χρονικό διάστηµα. Το τελευταίο αυτό χαρακτηριστικό δίνει τη δυνατότητα στο HC να διεκδικεί την πρόσβαση στο µέσο µε µεγαλύτερη προτεραιότητα, σε σχέση µε τους υπόλοιπους σταθµούς. Κατά τη διάρκεια της περιόδου µη-ανταγωνισµού, ο HC µπορεί να στείλει poll πακέτα ή και ένα συνδυασµό από διάφορα είδη πακέτων (κατ αντιστοιχία µε την περίοδο µη-ανταγωνισµού του superframe στο Standard) σε κάποιο σταθµό, επιτρέποντας του έτσι να µεταδώσει τα πακέτα του. Ένα καινούργιο στοιχείο στο e, είναι ότι ο HC µπορεί να µάθει πληροφορίες από κάθε σταθµό, που θα τον βοηθήσουν να αποφασίσει για το ποιος σταθµός θα πρέπει να µεταδώσει, για πόσο χρονικό διάστηµα, καθώς και το πόσο συχνά θα πρέπει να του δίνεται µια ευκαιρία µετάδοσης (TXOP) µέσα σε κάθε superframe. Αυτές τις πληροφορίες τις µαθαίνει το HC µε τον εξής τρόπο: Στέλνοντας συγκεκριµένα πακέτα στους σταθµούς µε τα οποία ζητά πληροφορίες, που σχετίζονται µε το MSDU delivery κάθε σταθµού. Ο σταθµός που δέχεται αυτό το πακέτο, απαντά παρέχοντας τις απαιτούµενες αυτές πληροφορίες στο HC. Είναι ευθύνη του σταθµού να ανανεώνει συχνά αυτές τις πληροφορίες για να είναι σε θέση να παρέχει τα πιο πρόσφατα στοιχεία στο HC. Η παραπάνω διαδικασία συµβαίνει σε καθορισµένες χρονικές στιγµές και έχει διάρκεια ίση µε τη λεγόµενη Controlled Contention Interval. Η αρχή κάθε Controlled Contention Interval σηµατοδοτείται µε ένα control frame που εκπέµπεται από τη HC. Οι σταθµοί που δεν υποστηρίζουν το e, µπορούν να ρυθµίσουν κατάλληλα το NAV τους κατά το χρονικό διάστηµα της περιόδου αυτής και έτσι δε προσπαθούν να αποκτήσουν πρόσβαση στο µέσο κατά τη διάρκεια της Controlled Contention Interval. Κατά τη διάρκεια της CP, ένας σταθµός µπορεί να αρχίσει τη µετάδοση του είτε κερδίζοντας τον ανταγωνισµό, είτε αφού δεχθεί ένα poll πακέτο από το HC. To HC µπορεί να προσφέρει TXOPs είτε στους υπόλοιπους σταθµούς είτε στον εαυτό του, καθώς περιµένει µόνο για PIFS χρονική περίοδο προτού καταλάβει το µέσο. Οι υπόλοιποι σταθµοί ρυθµίζουν κατάλληλα το NAV τους και έτσι δε προσπαθούν να αποκτήσουν πρόσβαση στο µέσο κατά τη διάρκεια του polling. H CFP τελειώνει είτε µετά το πέρας του χρόνου που ανακοινώνεται στο αρχικό beacon frame, είτε µε ένα ειδικό CP-End frame που εκπέµπεται από το HC. Οι προδιαγραφές του e δεν ορίζουν συγκεκριµένο αλγόριθµο που θα χρησιµοποιεί ο scheduler προκειµένου να εξυπηρετήσει παραµετροποιήσιµες ροές δεδοµένων. Ως σήµερα έχουν προταθεί διάφοροι τέτοιοι αλγόριθµοι. Σε αυτό το κεφάλαιο θα περιγραφεί ο αλγόριθµος που υιοθετείται από τον προτεινόµενο προσοµοιωτή και που παρουσιάζεται στο [13]. Παναγιώτης Ι. Τζένος 16

17 Εικόνα 5: Τυπικό διάστηµα µεταξύ των βασικών (beacon) frames στο IEEE e Όταν ένας σταθµός συµπεράνει πως πρέπει να µεταδώσει Real Time Traffic, ταξινοµεί και πακετάρει τις παραµέτρους της ροής αυτής σε ένα πακέτο που αποκαλείται QoS (Quality of Service) - Request πακέτο. To πακέτο αυτό τοποθετείται στην ΑC του σταθµού µε τη µέγιστη προτεραιότητα, έτσι ώστε να φτάσει στο AP (όπου όπως ήδη έχει ειπωθεί, συνήθως εδρεύει ο HCCA scheduler) το συντοµότερο δυνατό. Παρατηρούµε πως τα πακέτα αυτά στέλνονται µε EDCA. Αυτός είναι και ο σηµαντικότερος από τους λόγους που η περίοδος ανταγωνισµού στο χρόνο της περιόδου ενός βασικού πακέτου (beacon frame interval) πρέπει να έχει ελάχιστη διάρκεια. Εξασφαλίζοντας την ύπαρξη περιόδου ανταγωνισµού µε ελάχιστη διάρκεια στο beacon interval, είµαστε σίγουροι πως µπορούν να γίνουν όλες οι ενέργειες που σχετίζονται µε ανταλλαγή πληροφοριών µεταξύ του AP και των κόµβων. Κατά τη διάρκεια της περιόδου αποστολής του βασικού (beacon) πακέτου, διάφορα QoS-Request πακέτα είναι πιθανό να φτάσουν στον Scheduler. Πριν την αποστολή του επόµενου βασικού (beacon) πακέτου, ο scheduler έχει ήδη υπολογίσει τα TXOPs που θα «δώσει» στους σταθµούς που ζήτησαν να µεταφέρουν «κρίσιµες» ροές. Η διαδικασία που ακολουθείται είναι συγκεκριµένη και µπορεί να εγγυηθεί εν µέρη όπως θα δούµε στο σχολιασµό των αποτελεσµάτων της προσοµοίωσης- για τη µέγιστη καθυστέρηση της ροής αυτής. Τα βήµατα του αλγορίθµου είναι τα εξής: Α) Αρχικά ο scheduler υπολογίζει το µικρότερο από όλα τα Request Service Intervals των «κρίσιµων ροών» που πρέπει να εξυπηρετήσει. Ο όρος Request Service Interval, αναφέρεται στο µέγιστο χρονικό διάστηµα που µπορεί να περιµένει µια εφαρµογή που εκτελείται στον σταθµό-παραλήπτη µεταξύ των λήψεων δύο διαδοχικών πακέτων. Στη συνέχεια, υπολογίζει το λεγόµενο Service Interval (SI) που θα χρησιµοποιήσει κατά τη διάρκεια του επόµενου χρονικού διαστήµατος που µεσολαβεί στην αποστολή δύο διαδοχικών βασικών (beacon) πακέτων. Το επιλεγόµενο SI πρέπει να πληροί τις εξής δύο (2) προϋποθέσεις: α) Να είναι µικρότερο από το ελάχιστο Request Service Interval όλων των ροών που πρέπει να εξυπηρετηθούν και β) Να είναι το µέγιστο υπό-πολλαπλάσιο του χρησιµοποιούµενου beacon interval. Το SI δηλώνει ουσιαστικά τη συχνότητα µε την οποία θα γίνεται το polling σε ένα σταθµό. Η συχνότητα αυτή θα είναι η ίδια για όλους τους σταθµούς που µεταδίδουν «κρίσιµες» ροές µε επικαλυπτόµενους χρόνους έναρξης και τερµατισµού. Παναγιώτης Ι. Τζένος 17

