ALGORITMOS DE ADAPTACIÓN VELOCIDAD BINARIArepositorio.cedia.org.ec/bitstream/123456789/960/10/T10... · 2016-03-22 · Rate Adaptation ( RA ) Simulación de Protocolos de Enrutamiento

SIMULACIÓN DE PROTOCOLOS DE ENRUTAMIENTOPARA REDES MÓVILES AD-HOC MEDIANTE

HERRRAMIENTA DE SIMULACIÓN NS-3

ALGORITMOS DE ADAPTACIÓNVELOCIDAD BINARIA

Contenidos

1. Auto Rate Fallback (ARF)

2. Adaptive Auto Rate Fallback (AARF)

3. Adaptive Auto Rate Fall back with Collision Detection (AARF-CD)

4. Collision-Aware Rate Adaptation (CARA)

5. Robust Rate Adaptation Algorithm (RRAA)

Simulación de Protocolos de Enrutamiento para MANET con ns-3

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5. Robust Rate Adaptation Algorithm (RRAA)

Todos los algoritmos son conformes a las normas IEEE 802.11

Rate Adaptation (RA)

• Diferentes tasas especificadas en las normaso 802.11b: 1, 2, 5.5, 11 Mbpso 802.11a: 6, 9, 12, 18, 24, 36, 48, 54 Mbps o 802.11g: 12 regímenes binarios (11a+11b)


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Auto Rate Fallback (ARF)

• Algoritmo de optimización de la velocidad binaria para sistemas LAN 802.11

• Cada transmisor aumenta su tasa después de un número mínimo de transmisiones con éxito a una cierta velocidad

• Después de un número fijo de transmisiones erróneas consecutivas, se disminuye la tasa binaria a un valor menor anteriormente usado


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menor anteriormente usado• Ejemplo de implementación (ARF primitivo):

• Cuando ocurren dos errores de transmisión consecutivos, se disminuye la tasa binaria y se pone en marcha un temporizador

• Si se producen 10 transmisiones correctas (ack) o expira el temporizador, se aumenta la tasa binaria y se reinicia el temporizador

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• Ejemplo (continuación):• Cuando se incrementa la tasa, si la primera

transmisión (probing tx) no es correcta, inmediatamente se disminuye la tasa binaria y se reinicia el temporizador

� El esquema adolece principalmente de dos defectos:• Si las condiciones del canal varían muy rápidamente, el

sistema no llega a adaptarse nunca


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sistema no llega a adaptarse nuncao Las interferencias producidas por paquetes transmitidos por otros

transmisores 802.11 se limitan al intervalo de un solo paqueteo La tasa no se decrementa hasta que se producen 2 errores o no se

incrementa hasta experimentar 10 transmisiones correctas� no se adapta a los cambios a nivel intrapaquete

• Si las condiciones del canal son estáticas, tratará de aumentar la tasa cada 10 transmisiones correctas, teniendo que decrementarla de nuevo cuando la probing tx resulte errónea, con la consiguiente pérdida de throughput de la aplicación

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Adaptive Auto Rate Fallback (AARF)

• Lo habitual es que las condiciones del canal sean estáticas• Ejemplo: usuarios de laptops que se sitúan en un determinado

lugar de una oficina y no se desplazan mientras lo utilizan

• En esos casos, ARF no es óptimo (siempre trata de aumentar la tasa después de Nup transmisiones con éxito, provocando fallos y las consiguientes retransmisiones)


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retransmisiones)

• AARF se basa en la modificación del valor de Nup de forma dinámica, teniendo en cuenta la historia de las condiciones del canal


• Ejemplo de implementación de AARF

• Si el probing falla, se decrementa la tasa (igual que en ARF) y se multiplica por 2 (con un límite máximo de 50) el número de transmisiones consecutivas con éxito necesarias para incrementar la tasa, Nup

• Cuando se decrementa la tasa por dos paquetes fallidos consecutivos, se restablece el valor primitivo de Nup (número de paquetes consecutivos con éxito necesarios para incrementar la tasa)


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incrementar la tasa)

� Con esta estrategia se aumenta el período entre intentos fallidos de incrementar la tasa (menor número de retransmisiones, mejor throughput)


0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200 2101

2

3

4

Iteración

Mod

o de

tran

smis

ión

ARF


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0 10 20 30 50 90 1701

2

3

4

Iteración

Mod

o de

tran

smis

ión

AARF



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Adaptive Auto Rate Fallback with Collision Detection (AARF-CD)

• Mecanismo RTS/CTSo se pone en funcionamiento:

• cuando se produce error no estando activado RTS• después de incrementar la tasa

o se detiene:• después de recibir un cierto número de tramas sin

error• después de decrementar la tasa


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• después de decrementar la tasa

• El número de tramas correctas consecutivas necesarias para incrementar la tasa es adaptativo (AARF)

Adaptive Auto Rate Fallback with Collision Detection (AARF-CD)


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Collision-Aware Rate Adaptation (CARA)

• ARF no tiene en cuenta las colisiones que se producen en entorno multi-usuario (con estaciones escondidas), y decrementa la tasa cuando se producen los fallos de transmisión debidos a dichas colisiones

