Ένα µοντέλο Ισοδύναµης Χωρητικότητας για IEEE Ασύρµατα Δίκτυα. Εµµανουήλ Καφετζάκης

Transcript

1 Ένα µοντέλο Ισοδύναµης Χωρητικότητας για IEEE Ασύρµατα Δίκτυα. Εµµανουήλ Καφετζάκης

2 Το κίνητρο µας-συνεισφορά Η ασύρµατη δικτύωση λαµβάνει ευρείας αποδοχής. Το πρότυπο IEEE είναι το κυρίαρχο πρωτόκολλο για WLANs. Σήµερα, όλο και περισσότερες εφαρµογές απαιτούν αναβαθµισµένη QoS. Για πρώτη φορά, είµαστε ικανοί να προβλέψουµε πιθανότητες ουράς (tail probabilities). O ρυθµός φθίσης της πιθανότητας υπερχείλισης ενός ταµιευτήρα ή της παραβίασης ενός χρονικού ορίου µετάδοσης βοηθάει στην παροχή στοχαστικών QoS εγγυήσεων.

3 Δοµή Παρουσίασης Σύνοψη της θεωρίας Ισοδύναµου Εύρους Ζώνης & Ισοδύναµης Χωρητικότητας. Μοντέλο αποτίµησης επίδοσης ΙΕΕΕ WLAN, βασισµένο στη θεωρία της Ισοδύναµης Χωρητικότητας. Επαλήθευση µοντέλου και αξιολόγηση επίδοσης του ΙΕΕΕ προτύπου. Μελλοντική έρευνα.

4 Ισοδ. Εύρος Ζώνης, Ισοδ.Χωρητικότητα: Σύνοψη (Ι) Συνάρτηση Ισοδ. Εύρους Ζώνης: Συνάρτηση Ισοδ. Χωρητικότητας: V(t): δεδοµένα παραγόµενα από µια πηγή στο (0,t]. Αν η ουρά έχει σταθερό ρυθµό εξυπηρέτησης C, C(t): δεδοµένα που δύναται να εξυπηρετηθούν στο (0,t]. Αν εισερχόµενη κίνηση α i (θ), Για να ισχύει πρέπει. Για να ισχύει πρέπει.

5 Ισοδ. Εύρος Ζώνης, Ισοδ.Χωρητικότητα: Σύνοψη (ΙΙ) Πιθανότητες ουράς είναι επίσης δυνατόν να εκτιµηθούν/ επιβληθούν για την καθυστέρηση µετάδοσης. Η καθυστέρηση µετάδοσης D περιλαµβάνει την καθυστέρηση στην ουρά του τερµατικού και την καθυστέρηση πρόσβασης στο ασύρµατο µέσο. όπου:.

6 Ισοδ. Χωρητικότητα IEEE WLAN (I) Χρονοσχισµή µοντέλου: ο απαιτούµενος χρόνος για την µείωση κατά ένα του µετρητή οπισθοχώρησης, ενός µη εκπέµποντος τερµατικού. Ανάλυση κόρου: και.

7 Ισοδ. Χωρητικότητα IEEE WLAN (II) Κατά τον υπολογισµό της Ισοδ. Χωρητικότητας ενός ΙΕΕΕ τερµατικού, υποθέτουµε ότι όλα τα υπόλοιπα τερµατικά είναι κορεσµένα και το προαναφερόµενο τερµατικό έχει υψηλό φόρτο. Ασφαλής προσέγγιση (δηλ. συντηρητική ). Η Ισοδ. Χωρητικότητα ενός τερµατικού µπορεί να υπολογιστεί χωρίς να λαµβάνονται υπ όψη τα χαρακτηριστικά της εισερχόµενης κίνησης. Πολύ ακριβής προσέγγιση σε ένα περιβάλλον υψηλού φόρτου (όταν οι αποφάσεις ελέγχου κίνησης είναι πιο σηµαντικές).

8 Ισοδ. Χωρητικότητα IEEE WLAN (IΙΙ) Μοντελοποιούµε το IEEE MAC επίπεδο ως ένα 4-καταστάσεων Semi-Markov µοντέλο: 1 1 State 1: Διαδικασία οπισθοχώρησης, όταν ο µετρητής οπισθοχώρησης δεν είναι µηδενικός. 1 Bo 2 1 State 2: Overhead χρόνος πριν και µετά τη µετάδοση. 3 State 3: Μετάδοση (ενεργή) περίοδος. 4 1-Bo State 4: Κενή χρονοσχισµή για την αρχική µείωση του παραθύρου οπισθοχώρησης.