18 Β) Αφού οριστεί το SI, ο scheduler υπολογίζει τον µέσο αριθµό Ν των πακέτων που αναµένεται να φτάσουν σε κάθε ενεργό TS buffer κάθε σταθµού, σε κάθε SI χρονικό διάστηµα. Για κάθε traffic stream i, υπολογίζεται ο µέσος αριθµός πακέτων ως εξής: ρ i *SI N i =, M i όπου ρ i ο ρυθµός µετάδοσης και M i το µέσο µέγεθος πακέτου της συγκεκριµένης ροής, πληροφορίες που περιλήφθησαν στο QoS-Request πακέτο. Γ) Ο scheduler υπολογίζει το TXOP που θα «δώσει» στο σταθµό που αιτείται της εξυπηρέτησης µίας «κρίσιµης» ροής, ως εξής: TXOP i N * M i M max = max( i + O, O) R R +, όπου Ν ι ο αριθµός των πακέτων που αναµένεται να φτάνουν στο TS buffer στο χρονικό διάστηµα SI, M i το µέσο µέγεθος πακέτου, R η ταχύτητα που υποστηρίζει το µέσο µετάδοσης, Μ max το µέγιστο µέγεθος πακέτου για αυτή τη ροή δεδοµένων και O το overhead λόγω των PHY/MAC επικεφαλίδων, IFS, Poll και ACK πακέτων. ) Ο scheduler υπολογίζει το άθροισµα των TXOPs που θα δώσει σε κάθε ενεργή «κρίσιµη» ροή ενός σταθµού. Το άθροισµα των TXOPs αυτών είναι και το σύνολο της χρονικής διάρκειας, κατά την οποία ο σταθµός έχει δικαίωµα να µεταδίδει πακέτα. Στην περίπτωση που ήδη κάποιες ροές εξυπηρετούνται από τον scheduler και φτάσει ένα νέο QoS-Request πακέτο, ο scheduler είναι σε θέση να αποφανθεί εάν µπορεί να το εξυπηρετήσει άµεσα, κάνοντας τα παρακάτω βήµατα: Α) Με τον τρόπο που περιγράφηκε αµέσως πιο πριν, υπολογίζει το TXOP που απαιτείται για την εξυπηρέτηση της συγκεκριµένης ροής. Στη συνέχεια, εξετάζει εάν ισχύει η παρακάτω σχέση: TXOP New TXOPs TCAPLimit +, SI όπου T CAPLIMIT η τιµή της µέγιστης χρονικής διάρκειας της CAP περιόδου για ένα beacon interval και T B η περίοδος της αποστολής ενός βασικού (beacon) πακέτου. Σε αυτό το σηµείο, να σηµειωθεί πως ως CAP χρονική περίοδος θεωρείται η περίοδος κατά την οποία το HC δίνει ευκαιρίες µετάδοσης (στέλνοντας Poll πακέτα) στους σταθµούς του δικτύου. Εφ όσον ισχύει η παραπάνω έκφραση, η νέα ροή εξυπηρετείται. Σε περίπτωση που δεν ισχύει, η αίτηση για τη µεταφορά της ροής (που εκφράστηκε µε την αποστολή του QoS-Request πακέτου) απορρίπτεται. Ο σταθµός θα συνεχίσει να αιτεί τη µεταφορά της ροής αυτής, στέλνοντας νέα QoS-Request SI T B Παναγιώτης Ι. Τζένος 18

19 πακέτα στο AP. Το traffic θα γίνει δεκτό αµέσως µόλις το επιτρέψει ο HCCA scheduler. Αυτό ίσως να µπορέσει να γίνει µόλις τερµατιστεί κάποια από τις ήδη εξυπηρετούµενες ροές. ΛΙΣΤΑ ΑΚΡΩΝΥΜΙΩΝ ΤΟΥ ΠΡΩΤΟΚΟΛΛΟΥ Μια λίστα που περιέχει την επεξήγηση όλων των ακρωνυµίων που χρησιµοποιούνται από την οικογένεια των πρωτοκόλλων , παρουσιάζεται στη συνέχεια [4]: ACK AIFS AP CA CDF CFP CF-Poll CF-End CP CSMA CW CWmax CWmin DCF EDCF HC HCF IEEE ISM LRE MAC MSDU NAV PC PCF PF PHY mode PIFS (Q)BSS QoS RTS/CTS SIFS TBTT TC TXOP WLAN Acknowledgement Arbitration Inter Frame Space (802.11e) Access Point Collision Avoidance Complementary Cumulative Distribution Function Contention Free Period Contention Free Poll Contention Free End Contention Period Carrier Sense Multiple Access Contention Window Contention Window Maximum Contention Window Minimum Distributed Coordination Function Enhanced DCF (802.11e) Hybrid Coordinator (802.11e) Hybrid Coordination Function (802.11e) Institute of Electrical and Electronics Engineers Industrial, Science, Medical Limited Relative Error Medium Access Control MAC Service Data Unit Network Allocation Vector Point Coordinator Point Coordination Function Persistence Factor (802.11e) Physical Layer mode, coding and modulation scheme PCF Inter Frame Space (QoS-supporting) Basic Service Set (802.11e) Quality of Service Request to Send/Clear to Send Short Inter Frame Space Target Beacon Transmission Time Traffic Category (802.11e) Transmission Opportunity (802.11e) Wireless Local Area Network Παναγιώτης Ι. Τζένος 19

20 O ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΤΗΣ Εισαγωγή Η αρχιτεκτονική του προσοµοιωτή που αναπτύχθηκε προκειµένου να µελετηθεί η συµπεριφορά του e πρωτοκόλλου, βασίστηκε κάποια πρότυπα, τα οποία και θα περιγραφούν σε αυτό το κεφάλαιο. Ο προσοµοιωτής ακολουθεί την event-based αρχιτεκτονική, που φαίνεται σχηµατικά στην εικόνα 6. Σύµφωνα µε τις προδιαγραφές της αρχιτεκτονικής αυτής, διατηρείται µια λίστα που περιέχει τα γεγονότα που πρόκειται να λάβουν χώρα κατά τη διάρκεια της προσοµοίωσης. Τα γεγονότα αυτά δηµιουργούνται ως συνέπεια της εκτέλεσης άλλων γεγονότων. Έτσι, αρχικά γίνεται πυροδότηση ενός αρχικού γεγονότος που προκαλεί τη γέννηση των επόµενων (χρονικά) γεγονότων. Όταν ένα γεγονός αποφασίζεται ότι θα είναι το επόµενο που πρέπει να εκτελεστεί, ο χρόνος προχωράει στη χρονική στιγµή εκτέλεσης του γεγονότος. Έτσι, το χρονικό διάστηµα που µεσολαβεί από την τρέχουσα τιµή του ρολογιού έως τη στιγµή που λαµβάνει χώρα ένα συγκεκριµένο γεγονός αγνοείται, κάνοντας την παραδοχή πως κατά τη διάρκεια της χρονικής αυτής περιόδου δεν είναι δυνατό να συνέβη κάποια αλλαγή στην κατάσταση του δικτύου. Ένα πλάνο ανώτερου επιπέδου που δείχνει την αρχιτεκτονική του προσοµοιωτή φαίνεται στο σχήµα που ακολουθεί. Παναγιώτης Ι. Τζένος 20

