Adaptive Auto Rate Fallback (AARF)

SIMULACIÓN DE PROTOCOLOS DE ENRUTAMIENTO
PARA REDES MÓVILES AD-HOC MEDIANTE
HERRRAMIENTA DE SIMULACIÓN NS-3
ALGORITMOS DE ADAPTACIÓN
VELOCIDAD 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)
Todos los algoritmos son conformes a las normas IEEE 802.11
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Rate Adaptation (RA)
• Diferentes tasas especificadas en las normas
o
o
o
802.11b: 1, 2, 5.5, 11 Mbps
802.11a: 6, 9, 12, 18, 24, 36, 48, 54 Mbps
802.11g: 12 regímenes binarios (11a+11b)
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Rate Adaptation (RA)
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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
• 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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Auto Rate Fallback (ARF)
• 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
o
o
Las interferencias producidas por paquetes transmitidos por otros
transmisores 802.11 se limitan al intervalo de un solo paquete
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)
• AARF se basa en la modificación del valor de Nup de
forma dinámica, teniendo en cuenta la historia de las
condiciones del canal
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Adaptive Auto Rate Fallback (AARF)
• 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)
Con esta estrategia se aumenta el período entre
intentos fallidos de incrementar la tasa (menor
número de retransmisiones, mejor throughput)
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Adaptive Auto Rate Fallback (AARF)
Modo de transmisión
4
3
ARF
2
1
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200 210
Iteración
Modo de transmisión
4
3
2
AARF
1
0
10
20
30
50
90
170
Iteración
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Adaptive Auto Rate Fallback with Collision Detection (AARF-CD)
• Mecanismo RTS/CTS
o
o
se pone en funcionamiento:
• cuando se produce error no estando activado RTS
• después de incrementar la tasa
se detiene:
• después de recibir un cierto número de tramas sin
error
• después de decrementar la tasa
• El número de tramas correctas consecutivas
necesarias para incrementar la tasa es
adaptativo (AARF)
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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
• 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
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Collision-Aware Rate Adaptation (CARA)
• Uso del mecanismo RTS/CTS (Request To Send/Clear
To Send) y de la funcionalidad CCA (Clear Channel
Assessment), 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
• 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
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Collision-Aware Rate Adaptation (CARA)
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
• 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
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Collision-Aware Rate Adaptation (CARA)
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
Cuando CCA falla, se activa RTS Probing
• No funciona cuando existen estaciones escondidas
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Collision-Aware Rate Adaptation (CARA)
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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:
o Obtención de estadísticas a corto plazo (ventana
temporal deslizante)
o Uso 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
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Robust Rate Adaptation Algorithm (RRAA)
• Obtención de estadísticas a corto plazo (ventana
temporal deslizante)
o
o
o
o
o
Aprovechar los tiempos de coherencia del canal
Promediado de las pérdidas durante la ventana
reducir la tasa
Pérdidas de propagación > PMTL
Pérdidas de propagación > PORI
incrementar la tasa
Cualquier otro caso
mantener la misma tasa
• Los umbrales PMTL y PORI deben diseñarse para que el
throughput efectivo resultante después de cambiar la
tasa permanezca invariante
o
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)
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Robust Rate Adaptation Algorithm (RRAA)
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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Robust Rate Adaptation Algorithm (RRAA)
Inconvenientes de RRAA:
• La decisión del tamaño de la ventana de estimación es
compleja
o
o
Ventanas muy largas no proporcionan adaptación al canal
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
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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