• Distinción entre errores debidos a colisiones y debidos a pérdidas de propagación para tomar la decisión correcta de adaptación de tasa de transmisión


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•Cuando se producen errores por colisión, el decremento de la tasa de transmisión puede ser menos agresivo que en el caso de errores de canal

•Si se producen colisiones, el decremento de la tasa de transmisión producirá aún más colisiones (mayores tiempos de transmisión � mayor probabilidad de colisionar con estaciones escondidas)

� es necesario distinguir entre fallos por colisiones y fallos por el canal


• Uso del mecanismo RTS/CTS (Request To Send/Clear To Send) y de la funcionalidad CCA (Clear ChannelAssessment), incluidos en el estándar IEEE 802.11

• RTS/CTS: acorta el intervalo vulnerable a la colisión, pero sólo se utiliza para tramas con gran longitud

� uso muy marginal en redes inalámbricas


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• IEEE 802.11e, 802.11g: se contempla el empleo de las tramas RTS/CTS, y la consiguiente reserva de un intervalo de transmisión en el canal, aunque el tamaño del mensaje a transmitir no supere el umbral (incluyendo el envío de una trama CTS con dirección igual a la del transmisor, para compatibilidad hacia atrás de la norma)

• CCA: si se detecta un nivel de energía por encima de un cierto umbral, se concluye que el canal está ocupado


� RTS Probing:• La probabilidad de error por pérdidas de propagación del

canal en la transmisión de una trama RTS es despreciable (pequeña longitud, tasa robusta)� los errores en las tramas RTS siempre se deben a

colisiones• Los errores de datos posteriores a la transmisión de

RTS/CTS tienen necesariamente que deberse al canal de propagación, y nunca a colisiones


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propagación, y nunca a colisiones• Aplicando seguidamente ARF, todos los decrementos de

tasa se deberán a errores de propagación, y no habrá decrementos innecesarios debidos a colisiones

• El envío de tramas RTS/CTS consume ancho de banda y recursos en la red (habitualmente deshabilitado en las redes)� Puede limitarse su uso únicamente a los casos en que se

produzcan pérdidas de paquetes


� CARA utiliza el mecanismo CCA para que el transmisor pueda detecta la colisión de su propia trama con otras tramas transmitidas

• Se usa como mecanismo suplementario a RTS Probing• Se trata de estimar el nivel de ocupación del canal• Cuando el paquete transmitido es muy largo, no se

puede detectar la energía de otra trama más corta transmitida simultáneamente por otra estación


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transmitida simultáneamente por otra estación� Cuando CCA falla, se activa RTS Probing

• No funciona cuando existen estaciones escondidas



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Robust Rate Adaptation Algorithm (RRAA)

� ARF, AARF y CARA no pueden adaptarse a todos los cambios del canal (SNR muy cambiante)

� RRAA (Robust Rate Adaptation Algorithm) se basa en dos principios:oObtención de estadísticas a corto plazo (ventana temporal deslizante)


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temporal deslizante)oUso adaptativo de tramas RTS

• Sólo cuando sea necesario (colisiones), evitando el overhead resultante en la medida de lo posible

• Filtrar o distinguir los fallos debidos a colisiones de los debidos al canal


• Obtención de estadísticas a corto plazo (ventana temporal deslizante)o Aprovechar los tiempos de coherencia del canalo Promediado de las pérdidas durante la ventanao Pérdidas de propagación > PMTL � reducir la tasao Pérdidas de propagación > PORI � incrementar la tasao Cualquier otro caso � mantener la misma tasa

•


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• Los umbrales PMTL y PORI deben diseñarse para que el throughput efectivo resultante después de cambiar la tasa permanezca invarianteo Ejemplo: mismos bps efectivos a 11 Mbps (con errores)

que a 5.5 Mbps (sin errores)

• Si se recibe una trama con error, se calculan las pérdidas promediadas sin esperar a que termine la ventana (suponiendo las tramas que restan sin error)


Ventajas RRAA:• Robusto frente a los cambios aleatorios del canal• No reduce la tasa tanto como ARF en presencia de

estaciones escondidas• Buena respuesta a la movilidad (dependiendo de la

longitud de la ventana de estimación)• Para su aplicación no requiere que se produzcan

patrones deterministas de tramas erróneas/correctas


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patrones deterministas de tramas erróneas/correctas


Inconvenientes de RRAA:• La decisión del tamaño de la ventana de estimación es

complejao Ventanas muy largas no proporcionan adaptación al canalo Ventanas muy cortas dan lugar a decisiones erróneas sobre

la tasa de transmisión

• Las estaciones poco activas tardan mucho en completar el número de paquetes de la ventana de estimación � la


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el número de paquetes de la ventana de estimación � la estimación se torna obsoleta

• Es necesario modificar el número de paquetes de la ventana en función de la tasa (tiempo de transmisión)

• Los sistemas 802.11a no implementan RTS• No funciona bien cuando hay muchas estaciones (se

suele desactivar la adaptación de tasa)



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