21 Αρχή Λειτουργίας του Προσοµοίωτη Αρχικοποίηση Πάρε από τη λίστα γεγονότων το γεγονός που θα συµβεί πρώτο Προχώρα το χρόνο προσοµοίωσης στο επόµενο γεγονός ΟΧΙ Εκτέλεσε το επόµενο γεγονός και βάλε στη λίστα γεγονότων τα νέα γεγονότα που προκύπτουν Τέλος Προσοµοίωσης; ΝΑΙ Υπολόγισε και εµφάνισε τα στατιστικά της προσοµοίωσης Τέλος Λειτουργίας του Προσοµοίωτη Εικόνα 6: Πλάνο αρχιτεκτονικής του προσοµοιωτή Παναγιώτης Ι. Τζένος 21

22 Ως χρησιµοποιούµενο φυσικό επίπεδο, χρησιµοποιήθηκε η τεχνολογία που προτάθηκε στο πρότυπο g. Η ταχύτητα µετάδοσης που µπορεί να προσφερθεί µε αυτό τον τρόπο, φτάνει τα 54Mbps. Τα αρχεία του προγράµµατος είναι τα εξής: Simcore.dll Το αρχείο αυτό περιέχει τον απαραίτητο κώδικα για την υλοποίηση της προσοµοίωσης του πρωτοκόλλου. Γράφηκε στο περιβάλλον της Visual C++, έκδοσης e_simulator.exe Αυτό το αρχείο περιέχει τον κώδικα για την υλοποίηση του γραφικού περιβάλλοντος του προγράµµατος. Βασίζεται στο simcore.dll και γράφηκε σε περιβάλλον Visual Basic, έκδοσης 6. Input.txt Το αρχείο αυτό περιλαµβάνει τις προδιαγραφές της κίνησης που θα προσοµοιωθεί. Σε επόµενη ενότητα περιγράφονται αναλυτικά όλες οι επιλογές καθώς και όλες οι ενέργειες στις οποίες µπορεί να προβεί ο χρήστης που θα χρησιµοποιήσει το αρχείο αυτό. Μετά την εκτέλεση της προσοµοίωσης, παράγονται τα παρακάτω αρχεία από το πρόγραµµα: Output.txt To αρχείο αυτό περιέχει τα αποτελέσµατα της προσοµοίωσης, περιλαµβάνοντας διάφορες πληροφορίες που αφορούν στην απόδοση του δικτύου κατά τη διάρκεια της προσοµοίωσης, τη µέση απόσταση των σταθµών από το AP κ.α. PowersavingInfo.txt Το αρχείο αυτό περιέχει πληροφορίες για γεγονότα που αφορούν τη λειτουργία εξοικονόµησης ενέργειας των σταθµών. Σε περίπτωση που αυτή η δυνατότητα είναι ενεργοποιηµένη κατά τη διάρκεια της προσοµοίωσης, σε αυτό το αρχείο καταγράφονται µε λεπτοµερέστατο τρόπο οι σχετικές ενέργειες τόσο των σταθµών, όσο και του AP. DetailedReport.txt Όπως περιγράφεται και στη συνέχεια, αυτό το αρχείο περιέχει µια σύντοµη περιγραφή για κάθε γεγονός που λαµβάνει χώρα κατά τη προσοµοίωση του δικτύου. Λόγω του γεγονότος ότι το µέγεθος αυτού του αρχείου µπορεί να γίνει αρκετά µεγάλο, δύνεται η δυνατότητα παραγωγής ή όχι αυτού του αρχείου. Κάποια από τα σηµαντικότερα χαρακτηριστικά του προσοµοιωτή είναι τα ακόλουθα: Υποστήριξη έως και 20 κόµβων (πέραν του AP) Παναγιώτης Ι. Τζένος 22

23 Πλήρως παραµετροποιήσιµο αρχείο εισόδου, το οποίο περιγράφει τα χαρακτηριστικά της κίνησης που προσοµοιώνεται από το πρόγραµµα. υνατότητα δηµιουργίας λεπτοµερέστατου αρχείου περιγραφής των συµβάντων που έλαβαν χώρα κατά τη διάρκεια της προσοµοίωσης µε σκοπό την περαιτέρω µελέτη. Προσοµοίωση κινητότητας (mobility) κόµβων Προσοµοίωση της λειτουργίας εξοικονόµησης ενέργειας (powersaving) κόµβων Πληροφόρηση για τα γεγονότα που διαδραµατίζονται στο ιδεατό δίκτυο κατά τη διάρκεια της εξέλιξης της προσοµοίωσης, µε χρήση ευανάγνωστων σκίτσων. Στη συνέχεια, θα εξηγηθεί ο τρόπος µε τον οποίο υλοποιούνται κάποια από τα παραπάνω χαρακτηριστικά. Το αρχείο εισόδου Το πρόγραµµα προσοµοιώνει κίνηση δικτύου που έχει χαρακτηριστικά που εισάγει ο χρήστης. Ένα traffic stream (µια ροή δεδοµένων), χαρακτηρίζεται από διάφορες παραµέτρους, τις τιµές των οποίων καθορίζει ο χρήστης. Οι παράµετροι που προσδιορίζουν ένα traffic είναι: Source Node ID Η ταυτότητα του κόµβου στον οποίο γεννιούνται τα πακέτα του συγκεκριµένου traffic. Destination Node ID Η ταυτότητα του κόµβου για τον οποίο προορίζονται τα πακέτα του συγκεκριµένου traffic. Is Traffic Stream Η παράµετρος αυτή µπορεί να πάρει τιµή αληθές ή ψευδές. Χρησιµοποιείται το 0 για ψευδές και το 1 για αληθές. Όταν θέτουµε ως αληθή την πρόταση αυτή, υπονοούµε ότι το traffic αυτό δηλώνεται ως παραµετροποιήσιµο (parameterized) traffic, συνεπώς θα µεταφερθεί κατά τη διάρκεια λειτουργίας του δικτύου σε HCCA, αφού εγκριθεί η µεταφορά του από τον HCCA Scheduler. Στην αντίθετη περίπτωση, το traffic θεωρείται πως θα µεταφερθεί κατά τη διάρκεια λειτουργίας του δικτύου σε EDCA. Max Packet Life Duration Αυτή η παράµετρος προσδιορίζει τη µέγιστη διάρκεια ζωής κάθε πακέτου που ανήκει στο συγκεκριµένο traffic. Παναγιώτης Ι. Τζένος 23

