Como trabalhos relacionados ao tema em questão, podem ser citados alguns de fun- damentação teórica e prática. Embora existam outros trabalhos relacionados, os aqui apresentados foram considerados mais relevantes para o desenvolvimento deste traba- lho.
Como referência teórica, o trabalho de PAVÓN & SHANKAR (2004) foi a base para o desenvolvimento desta proposta, pois os autores avaliam, através de simulação, com o auxílio do simulador OPNET, o desempenho do throughput dos mecanismos de acesso ao meio do padrão IEEE 802.11e e comparam com os mecanismos do padrão IEEE 802.11 (legacy). Além disso, apresentam detalhes do funcionamento do escalonador de referên- cia do HCCA e avaliam o efeito de uma conexão problemática na rede. Com base na simulação, os autores concluíram que o desempenho do HCCA não se degrada com o aumento do número de estações, ao contrário do DCF e EDCA, e que com a introdução das TXOPs o problema da redução do throughput é amenizado.
Em termos de trabalhos práticos, o trabalho desenvolvido por CICCONETTI et al. (2005a) apresenta a implementação do protocolo HCCA no simulador NS-2. A imple- mentação do protocolo HCCA realizada pelos autores consiste em três módulos, sendo um classificador que é utilizado para identificar o tipo de tráfego que chega às estações, um escalonador que é utilizado, tanto nos pontos de acesso quanto nas estações, para gerenciar os pacotes HCCA de acordo com os parâmetros definidos, e por último um mó- dulo MAC modificado, que estende o suporte da camada MAC do padrão 802.11 para interpretar novos quadros, como QoS Data, QoS CF_Poll, QoS Ack, entre outros. Embora possua algumas inconsistências, este trabalho é considerado como base para a simula- ção do HCCA no simulador NS-2.
Seguindo na mesma linha, o trabalho de DEMARCH (2007) apresenta aprimoramen- tos e correções à implementação proposta por CICCONETTI et al. (2005a). Além das correções, traz ainda a definição de novas funcionalidades, como os de configuração de parâmetros das estações e pontos de acesso, comandos de especificação de tráfego e o suporte (parcial) ao protocolo EDCA para o período de contenção. Além disso, o autor
3.4. TRABALHOS RELACIONADOS 39
apresenta técnicas de escalonamento adaptável ao tipo de tráfego bem como algoritmos de retransmissão do tráfego perdido.
AFONSO (2004) propõe soluções para otimizar a transmissão de tráfego de tempo real. O autor desenvolveu e implementou um modelo de simulação para o padrão IEEE 802.11, onde no qual propõe algoritmos de escalonamento de tráfego e de retransmissão para garantir serviço de QoS ao mecanismo PCF.
O trabalho de TRSEK et al. (2006) avalia e compara o desempenho dos mecanismos de acesso ao meio EDCA e HCCA em ambientes industriais através de simulação com o auxílio do simulador OPNET. De acordo com os resultados, o autor afirma que o HCCA é superior ao EDCA em cenários em que há um grande número de estações de tempo real, devido aos fluxos de tráfego pré-determinados e ao maior determinismo do mecanismo de interrogação. Por outro lado, o EDCA pode ser melhor aplicado e mais eficiente em cenários com um pequeno número de estações.
NI (2005) apresenta uma avaliação do desempenho dos mecanismos de QoS do pa- drão IEEE 802.11e, EDCA e HCCA, através de simulação com o auxílio do simulador NS-2. O autor aborda as limitações de QoS do padrão IEEE 802.11 (legacy) e apresenta detalhes do padrão IEEE 802.11e. Além disso, através de simulação, são destacadas algumas conclusões importantes sobre os mecanismos EDCA e HCCA:
• Apesar do EDCA ser capaz de prover um serviço eficiente de diferenciação de trá-
fego, as janelas de contenção padrão são muito pequenas para um grande número de usuários. Desta forma, o autor sugere que uma adaptação dos parâmetros de
backoff pode ser útil para condições variadas do canal.
• O escalonador de referência do HCCA possui bom desempenho quando o tráfego
possui taxas constantes de transmissão - CBR (Constant Bit Rate), entretanto, no caso de taxas variáveis de transmissão - VBR (Variable Bit Rate), são necessários algoritmos de escalonamento adaptativo.
Assim o autor propõe modificações no escalonamento do tráfego para os mecanismos de QoS do padrão IEEE 802.11e. No caso do HCCA, o escalonador estima o tamanho da fila e a adapta em função do tamanho do fluxo de tráfego corrente. No caso do EDCA, a janela de contenção é adaptada de acordo com o número de colisões que ocorreram anteriormente.
O trabalho de HANLEY (2005) detalha um modelo de simulação baseado no estudo de desempenho do padrão IEEE 802.11e/EDCA, sobre a camada física do padrão IEEE 802.11g. O estudo realizado está focado em determinar o número máximo de chama- das VoIP (Voz sobre IP) suportadas pelo padrão utilizando as técnicas de modulação DSSS-OFDM e ERP-OFDM (Extended Rate PHY - OFDM) [IEEE, 2007]. Através de si- mulação do modelo implementado no NS-2, o autor constatou que a técnica DSSS-OFDM introduz um overhead elevado, suportando até 13 chamadas VoIP, e que há uma grande disparidade entre o desempenho do tráfego nos sentidos uplink e downlink. Além disso, constatou que a técnica ERP-OFDM provê maior capacidade de chamadas VoIP, até 42, mas em contrapartida a taxa de perda e o atraso crescem prejudicando a comunicação e o serviço de QoS. Desta forma, o autor propõe um esquema que adapta dinamicamente a janela de contenção baseada na taxa de retransmissão do sistema. Além disso, há a
presença de um mecanismo adaptativo para as TXOPs que equilibra o tráfego enviado no sentido uplink e/ou downlink, capaz de garantir níveis aceitáveis de QoS para melhorar a capacidade de comunicação do sistema.