9 Ισοδ. Χωρητικότητα IEEE WLAN (IV) Κατανοµή χρόνων παραµονής σε κάθε κατάσταση: Bo Bo όπου:

10 Ισοδ. Χωρητικότητα IEEE WLAN (V) Το µοντέλο είναι ισοδύναµο, σε όρους Ισοδ. Χωρητικότητας, µε ένα µοντέλο On/Off εξυπηρετητή µε:

11 Ισοδ. Χωρητικότητα IEEE WLAN (VI) Χρησιµοποιώντας την Οn/Off εναλλακτική αναπαράσταση, η συνάρτηση Ισοδ. Χωρητικότητας: u ο (θ) λύση της. Ο µηχανισµός ελέγχου κίνησης δεν χρειάζεται να λύσει τη προηγούµενη εξίσωση. Ελέγχει µόνο αν ικανοποιείται, όπου.

12 Επαλήθευση Μοντέλου (I) Επαλήθευση του θεωρητικού µοντέλου µε χρήση του προσοµοιωτή ns-2.

13 Επαλήθευση Μοντέλου (IΙ) Έµµεση µέτρηση: σχέση µεταξύ εισερχόµενης κίνησης ( ), χωρητικότητας του εξυπηρετητή ( ), πιθανότητας ουράς υπερχείλισης ενός ταµιευτήρα. Inputs: εισερχόµενη κίνηση ( ), κατώφλι ταµιευτήρα. steady state οπότε

14 Αξιολόγηση Επίδοσης (I) Το µη κορεσµένο τερµατικό φορτίζεται µε 96.35% της ρυθµαπόδοσης κόρου (79.84 kbps).

15 Αξιολόγηση Επίδοσης (IΙ) Το µη κορεσµένο τερµατικό φορτίζεται µε 95.98% της ρυθµαπόδοσης κόρου (31.51 kbps).

16 Αξιολόγηση Επίδοσης (IΙI) Εκτίµηση αριθµού τερµατικών. Υψηλό φόρτο: Χαµηλό φόρτο: Μη ικανοποιητική εκτίµηση.

17 Αξιολόγηση Επίδοσης (ΙV) Τα µη κορεσµένα τερµατικά φορτίζονται οµοιόµορφα µε 97.75% ρυθµαπόδοσης κόρου (81 kbps).

18 Αξιολόγηση Επίδοσης (V) Το µη κορεσµένο τερµατικό φορτίζεται µε Poisson κίνηση, 96.35% της ρυθµαπόδοσης κόρου (79.84 kbps).

19 Αξιολόγηση Επίδοσης (VΙ) Το µη κορεσµένο τερµατικό φορτίζεται µε cbr κίνηση, 96.35% της ρυθµαπόδοσης κόρου (79.84 kbps).

20 Συµπεράσµατα-Μελλοντική Έρευνα Είναι δυνατόν να υπολογιστούν πιθανότητες ουράς (tail prob.) σε IEEE WLANs και να κατασκευαστούν απλοί µηχανισµοί ελέγχου κίνησης για την ικανοποίηση σχετικών QoS απαιτήσεων. Θα διερευνηθεί ένας AC µηχανισµός, ο οποίος θα χρησιµοποιεί την έννοια της Ισοδ. Χωρητικότητας. Το µοντέλο εφαρµόζεται στην DCF (ad-hoc mode) αλλά µπορεί να τροποποιηθεί για περιβάλλοντα όπου υπάρχουν Access Points (Infrastructure mode).

21 Ερωτήσεις ;

22 Αναφορές (I) G. Bianchi, Performance Analysis of the IEEE Distributed Coordination function, IEEE Journal on Selected Areas in Communications, vol. 18, no.3, pp , G. Bianchi and I. Tinnirello, Remarks on IEEE DCF Performance Analysis, IEEE Communications Letters, vol. 9, no. 8, August F. Kelly, Notes on effective bandwidths, in F. P. Kelly, S. Zachary, and I. Zeidins, editors, Stochastic Networks: Theory and Applications, Oxford University Press, C. Chang and T. Zajic, Effective bandwidths of departure processes from queues with time varying capacities, in Proc. IEEE INFOCOM, 1995, pp C. Chang and J. Thomas, Effective Bandwidth in High-Speed Digital Networks, IEEE Journal on Selected Areas in Communications, vol. 13, no.6, pp , August D. Wu and R. Negi, Effective Capacity: A Wireless Link Model for Support of Quality of Service, IEEE Trans. Wireless Commun., vol.2, no.4, pp , July X. Zhang, J. Tang, H. Chen, S. Ci, and M. Guizani, Cross-Layer-Based Modelling for Quality of Service Guarantees in Mobile Wireless Networks, IEEE Communications Magazine, vol. 44, no.1, pp , January 2006.

23 Αναφορές (ΙΙ) K. Kontovasilis and N. Mitrou, Effective bandwidths for a class of non Markovian fluid sources., in Proc. ACM SIGCOMM Computer Communication Review, 1997, pp W. Whitt, Tail probabilities with statistical multiplexing and effective bandwidths in multi-class queues., Telecommunication Systems, vol.2, no. 1, pp , December 2003.