24 Is Variable Bit Rate Η παράµετρος αυτή µπορεί να πάρει τιµή αληθές ή ψευδές. Χρησιµοποιείται το 0 για ψευδές και το 1 για αληθές. Όταν θέσουµε 1, υπονοούµε πως τα πακέτα φτάνουν στο MAC υπό-επίπεδο του σταθµού ανά µεταβλητά χρονικά διαστήµατα, που συµµορφώνονται σε εκθετική κατανοµή, µε µέση τιµή την τιµή που δηλώνεται στην παράµετρο Inter-Arrival Time (θα εξεταστεί στη συνέχεια). Στην περίπτωση που θέσουµε ψευδή την πρόταση αυτή, θεωρούµε πως τα πακέτα φτάνουν στο MAC υπό-επίπεδο ανά σταθερά χρονικά διαστήµατα, η περίοδος των οποίων είναι ίση µε την τιµή της παραµέτρου Inter-Arrival Time. Traffic Rate Η τιµή της µεταβλητής αυτής περιγράφει τα kilobits που φτάνουν στο MAC υποεπίπεδο του σταθµού, κάθε 1 millisecond. Σε αυτή την τιµή θα πρέπει να συµπεριλαµβάνεται και το overhead των πακέτων που ανήκουν στο συγκεκριµένο traffic. Σε αυτό το σηµείο, θα πρέπει να τονιστεί πως η τιµή που εισάγεται σε αυτή την παράµετρο έχει νόηµα µόνο εφ όσον πρόκειται για παραµετροποιήσιµο traffic (στη περίπτωση δηλαδή που έχει δηλωθεί Is Traffic Stream = 1). Σε αντίθετη περίπτωση, µπορούµε να αγνοήσουµε τη συγκεκριµένη παράµετρο, εισάγοντας π.χ. την τιµή 0. Max Inter Transmission interval Και αυτή η παράµετρος λαµβάνεται υπ όψιν µόνο αν πρόκειται για παραµετροποιήσιµο traffic. ηλώνει το µέγιστο χρονικό διάστηµα που µπορεί να µεσολαβήσει από τη χρονική στιγµή της λήψης ενός πακέτου του συγκεκριµένου traffic, έως τη χρονική στιγµή της λήψης του εποµένου πακέτου του traffic αυτού. Πρόκειται για περιορισµό που εισάγεται από τις εκάστοτε εφαρµογές που βασίζονται σε υψηλότερα επίπεδα (π.χ. Application Layer). Να σηµειωθεί πως η τιµή που εισάγεται σε αυτή τη παράµετρο έχει νόηµα µόνο εφ όσον πρόκειται για παραµετροποιήσιµο traffic. Σε αντίθετη περίπτωση, µπορούµε να αγνοήσουµε τη συγκεκριµένη παράµετρο, εισάγοντας π.χ. την τιµή 0. Is Variable Packet Size Η παράµετρος αυτή µπορεί να πάρει τιµή αληθές ή ψευδές. Χρησιµοποιείται το 0 για ψευδές και το 1 για αληθές. Όταν θέσουµε 1, υπονοούµε πως το µέγεθος των πακέτων είναι µεταβλητό. Πιο συγκεκριµένα, συµµορφώνεται µε εκθετική κατανοµή, µε µέση τιµή την τιµή που εισάγεται στο πεδίο Packet Data Size (αναφέρεται στη συνέχεια). Στην περίπτωση που θέσουµε την τιµή της µεταβλητής αυτής 0, αυτοµάτως δηλώνουµε ότι τα πακέτα που ανήκουν στο συγκεκριµένο traffic έχουν σταθερό µέγεθος, ίσο µε την τιµή της µεταβλητής Packet Data Size. Packet Data Size Στην περίπτωση που Is Variable Packet Size = 1, πρόκειται για τη µέση τιµή εκθετικής κατανοµής που περιγράφει το µέγεθος των πακέτων του συγκεκριµένου traffic. Στη περίπτωση που Is Variable Packet Size = 0, η τιµή της µεταβλητής αυτής αναφέρεται στο µέγεθος πακέτου για το συγκεκριµένο traffic. Παναγιώτης Ι. Τζένος 24

25 Packet Total Overhead Το συνολικό overhead πακέτου, σε bits. Min Packet Data Size To ελάχιστο µέγεθος πακέτου. Λαµβάνεται υπ όψιν µόνο αν Is Variable Packet Size = 1. Στην αντίθετη περίπτωση, η τιµή αυτή δε λαµβάνεται υπ όψιν. Max Packet Data Size To µέγιστο µέγεθος πακέτου. Λαµβάνεται υπ όψη µόνο αν Is Variable Packet Size = 1. Στην αντίθετη περίπτωση, η τιµή αυτή δε λαµβάνεται υπ όψη. Inter arrival Time Στην περίπτωση που Is Variable Bit Rate = 1, πρόκειται για τη µέση τιµή εκθετικής κατανοµής που περιγράφει το χρόνο άφιξης των πακέτων του συγκεκριµένου traffic στο MAC υπό-επίπεδο του σταθµού. Στην αντίθετη περίπτωση, η τιµή αυτή αναφέρεται στο σταθερό χρόνο άφιξης ενός πακέτου του συγκεκριµένου traffic στο MAC υπό-επίπεδο του σταθµού. Priority Η προτεραιότητα των πακέτων που ανήκουν στο συγκεκριµένο traffic. Μπορεί να πάρει τιµές από 0 έως 7. Η τιµή αυτή λαµβάνεται υπ όψη µόνο στην περίπτωση που πρόκειται για traffic που θα µεταδοθεί κάτω από EDCA (Is Traffic Stream = 0). Start Time Η χρονική στιγµή κατά την οποία θα ξεκινήσει η άφιξη των πακέτων στο MAC υπό-επίπεδο του σταθµού. Όταν Is Traffic Stream = 0, η άφιξη των πακέτων ξεκινά ακριβώς τη χρονική στιγµή που περιγράφεται από τη τιµή αυτής της παραµέτρου. Όταν όµως ισχύει ότι Is Traffic Stream = 1, η άφιξη των πακέτων αρχίζει τη στιγµή που θα γίνει το πρώτο poll από το AP στο σταθµό. End Time Η χρονική στιγµή στην οποία σταµατά η άφιξη πακέτων για το συγκεκριµένο traffic. Για να θεωρηθεί έγκυρο ένα traffic, θα πρέπει όλες του οι παράµετροι να έχουν πάρει κάποια τιµή. Το πρόγραµµα δεν ελέγχει για την συνέπεια των τιµών που εισάγονται, εποµένως ο χρήστης θα πρέπει να είναι ιδιαίτερα προσεκτικός κατά τη διαδικασία της συµπλήρωσης των παραµέτρων. Το αρχείο εισόδου που συνοδεύει το πρόγραµµα του προσοµοιωτή µπορεί να δεχθεί παραµέτρους έως και ενενήντα εννέα (99) traffic streams. Βασικές πληροφορίες για την σωστή χρήση του αρχείου αυτού βρίσκονται και µέσα στο ίδιο το αρχείο, µε µορφή σχολίων. Ο χρήστης θα πρέπει να λάβει υπ όψη του τις πληροφορίες αυτές, προκειµένου να συµπληρώσει µε σωστό τρόπο τις προδιαγραφές που επιθυµεί. Παναγιώτης Ι. Τζένος 25