Por fim, o trabalho de ORTIZ et al. (2008) apresenta a combinação de um escalonador de tráfego criado para o HCCA com um algoritmo de alocação de recursos. A idéia geral é priorizar recursos da rede para determinadas áreas (ou territórios) em que os requisitos de QoS são mais necessários. O desempenho do sistema foi avaliado através de simulação com o auxílio do NS-2, comparando com o escalonador de referência do HCCA. Segundo o autor, esta técnica garante baixa utilização da banda, atraso e latência da rede.
Capítulo 4
Avaliação dos Resultados de Simulação
O objetivo deste capítulo é apresentar a avaliação dos algoritmos de retransmissão de tráfego propostos. Os resultados da avaliação foram obtidos através de simulação com o uso do simulador HCCASimu. Os parâmetros de simulação utilizados foram os valores padrão da camada física IEEE 802.11b (ver Tabela 2.3) e camada de acesso ao meio IEEE 802.11e com o uso do mecanismo HCCA. Assim, este capítulo está organizado em três seções, onde os cenários e os demais parâmetros de simulação são apresentados na Seção 4.1. Na Seção 4.2 é apresentado o modelo de erro utilizado, bem como a validação do mesmo. Os atributos avaliados e os resultados de simulação estão apresentados na Seção 4.3. E, por fim, na Seção 4.4 são apresentadas as conclusões preliminares referentes ao desempenho dos algoritmos propostos com base nos resultados obtidos.
4.1
Cenários e Padrões de Simulação
Foram criados dois cenários de simulação para que os algoritmos de retransmissão pudessem ser avaliados em diferentes situações. Ambos os cenários tratam-se de uma abstração de um ambiente industrial, no qual há a presença de sensores, monitores, controladores e atuadores.
No primeiro cenário, apresentado na Figura 4.1(I), há a presença de 32 estações, com- preendidas em sensores e monitores, realizando a comunicação com o ponto de acesso somente no sentido uplink. Nesta situação, o ponto de acesso interroga as estações para a obtenção dos dados lidos pelos sensores e monitores e as envia para um servidor ao qual está conectado via cabos. Este é um cenário tipicamente de monitoramento do ambiente, onde pode ser aplicado na medição de pressão, temperatura, etc.
No segundo cenário, apresentado na Figura 4.1(II), também há a presença de 32 estações, mas compreendidas em sensores, monitores e um controlador, realizando a comunicação com o ponto de acesso nos sentidos uplink e downlink. Nesta situação, o ponto de acesso interroga as estações para a obtenção dos dados lidos pelos sensores e monitores (uplink) e as envia para o servidor. Dependendo da aplicação, o servidor pode solicitar uma ação, com base nas informações lidas nos sensores, onde o ponto de acesso a enviará ao controlador (downlink), que controlará um atuador. Este cenário também pode ser utilizado em monitoramento, mas com a possibilidade de alterar as variáveis do ambiente através do envio de informações ao controlador.
(I) Cenário com 32 estações, compreendi- das em sensores e monitores, realizando tráfego uplink com o ponto de acesso.
(II) Cenário com 32 estações, compreendidas em sensores, monitores e um controlador, reali- zando tráfego uplink e downlink com o ponto de acesso.
Figura 4.1: Cenários de simulação utilizados.
As simulações realizadas englobam três abordagens. A primeira envolve a simulação com o escalonador padrão de referência do HCCA, sem o auxílio de retransmissões. A segunda envolve a simulação das retransmissões imediata e enfileirada (esta última somente é utilizada no Cenário I)11 com o auxílio do escalonador padrão. E a terceira envolve o uso de ambas as retransmissões com o auxílio do escalonador inteligente com tolerância máxima de dois pacotes consecutivamente descartados por estação. O intuito destas abordagens é comparar o comportamento da rede ao utilizar os algoritmos de retransmissão, avaliando os atributos de atraso, jitter, throughput, entre outros (ver Seção 4.3).
Os parâmetros padrão utilizados nas simulações são apresentados na Tabela 4.1. Entretanto, com o intuito de analisar diferentes situações, alguns dos parâmetros são modificados em algumas simulações, tais como o número de estações de tempo real variando de 2 a 32, as taxas de perda de pacotes de 2 a 20% e o tamanho dos pacotes de 40 a 1120 bytes (neste caso o Mean Data Rate varia proporcionalmente para manter o envio de cinco pacotes por estação e o SI foi alterado para 1.0 µs para que todas as TXOPs pudessem ser alocadas, reduzindo o número de rounds para 10.000). Optou-se por não apresentar os resultados da variação da taxa de chegada na fila, uma vez que os mesmos não foram expressivos devido ao comportamento padrão do HCCA, onde com a fila vazia ainda são enviados pacotes (nulos), se equiparando a uma fila cheia.
Tabela 4.1: Parâmetros gerais de simulação.
Parâmetro Valor Parâmetro Valor
Tempo de Simulação 10.000 s Número de Pacotes 5 por estação Número de Rounds 20.000 Poll Overhead 492µs Número de Estações 32 Atraso de Propagação 2µs
Tamanho do Pacote 200 bytes Taxa de Perda de Pacotes 20%
Service Interval 0.5 s Taxa de Chegada na Fila 100%
Mean Data Rate 16.000 bit/s Surplus Bandwidth 0 Mbit/s