PO LITE CN I C O D I BARI
I Facoltà di Ingegneria
Corso di Laurea in Ingegneria delle Telecomunicazioni
Tesi di Laurea
in
Reti di Telecomunicazioni
Ottimizzazione energetica e servizi real-time
in reti Wireless LAN
Relatore
Ing. G. Boggia
Laureando
Carmine Aloisio
Correlatore
Ing. L. A. Grieco
Anno Accademico 2004/2005
Contenuti
Introduzione alle WLAN
Supporto alla QoS in reti WLAN
Power Saving
Algoritmo proposto
Risultati sperimentali
Conclusioni
Cos’è una WLAN?
 Pregi:
 Difetti:
Mobilità
Inaffidabilità del mezzo trasmissivo
Facilità di installazione
Modesto raggio di copertura
Assenza di cablaggio
Durata delle batterie
Quality of Service (QoS)
Lo standard IEEE 802.11 garantisce solo un servizio di tipo best-effort
non adatto al trasferimento di traffici multimediali e real-time
Gruppo di lavoro IEEE 802.11e
Draft 13.0
IEEE 802.11e
Nuova funzione di coordinazione: HCF (Hybrid Coordination Function)
contention-based access, EDCA (Enhanced Distributed Coordination Access)
contention-free access, HCCA (HCF Controlled Channel Access)
Definizione dei TXOP (Transmission Opportunities):
intervallo di tempo durante il quale una stazione ha diritto a trasmettere
TXOP
Starting Time
Maximum Duration
t
EDCA
l’accesso
al canale è di tipo
probabilistico
Protocollo di
accesso al mezzo
mediante contesa
backoff
AIFS Time=3
AIFS
Data
Source
Contention
with other stations
SIFS
time
ACK
Destination
backoff
AIFS Time=10
Station with
pending data to transmit
backoff
AIFS Time=7
transmission deferred
residual backoff timer=7
HCCA
Protocollo
di tipo
centralizzato
l’accesso al mezzo è
gestito dall’HC
FBDS
Algoritmo di allocazione dinamica della banda basato sulla teoria dei
controlli automatici per sistemi tempo discreti
Schema di controllo di FBDS
Power Saving
Awake State – La STA è accesa e può comunicare con le altre STA
Doze State – La STA è spenta e non può né ricevere né inviare frame
 Lo standard 802.11 prevede che una STA possa operare in due modalità
 Active Mode:
 Power Save Mode:
PS FBDS
Superframe
Beacon
CP
CAP
HC
time
Poll
Data
ACK
PS STA
TXOP
Awake
time
Doze
Algoritmo proposto: PI-FBDS
Si propone di introdurre al posto del semplice regolatore Proporzionale,
presente in FBDS, un regolatore Proporzionale-Integrale
Gi z   Kp
Funzione di trasferimento del regolatore
Proporzionale

z 1

Gi z   Kp1 

 z  1 TI



Funzione di trasferimento del regolatore
Proporzionale-Integrale
 Permette di filtrare le componenti in alta frequenza del traffic load
Caratteristiche degli scenari simulati
 Traffici sperimentati:




Streaming video codificati in MPEG-4
Videoconferenze codificate in H.263
Trasmissioni vocali codificate in G.729 con VAD
FTP (best-effort)
 Livello fisico:
 802.11a
 54 Mbps
 Algoritmi analizzati




FBDS
PI-FBDS
PS FBDS
PS PI-FBDS
 Aspetti considerati per la valutazione degli algoritmi

Ritardo medio di consegna dei pacchetti (packet-delay)
 Consumo energetico della stazione
Valutazione delle prestazioni dell’algoritmo proposto (1)
Energia residua media a fine simulazione per i nodi con sorgenti G729
10
9
8
7
PI-FBDS 14 4
PI-FBDS 18 7
media (s)
6
PI-FBDS 22 10
FBDS
5
PS PI-FBDS 14 4
PS PI-FBDS 18 7
4
PS PI-FBDS 22 10
PS FBDS
3
2
1
0
1
2
3
4
5
6
7
Fattore di carico
8
9
10
11
12
Valutazione delle prestazioni dell’algoritmo proposto (2)
Energia residua media a fine simulazione per i nodi con sorgenti H263vbr
10
9
8
7
PI-FBDS 14 4
PI-FBDS 18 7
media (s)
6
PI-FBDS 22 10
FBDS
5
PS PI-FBDS 14 4
PS PI-FBDS 18 7
4
PS PI-FBDS 22 10
PS FBDS
3
2
1
0
1
2
3
4
5
6
7
Fattore di carico 
8
9
10
11
12
Valutazione delle prestazioni dell’algoritmo proposto (3)
Energia residua media a fine simulazione per i nodi con sorgenti MPEG4
9
8
media (s)
7
6
PI-FBDS 14 4
PI-FBDS 18 7
5
PI-FBDS 22 10
FBDS
PS PI-FBDS 14 4
PS PI-FBDS 18 7
4
PS PI-FBDS 22 10
PS FBDS
3
2
1
0
1
2
3
4
5
6
7
Fattore di carico 
8
9
10
11
12
Valutazione delle prestazioni dell’algoritmo proposto (4)
Packet-delay medio per flussi G729
0,1
0,01
media (s)
PI-FBDS 14 4
PI-FBDS 18 7
PI-FBDS 22 10
FBDS
0,001
0,0001
1
2
3
4
5
6
7
Fattore di carico 
8
9
10
11
12
Valutazione delle prestazioni dell’algoritmo proposto (5)
Packet-delay medio per flussi G729 con Power Saving
0,1
0,01
media (s)
PS PI-FBDS 14 4
PS PI-FBDS 18 7
PS PI-FBDS 22 10
PS FBDS
0,001
0,0001
1
2
3
4
5
6
7
Fattore di carico 
8
9
10
11
12
Valutazione delle prestazioni dell’algoritmo proposto (6)
Packet-delay medio per flussi H263vbr
1
0,1
media (s)
PI-FBDS 14 4
PI-FBDS 18 7
PI-FBDS 22 10
FBDS
0,01
0,001
1
2
3
4
5
6
7
Fattore di carico 
8
9
10
11
12
Valutazione delle prestazioni dell’algoritmo proposto (7)
Packet-delay medio per flussi H263vbr con Power Saving
1
0,1
media (s)
PS PI-FBDS 14 4
PS PI-FBDS 18 7
PS PI-FBDS 22 10
PS FBDS
0,01
0,001
1
2
3
4
5
6
7
Fattore di carico 
8
9
10
11
12
Valutazione delle prestazioni dell’algoritmo proposto (8)
Packet-delay medio per flussi MPEG4
10
media (s)
1
PI-FBDS 14 4
PI-FBDS 18 7
0,1
PI-FBDS 22 10
FBDS
0,01
0,001
1
2
3
4
5
6
7
Fattore di carico 
8
9
10
11
12
Valutazione delle prestazioni dell’algoritmo proposto (9)
Packet-delay medio per flussi MPEG4 con Power Saving
1
0,1
media (s)
PS PI-FBDS 14 4
PS PI-FBDS 18 7
PS PI-FBDS 22 10
PS FBDS
0,01
0,001
1
2
3
4
5
6
7
Fattore di carico 
8
9
10
11
12
Conclusioni
 L’algoritmo proposto, contrariamente alle aspettative, non comporta
grossi miglioramenti
 Ciò non significa che la strada indicata da PI-FBDS sia da abbandonare:
regolatore PI abbinato ad un meccanismo di CAC
minore possibilità che un
nuovo flusso trovi il canale
completamente occupato
aumento dei flussi
ammessi alla rete