26 Μοντελοποίηση της Κινητότητας σταθµών Οι σταθµοί µεταβαίνουν σε κάποια από τις γειτονικές θέσεις, µε βάση τυχαίες παρατηρήσεις εκθετικής κατανοµής, µε µέση τιµή που µπορεί να ορίσει ο χρήστης στην αρχική οθόνη του προγράµµατος (Προκαθορισµένη τιµή: 1 δευτερόλεπτο). Με αυτό τον τρόπο, η απόσταση του κόµβου από το Access Point µπορεί να αυξοµειώνεται κατά τη διάρκεια της προσοµοίωσης, όπως συµβαίνει στον πραγµατικό κόσµο. Η απόσταση επηρεάζει την ισχύ του σήµατος και συνεπώς την πιθανότητα επιτυχούς µετάδοσης. Το µοντέλο που υλοποιεί ο προσοµοιωτής λαµβάνει υπ όψιν του την απόσταση µεταξύ του κόµβου και του AP και µε βάση αυτή αυξοµειώνει το ρυθµό σφαλµάτων bit του καναλιού επικοινωνίας. Οι τιµές που εισάγει χρήστης ισχύουν στην περίπτωση που ο σταθµός βρίσκεται στο µέσο της µέγιστης δυνατής απόστασης κόµβου-ap. Από εκεί και πέρα, αν ο κόµβος βρίσκεται σε µεγαλύτερη / µικρότερη απόσταση, ο ρυθµό σφαλµάτων bit του καναλιού αυξάνεται / µειώνεται ανάλογα µε την απόσταση, σύµφωνα µε τον ακόλουθο τύπο: BER in use = BER STANDARD ± BERSTANDARD Distance*( AttenuationDueToDis tancefactor), όπου BER STANDARD ο ρυθµός σφαλµάτων bits που έδωσε ο χρήστης, Distance η απόσταση του κόµβου από το AP και Attenuation Due To Distance Factor µια παράµετρος που δίνεται από το χρήστη. Μοντελοποίηση της εξοικονόµησης ενέργειας κόµβων Μια σηµαντική ιδιαιτερότητα των συσκευών που επικοινωνούν µεταξύ τους µε ασύρµατο τρόπο, συνήθως αφορά σε αυστηρούς ενεργειακούς περιορισµούς, καθώς τις περισσότερες φορές αυτές λειτουργούν µε µπαταρία Ο προσοµοιωτής είναι σε θέση να λάβει υπ όψη αυτό το γεγονός. Ο τρόπος µε τον οποίο συµβαίνει αυτό είναι το θέµα της ενότητας αυτής. Ένας κόµβος µπορεί να µπει σε κατάσταση εξοικονόµησης ενέργειας (powersaving mode) αν και µόνο αν ισχύουν οι παρακάτω προϋποθέσεις: Α) Ο κόµβος αυτός δεν αναµένει αλλά ούτε και επιθυµεί να µεταδώσει Critical Traffic κατά τη διάρκεια της προσοµοίωσης. Σε αντίθετη περίπτωση, είναι προφανές πως ο κόµβος δεν µεταβαίνει σε κατάσταση επαγρύπνησης, καθώς η µεταφορά Critical Traffic παραπέµπει σε χρησιµοποίηση του τερµατικού. Β) Στην περίπτωση που ισχύει το Α, οι κόµβοι αλλάζουν κατάσταση, µε βάση τυχαίες παρατηρήσεις εκθετικής κατανοµής, µε µέση τιµή που µπορεί να ορίσει ο χρήστης στην αρχική οθόνη του προγράµµατος (Προκαθορισµένη τιµή: 7 δευτερόλεπτα). Η αλλαγή κατάστασης από normal σε stand by γίνεται µόνο αν τη στιγµή που πρόκειται να γίνει η αλλαγή δεν υπάρχουν πακέτα προς µετάδοση. Παναγιώτης Ι. Τζένος 26

27 Από τη στιγµή που ο κόµβος θα µπει σε κατάσταση εξοικονόµησης ενέργειας, θεωρούµε ότι εξοικονοµεί 1.3 Joule ανά δευτερόλεπτο παραµονής στην κατάσταση αυτή, σύµφωνα µε το [14]. Μοντελοποίηση του ασύρµατου µέσου µετάδοσης Για τη µοντελοποίηση του ασύρµατου µέσου µετάδοσης, χρησιµοποιείται ένα µοντέλο τριών (3) καταστάσεων. Οι καταστάσεις ορίζονται να είναι οι εξής [9]: Good State Όταν βρίσκεται σε αυτή τη κατάσταση, το link µεταξύ των δύο σταθµών χαρακτηρίζεται από χαµηλό ρυθµό σφαλµάτων, που αναφέρεται ως G_BER. Bad State Όταν το µέσο βρίσκεται σε κατάσταση bad, χαρακτηρίζεται από υψηλό ρυθµό σφαλµάτων, που αναφέρεται ως B_BER. Unknown (hidden) state Σε αυτή τη περίπτωση, θεωρείται πως οι σταθµοί είναι εκτός εµβέλειας ο ένας από τον άλλο. Τα links µεταβαίνουν από κατάσταση σε κατάσταση, µε βάση εκθετικές παρατηρήσεις µε διαφορετικές µέσες τιµές, τη TG για την κατάσταση Good, ΤΒ για την κατάσταση Bad και TH για την κατάσταση Hidden. Το link µεταβαίνει σε κάποια άλλη κατάσταση µε βάση την κατάσταση στην οποία βρισκόταν έως τώρα και την τιµή της παραµέτρου ph. Πιο συγκεκριµένα: Όταν το µέσο βρίσκεται σε κατάσταση Good, µεταβαίνει είτε σε κατάσταση Hidden µε πιθανότητα Ph, είτε σε κατάσταση Bad µε πιθανότητα 1-Ph. Όταν το µέσο βρίσκεται σε κατάσταση Bad, µεταβαίνει είτε σε κατάσταση Hidden µε πιθανότητα Ph, είτε σε κατάσταση Good µε πιθανότητα 1-Ph. Όταν το µέσο βρίσκεται σε κατάσταση Unknown, µεταβαίνει είτε σε κατάσταση Good µε πιθανότητα 0.5, είτε σε κατάσταση Bad µε πιθανότητα 0.5. Είναι εµφανές πως τιµή της παραµέτρου Ph καθορίζει την επίδραση του φαινοµένου του «κρυφού» τερµατικού. Όταν Ph = 0, το µέσο δε µεταβαίνει ποτέ σε κατάσταση Hidden και εποµένως δεν υπάρχουν «κρυφά» τερµατικά στο ιδεατό δίκτυο. Όταν Ph > 0, η πιθανότητα το link µεταξύ δύο (2) σταθµών να είναι σε κατάσταση Hidden είναι Ph. Μεταβάλλοντας λοιπόν τις παραµέτρους που αναφέρθηκαν, είµαστε σε θέση να προσοµοιώσουµε διαφορετικές συνθήκες για το ασύρµατο µέσο µετάδοσης. Παναγιώτης Ι. Τζένος 27

28 Εγκατάσταση / απεγκατάσταση της εφαρµογής Ο χρήστης θα πρέπει να κάνει διπλό κλικ στο αρχείο Simulator_installer.exe, προκειµένου να εγκαταστήσει την εφαρµογή στον υπολογιστή του. Έπειτα ακολουθεί τα βήµατα που απαιτούνται για την ολοκλήρωση της διαδικασίας. Σε αυτό το αρχείο της εγκατάστασης, περιλαµβάνονται όλα τα αρχεία του προγράµµατος καθώς και κάποια απαραίτητα βασικά αρχεία που πρέπει να βρίσκονται στο σύστηµα, προκειµένου να µπορέσει να εκτελεστεί το πρόγραµµα. Σε περίπτωση που αυτά τα αρχεία λείπουν ή είναι παλαιότερης έκδοσης, θα εγκατασταθούν αυτόµατα από το πρόγραµµα εγκατάστασης. Σε αυτή την περίπτωση, ο χρήστης που εκτελεί το πρόγραµµα θα πρέπει να έχει δικαιώµατα υπερχρήστη στο σύστηµα που χρησιµοποιεί, προκειµένου η διαδικασία να ολοκληρωθεί µε επιτυχία. Για την απεγκατάσταση του προγράµµατος, ο χρήστης θα πρέπει να επισκεφτεί το µενού «Προσθαφαίρεση Προγραµµάτων» των Windows και να κάνει διπλό κλικ στο όνοµα της εφαρµογής που θα βρει στην εκεί εµφανιζόµενη λίστα. Σε αυτό το σηµείο θα πρέπει να τονιστεί ότι το πρόγραµµα που χρησιµοποιήθηκε για την δηµιουργία του τελικού αρχείου εγκατάστασης, είναι το πολύ καλό και δωρεάν Inno Setup στην έκδοση 5. Επεξήγηση των επιλογών του προγράµµατος Σε αυτό το µέρος του εγγράφου, επεξηγούνται όλες οι παράµετροι που µπορούν να οριστούν από το χρήστη, αλληλεπιδρώντας µε τη διεπαφή του προγράµµατος. Η αρχική οθόνη του προγράµµατος Παναγιώτης Ι. Τζένος 28

29 Εικόνα 7: Αρχική οθόνη του προγράµµατος του προσοµοιωτή Simulation Duration Ο χρόνος για τον οποίο θα προσοµοιωθεί το δίκτυο. Number of Nodes Ο αριθµός των κόµβων που υπάρχουν στο δίκτυο. Θα πρέπει να προσεχθεί το γεγονός πως ο αριθµός που επιλέγεται σε αυτό το πεδίο θα πρέπει να είναι σύµφωνος µε το αρχείο περιγραφής του traffic που θα δοθεί ως είσοδος στον προσοµοιωτή. Στο αρχείο περιγραφής εισόδου, δε θα πρέπει να αναφέρεται ID κόµβου µεγαλύτερο ή ίσο από τον αριθµό που θα εισαχθεί σε αυτό το πεδίο. Η αρίθµηση των σταθµών ξεκινάει από το 0. Για παράδειγµα, εάν στο αρχείο εισόδου το µέγιστο ID κόµβου είναι έξι (6), σε αυτό το πεδίο δε θα πρέπει να επιλεγεί αριθµός µικρότερος του επτά (7). Σε αντίθετη περίπτωση, είναι σίγουρο πως ο προσοµοιωτής θα χάσει τη σταθερότητά του. Mobility Στο πλαίσιο mobility, υπάρχουν επιλογές που αφορούν την κινητότητα των κόµβων. ίνεται η δυνατότητα ενεργοποίησης / απενεργοποίησης της κινητότητας. Επίσης, ο χρήστης µπορεί να θέσει τη µέση χρονική διάρκεια κατά την οποία ο κόµβος παραµένει στην ίδια θέση, σε milliseconds (ms). Υπενθυµίζεται πως η τιµή που εισάγεται σε αυτό το πεδίο αφορά τη µέση τιµή εκθετικών παρατηρήσεων. Τέλος, ο χρήστης µπορεί να θέσει τη µέγιστη απόσταση µεταξύ ενός κόµβου και του AP. Powersaving ίνεται η δυνατότητα ενεργοποίησης / απενεργοποίησης της λειτουργίας εξοικονόµησης ενέργειας (powersaving). Όπως είναι φυσικό, τα αποτελέσµατα της προσοµοίωσης εξαρτώνται σε µεγάλο βαθµό από αυτή την επιλογή. Ο χρήστης µπορεί επίσης να θέσει τη µέση χρονική διάρκεια παραµονής στην ίδια κατάσταση, Παναγιώτης Ι. Τζένος 29

30 σε milliseconds (ms). Υπενθυµίζεται πως η τιµή που εισάγεται σε αυτό το πεδίο αφορά τη µέση τιµή εκθετικών παρατηρήσεων. Generate a text file Τσεκάροντας αυτή την επιλογή, ο χρήστης έχει τη δυνατότητα να πάρει ένα txt αρχείο που θα περιέχει όλα τα γεγονότα που έλαβαν χώρα κατά τη διάρκεια της προσοµοίωσης. Η επιλογή αυτή είναι προαιρετική και προφέρεται για λόγους µελέτης του πρωτοκόλλου και αποσφαλµάτωσης του προγράµµατος. Πρέπει να σηµειωθεί πως το µέγεθος του αρχείου αυτού µπορεί να είναι αρκετά µεγάλο (της τάξης ίσως και εκατοντάδων MB), πράγµα που σηµαίνει πως θα είναι δύσκολη, αν όχι αδύνατη η µετέπειτα µελέτη του. Ο χρήστης ενηµερώνεται από το πρόγραµµα για το γεγονός αυτό. Πάντως για µικρό χρόνο προσοµοίωσης (µερικών δευτερολέπτων), η εξέταση του αρχείου είναι εφικτή καθώς το µέγεθός του παραµένει σχετικά µικρό (µερικά MB). Στην αρχική οθόνη του προγράµµατος, υπάρχουν επίσης τα πλήκτρα Input and Output, Physical Layer... και MAC Layer.... Πατώντας τα πλήκτρα αυτά, ο χρήστης βρίσκεται µπροστά σε νέα παράθυρα, µέσω των οποίων µπορεί να ορίσει τιµές παραµέτρων που έχουν σχέση µε την εκάστοτε επιλογή του. Το µενού Input and Output Ο χρήστης θα πρέπει υποχρεωτικά να χρησιµοποιήσει αυτή την επιλογή, προκειµένου να µπορέσει να αρχίσει την προσοµοίωση. Σε αντίθετη περίπτωση, πατώντας το ευδιάκριτο κουµπί Simulate It! που υπάρχει στην αρχική οθόνη, θα λάβει ένα µήνυµα λάθους, που θα τον προτρέπει να επισκεφτεί αυτό το µενού. Πατώντας λοιπόν το κουµπί Input and Output, ο χρήστης βρίσκεται µπροστά στο παρακάτω παράθυρο: Παναγιώτης Ι. Τζένος 30

31 Εικόνα 8: Επιλογή των input και output αρχείων Όπως ήδη αναφέρθηκε, το πρόγραµµα προσοµοιώνει traffic τα χαρακτηριστικά του οποίου του δίνονται ως είσοδο. Την πρώτη φορά που ο χρήστης θα πιέσει το κουµπί Input And Output, θα βρεθεί µπροστά στο παράθυρο που φαίνεται στην εικόνα 8. Παρατηρούµε πως το πρόγραµµα ενηµερώνει το χρήστη πως δεν έχουν καθοριστεί τα αρχεία εισόδου και εξόδου. Πιέζοντας το κουµπί Read Input from, εµφανίζεται ο γνώριµος εξερευνητής των Windows, µέσα από τον οποίο µπορεί να γίνει εύκολα η εύρεση και η επιλογή του αρχείου που θα δηλώσουµε ως είσοδο. Για λόγους σταθερότητας, το πρόγραµµα πραγµατοποιεί µια σάρωση του αρχείου για να βεβαιωθεί για την εγκυρότητα του αρχείου που µόλις επιλέξαµε. Αν διαπιστώσει πως είναι έγκυρο, µας ενηµερώνει εµφανίζοντας ένα µήνυµα παρόµοιο µε αυτό της εικόνας 9. Εικόνα 9: Τυπικό µήνυµα πληροφόρησης στην περίπτωση σωστής εισόδου Παναγιώτης Ι. Τζένος 31

32 Μπορούµε να παρατηρήσουµε πως το πρόγραµµα ενηµερώνει και για τον αριθµό των traffics που αναγνώρισε στο αρχείο. Αν διαπιστώσουµε πως το πρόγραµµα αναγνωρίζει διαφορετικό αριθµό streams από αυτόν που εµείς συµπεριλάβαµε στο αρχείο εισόδου, θα πρέπει να βεβαιωθούµε πως ακολουθήθηκαν οι οδηγίες που αναφέρονται στο αρχείο εισόδου. Σε κάθε περίπτωση, αν το αρχείο που επιλέχθηκε είναι έγκυρο, εµφανίζεται η διαδροµή του στο αρµόδιο πλαίσιο. Σε περίπτωση που το αρχείο που επιλέγηκε δεν ήταν δυνατόν να αναγνωριστεί ή ήταν έγκυρο αλλά δεν περιείχε παραµέτρους για κάποιο stream, εµφανίζεται µήνυµα που ενηµερώνει το χρήστη (εικόνα 10). Εικόνα 10: Ενηµερωτικό µήνυµα στην περίπτωση κακής εισόδου Επίσης, ο χρήστης θα πρέπει να επιλέξει το όνοµα του αρχείου που θα περιέχει τα αποτελέσµατα αφού ολοκληρωθεί η προσοµοίωση, καθώς και την τοποθεσία στην οποία αυτό θα αποθηκευτεί. Αν τρέχετε τον προσοµοιωτή για πρώτη φορά, συνίσταται η δηµιουργία ενός αρχείου µε το προκαθορισµένο όνοµα output.txt και η µετέπειτα επανεπιλογή του στις επόµενες προσοµοιώσεις, καθώς τα δεδοµένα του αρχείου δε χάνονται στην περίπτωση που επιλεγεί κάποιο ήδη υπάρχων txt αρχείο. Τα αποτελέσµατα των επόµενων προσοµοιώσεων επικολλούνται στο τέλος του αρχείου. Με αυτό τον τρόπο, τα αποτελέσµατα διαδοχικών προσοµοιώσεων µπορούν να είναι συγκεντρωµένα σε ένα αρχείο και η µελέτη τους µπορεί να γίνει πιο εύκολα. Πιέζοντας το OK, επιστρέφουµε στην αρχική οθόνη του προγράµµατος. ίνεται η δυνατότητα αλλαγής των παραµέτρων τόσο στο φυσικό (physical), όσο και στο MAC επίπεδο. Πιέζοντας το κουµπί Physical Layer εµφανίζεται το παρακάτω παράθυρο: Το µενού Physical Layer Ο προσοµοιωτής χρησιµοποιεί το φυσικό επίπεδο του σχετικά νέου προτύπου ΙΕΕΕ g, το οποίο λειτουργώντας όπως και το IEEE b στα 2.4GHz, είναι σε θέση να προσφέρει θεωρητική ταχύτητα µετάδοσης έως και 54Mbps, διατηρώντας παράλληλα την απαραίτητη προς- τα - πίσω συµβατότητα µε τους σταθµούς που υποστηρίζουν το δηµοφιλέστατο σήµερα IEEE b. Παναγιώτης Ι. Τζένος 32

33 Εικόνα 11: Ρύθµιση παραµέτρων φυσικού επιπέδου Εδώ µπορούν να ρυθµιστούν οι παράµετροι του µέσου µετάδοσης. Για πιο αναλυτική επεξήγηση των παραµέτρων, ανατρέξτε στο κεφάλαιο «Μοντελοποίηση του ασύρµατου µέσου µετάδοσης» αυτού του εγγράφου. Good BER Το Bit Error Rate του καναλιού, στην περίπτωση που αυτό βρίσκεται σε good state. Η τιµή που εισάγεται από το χρήστη, αναφέρεται στον εκθέτη x της έκφρασης 10 x. Για την περίπτωση καναλιού χωρίς σφάλµατα (error-free channel), ο χρήστης θα πρέπει να εισάγει την τιµή 0 σε αυτό το πεδίο. Bad BER Το Bit Error Rate του καναλιού, στην περίπτωση που αυτό βρίσκεται σε bad state. Η τιµή που εισάγεται από το χρήστη, αναφέρεται στον εκθέτη x της έκφρασης 10 x. Ph Ο παράγοντας που επηρεάζει τη µετάβαση του καναλιού από µια κατάσταση σε µια άλλη. ΤG Η µέση τιµή εκθετικής κατανοµής που δηλώνει το χρόνο κατά τον οποίο το µέσο παραµένει σε Good state. ΤB Η µέση τιµή εκθετικής κατανοµής που δηλώνει το χρόνο κατά τον οποίο το µέσο παραµένει σε Bad state. Παναγιώτης Ι. Τζένος 33

34 ΤH Η µέση τιµή εκθετικής κατανοµής που δηλώνει το χρόνο κατά τον οποίο το µέσο παραµένει σε Unknown (hidden) state. Quality Reduce Factor Οι τιµές που εισήχθησαν στα παραπάνω πεδία αφορούν τα links µεταξύ των σταθµών και του AP, µέσω των οποίων γίνεται και η µεταφορά των πακέτων. Ο παράγοντας αυτός αναφέρεται στις τιµές των µεταξύ των σταθµών links. Είναι χρήσιµος για τη µελέτη του φαινοµένου του «κρυφού» τερµατικού. Μπορούµε να έχουµε µε µεγαλύτερη πιθανότητα «κρυφούς» σταθµούς στο δίκτυο, ενώ ταυτόχρονα το delay των µεταφορών παραµένει σε ρεαλιστικά επίπεδα. Οι σχέσεις που ισχύουν για τα µεταξύ των σταθµών links είναι: Inter-station TG = TG/Quality Reduce Factor, Inter-station TB = TB/ Quality Reduce Factor, Inter-station TH = TG* Quality Reduce Factor Attenuation due to distance factor Ο παράγοντας αυτός λαµβάνεται υπ όψη εφόσον η κινητότητα σταθµών (αρχική οθόνη του προγράµµατος) είναι ενεργοποιηµένη. Τα G_BER και B_BER που εισάγονται αφορούν το Bit Error Rate του καναλιού σε απόσταση ίση µε το µισό της µέγιστης τιµής της. Όταν ο σταθµός βρίσκεται πιο κοντά στο Access Point, τότε το BER του καναλιού αυτού του σταθµού µε το AP µεταβάλλεται µε τον τρόπο που προκύπτει από τον παρακάτω τύπο: FinalBER= BER + BER/(distance_to_AP* Attenuation Due to Distance Factor), Όπου FinalBER ο ρυθµός σφαλµάτων bit που τελικά χρησιµοποιείται, BER ίσο µε G_BER ή B_BER (εξαρτάται από τη συγκεκριµένη χρονική στιγµή), distance_to_ap η απόσταση του κόµβου από το AP και Attenuation Due To Distance Factor η τιµή της συγκεκριµένης παραµέτρου. Στην περίπτωση που ο σταθµός βρίσκεται σε απόσταση µεγαλύτερη από το µισό της µέγιστης δυνατής απόστασης, το BER του καναλιού επικοινωνίας µεταβάλλεται µε τρόπο που υποδηλώνεται από τον τύπο: FinalBER= BER - BER/(distance_to_AP* Attenuation Due to Distance Factor), Όπου όλες οι µεταβλητές έχουν την ίδια εξήγηση µε την προηγούµενη περίπτωση. Είναι φανερό πως ο παράγοντας αυτός έχει ως σκοπό να παραµετροποιήσει την επίδραση της απόστασης στην πιθανότητα επιτυχούς µετάδοσης. Καθώς µεγαλώνει η τιµή της παραµέτρου αυτής, µειώνεται η επίδραση της απόστασης στην πιθανότητα επιτυχούς µετάδοσης. Operation Speed H ταχύτητα του καναλιού. Υποστηρίζονται διάφορες κοινές ταχύτητες, από τις οποίες µπορεί να επιλέξει ο χρήστης. Παναγιώτης Ι. Τζένος 34

35 Πιέζοντας το κουµπί ΟΚ, ο χρήστης επιστρέφει στην αρχική οθόνη του προγράµµατος. To µενού MAC Layer Aν o χρήστης επιλέξει να πατήσει το κουµπί MAC Layer που βρίσκεται στην αρχική οθόνη, θα βρεθεί µπροστά στην οθόνη που φαίνεται στην εικόνα 12. Εικόνα 12: Ρύθµιση παραµέτρων MAC υπό-επιπέδου. Θα πρέπει να σηµειωθεί πως το πρόγραµµα δεν ελέγχει τις τιµές που εισάγονται, θεωρώντας ως δεδοµένο ότι όλες οι τιµές θα βρίσκονται σε αρµονία. Για παράδειγµα, αν εισαχθεί τιµή για το Slot Time µικρότερη από την τιµή του SIFS, τότε το πρόγραµµα θα οδηγηθεί σε απροσδιόριστη κατάσταση κατά τη διάρκεια της εκτέλεσης. Αυτή η παρατήρηση σηµειώνεται και στην οθόνη αυτή του προγράµµατος, έτσι ώστε ο χρήστης να γνωρίζει αυτό το γεγονός. Ξεκινώντας από την πρώτη στήλη, οι παράµετροι που µπορούν να δεχθούν τιµές από το χρήστη είναι οι εξής: Slot Time Το µέγεθος σχισµής. Η προκαθορισµένη τιµή είναι ίση µε 9 µs. SIFS Το µέγεθος του Short Inter Frame Space. Η προκαθορισµένη τιµή είναι ίση µε 16 µs. Παναγιώτης Ι. Τζένος 35

36 PIFS Το µέγεθος του PCF Inter Frame Space. Η προκαθορισµένη τιµή είναι ίση µε 23 µs. AIFSN(0-3) Πρόκειται για παραµέτρους που καθορίζουν το Arbitration Inter Frame Space των ACs. Η τιµή τους σε µs, προκύπτει µε βάση τον παρακάτω τύπο: AIFSi = SIFS + AIFSΝ ι * Slot Time, Όπου AIFS i η διάρκεια του AIFS για την AC i, SIFS η τιµή του Short Inter Frame Space, AIFSN i η τιµή που εισάγει ο χρήστης για την AC i, και Slot Time το µέγεθος σχισµής σε µs, τιµή που επίσης µπορεί να αλλάξει από το χρήστη. CWMin Το ελάχιστο µέγεθος του παράθυρου ανταγωνισµού. Να σηµειωθεί πως η τιµή που εισάγεται σε αυτό το πεδίο αναφέρεται σε σχισµές (slots). Όπως ειπώθηκε και στο κεφάλαιο παρουσίασης του πρωτοκόλλου, οι ACs χαρακτηρίζονται από διαφορετικό CWMin. Το CWMin κάθε AC s υπολογίζεται µε βάση την τιµή που εισάγει ο χρήστης, σύµφωνα µε τον πίνακα της εικόνας 12. CWMax Το µέγιστο µέγεθος του παράθυρου ανταγωνισµού. Και αυτή η τιµή αναφέρεται σε σχισµές (slots). To CWMax κάθε AC s υπολογίζεται σύµφωνα µε τον πίνακα που φαίνεται στην εικόνα 12. AC CWMin CWMax AC_BK CWMin CWMax AC_BE CWMin CWMax AC_VI ((CWMin + 1)/2) - 1 CWMin AC_VO ((CWMin + 1)/4) - 1 ((CWMin + 1)/2) - 1 Εικόνα 13: Τιµές των CWMin και CWMax για κάθε κατηγορία πρόσβασης (AC) Persistence Factor Πρόκειται για τη µεταβλητή, µε βάση την τιµή της οποίας αυξάνεται το µέγεθος του παραθύρου ανταγωνισµού, µετά από κάθε αποτυχηµένη προσπάθεια µετάδοσης. Συγκεκριµένα, η νέα τιµή του παραθύρου ανταγωνισµού µετά από µια τέτοια περίπτωση προκύπτει από τον τύπο: newcw [TC] = ((oldcw[tc]+1)*pf)-1 Max Retries Το µέγιστο πλήθος των προσπαθειών µετάδοσης που µπορούν να συµβούν για κάθε πακέτο. Αν κάποιο πακέτο δεν καταφέρει να µεταδοθεί επιτυχώς µετά από τόσες προσπάθειες όσες περιγράφονται από την τιµή της µεταβλητής αυτής, απορρίπτεται. Παναγιώτης Ι. Τζένος 36

37 Beacon Frame Interval Η περίοδος µετάδοσης του βασικού (beacon) πακέτου από το AP προς όλους τους σταθµούς του δικτύου, σε microseconds. Η προκαθορισµένη τιµή της µεταβλητής αυτής είναι 500 ms. CAP Max Duration Η µέγιστη χρονική διάρκεια των polls του AP προς τους εκάστοτε σταθµούς, µέσα στη περίοδο µη ανταγωνισµού. Είναι αναγκαίο να υπάρχει ένα τέτοιο όριο, καθώς σε αντίθετη περίπτωση, ενδέχεται να µην υπάρχει δυνατότητα επικοινωνίας των σταθµών µε το AP, όταν το δίκτυο λειτουργεί σε EDCA. Queue Buffer Size Το µέγεθος των ουρών (ανεξάρτητα από το είδος της ουράς) σε bytes. TS Buffers per Station Ο αριθµός των ουρών στις οποίες φτάνουν πακέτα που σύµφωνα µε τις προδιαγραφές του traffic στο οποίο ανήκουν, πρέπει να µεταδοθούν µε HCCA. Ουσιαστικά, η τιµή της µεταβλητής αυτής καθορίζει το µέγιστο αριθµό ταυτόχρονων traffic που ξεκινούν από ένα σταθµό του δικτύου. TS Buffers in AP Το ίδιο µε το προηγούµενο, µε τη διαφορά ότι αναφέρεται στο AP. Powersaving Buffers in AP Το σύνολο των ουρών που υπάρχουν στο AP, προκειµένου αυτό να αποθηκεύει προσωρινά πακέτα που προορίζονται για κάποιο σταθµό που βρίσκεται σε κατάσταση εξοικονόµησης ενέργειας. Είναι προφανές πως αν ο αριθµός των ουρών είναι µικρότερος από τους σταθµούς που βρίσκονται σε αυτή τη κατάσταση σε µια συγκεκριµένη χρονική στιγµή, κάποια πακέτα θα χαθούν. Επίσης, θα πρέπει να τονιστεί ότι οι προκαθορισµένες τιµές για τη διάρκεια των TXOP των 4 κατηγοριών δεν µπορούν να αλλαχθούν από το χρήστη και είναι οι εξής: Μέγιστη διάρκεια TXOP AC 0 AC 1 AC 2 AC 3 Απεριόριστο Απεριόριστο 3008 µs 1504 µs Παναγιώτης Ι. Τζένος 37

38 υναµική παρουσίαση πληροφοριών κατά τη διάρκεια της προσοµοίωσης Εικόνα 14: Ενηµερωτική οθόνη κατά τη διάρκεια εξέλιξης της προσοµοίωσης Κατά τη διάρκεια της προσοµοίωσης, το πρόγραµµα εµφανίζει µία οθόνη παρόµοια µε αυτή στην εικόνα. Εδώ παρέχονται διάφορες πληροφορίες για το ιδεατό δίκτυο που προσοµοιώνεται. Η κλίµακα των εικόνων για καθαρά πρακτικούς λόγους δεν µπορεί να είναι η πραγµατική. Ωστόσο, φαίνονται οι διαστάσεις του δισδιάστατου πλέγµατος, µέσα στα πλαίσια του οποίου µπορούν να κινηθούν οι σταθµοί. Μια ακόµα σηµαντική πληροφορία που παρέχεται από την οθόνη αυτή, αφορά στο ποιος σταθµός µεταδίδει ή δέχεται traffic. Συγκεκριµένα, όταν το ID του σταθµού είναι άσπρο, τότε ο σταθµός αυτός δε δραστηριοποιείται τη συγκεκριµένη χρονική Παναγιώτης Ι. Τζένος 38