Autores: - Daniel Aguayo, John Bicket, Sanjit Biswas, Robert Morris - MIT
- Glenn Judd - Carnegie Mello University
Link-level Measurements from an 802.11b
Mesh Network
Aluno: Marlon Paolo Lima
Disciplina: Sistemas em Redes
Roofnet: rede mesh 802.11b experimental, implantada pelo MIT;
38 nós, em modo Ad-hoc IBSS,
cobrindo uma área de 6 km
2;
Antenas omni-direcionais - 8 dBi;
Roofnet
2
INTRODUÇÃO
Apresentação do Problema
Perdas de pacotes tornam o planejamento de uma rede difícil;
O artigo explora as seguintes razões para estas perdas;
Efeito da distância
Interferências causadas por rajadas
Efeito da relação sinal-ruído (SNR)
Efeito da taxa de transmissão
Interferência de outras fontes 802.11
Interferência multi-path
Objetivo: investigar aspectos relevantes das perdas de pacotes
para o design de futuros protocolos de roteamento e MAC.
3
O PROBLEMA
Planejamento Experimental
Metodologia do experimento:
Todos notebooks utilizam mesmas placas de rede;
Nós enviam pacotes (broadcast), e os demais “ouvem”;
Não há outro tráfego na Roofnet;
Sem ACKs, retransmissões ou RTS/CTS;
Sem sensoriamento da portadora;
Nó transmite por 90 segundos, variando velocidade (1 a 11 Mpbs).
Probabilidade de Entrega
Node Pair
Broa
dcast
Packet
Lo
ss
rate
s
> 2/3 dos of links
Prob. Entrega - < 90%
DISTRIBUIÇÃO DA PROBABILIDADE DE ENTREGA DOS PACOTES
Efeitos da distância
Existe correlação com a distância, mas nem sempre é consistente.
DISTRIBUIÇÃO ESPACIAL X TAXAS DE PERDA
Probabilidade de entrega (em segundos) de 2 links com 50% perda.
O gráfico superior é consistente com a interferência em rajadas.
O gráfico inferior não é.
Perda em rajadas em 2 links diferentes
avg: 0.5
stddev: 0.28
avg: 0.5
stddev: 0.03
Del
ivery
proba
bil
ity
Time (seconds)
Na maioria dos links não ocorre rajadas
Desvio de Allan da taxa de perda, no intervalo de 1 segundo
Cumu
lative
fraction
of
node pairs
RAJADAS DE INTERFERÊNCIA X TAXA DE PERDA
Poucos links (direita) apresentam diferenças significativas na taxa de
perda de um segundo para o outro.
Prob. Entrega x SNR - Simulado
RELAÇÃO SINAL-RUÍDO X TAXAS DE PERDA
Signal-to-noise ratio (dB)
Broadcast
packet
deli
very
proba
bil
ity
Laboratory
Prob. Entrega x SNR - Roofnet
SNR não é o único fator determinante na probabilidade de entrega
RELAÇÃO SINAL-RUÍDO X TAXAS DE PERDA
Signal-to-noise ratio (dB)
Broadcast
packet
deli
very
proba
bil
ity
Roofnet
Laboratory
Efeitos da taxa de transmissão
Os pares foram ordenados pela velocidade de 11 Mbps
VELOCIDADE DE TRANSMISSÃO X TAXAS DE PERDA
De
live
ry
A
B
INTERFERÊNCIA DE OUTROS EQUIPAMENTOS X TAXAS DE PERDA
Interferência de outros equipamentos
Pacotes podem ser perdidos devido à interferência de outros APs
operando no mesmo canal (ou em canais sobrepostos)
INTERFERÊNCIA DE OUTROS EQUIPAMENTOS X TAXAS DE PERDA
Interferência de outros equipamentos
Pacotes não são da Roofnet, e foram
coletados antes dos experimentos.
Não há correlação entre o tráfego externo e a perda de pacotes
Lo
st pa
ck
ets/second
Foreign packets/second
1 Mbps
A reflexão é uma cópia atrasada e atenuada do sinal.
Grande ambiente urbano, o atraso muitas vezes >= 1 μseg.
Interferência multipath é uma das principais causas de perdas de
pacotes.
A
B
INTERFERÊNCIA MULTIPATH X TAXAS DE PERDA
Sender
Receiver
delay
attenuation
INTERFERÊNCIA MULTIPATH X TAXAS DE PERDA
Efeito multipath
Emulador de canais para investigar o efeito multipath
Sinal atrasado e atenuado é misturado ao original antes de enviar;
200 pacotes transmitidos em 1, 2, 5.5, 11 Mbps ;
INTERFERÊNCIA MULTIPATH X TAXAS DE PERDA
Efeito multipath
Placa de rede suprime
sinais refletidos com
atrasos de até 250 ns.
O sinal atrasado faz
com que o receptor
não possa distinguir
dos sinais diretos.
Link distance (feet or nanoseconds)
Cumul ati ve fra ct io n of lin ks
Razoável esperar atrasos > 500 ns
Trabalhos Relacionados
Kotz [4] et al. examinam algumas regras para propagação em redes 802.11.
Resultados diferentes Roofnet não usa APs, na qual clientes estão próximos.
[2],[5],[8] investigaram sistemas de roteamento multi-hop e desempenho
obtido foi inferior ao simulado.
Problema: links com qualidade mediana.
Solução: realizar o encaminhamento de pacotes com os melhores links.
[6],[7] perdas em rajadas, ocorrem pela movimentação dos receptores.
Requerem um modelo de Markov multi-estado para maior acurácia.
[1] sugere que perdas em rajadas podem ser ocasionadas pelo fato das
antenas altamente direcionais são susceptíveis ao vento.
Roofnet usam antenas omni-direcionais e não sofrem deste problema.
Modelo de Markov multi-estado apresentado em [3] é sobre-especificado
para ambientes estáticos.
17Avaliação do trabalho
Pontos positivos
:
O trabalho contribui para compreensão das principais causas das perdas
de pacotes em redes 802.11;
Testes aplicados foram abrangentes e os resultados bem ilustrados.
Pontos negativos
:
Os autores poderiam ter investigado um padrão mais atual, já existente
na época (IEEE 802.11g);
Não há aleatorização dos testes.
Os testes foram executados no início da manhã ou após à meia-noite.
Poucas réplicas: em alguns testes, os dados apresentados são derivados
de uma única medição;
Resultados são muito específicos para rede 802.11 Ad hoc em questão.
18MINHA AVALIAÇÃO
Referências
1. H. Balakrishnan and R. Katz. Explicit loss notification and wireless web performance. In IEEE Globecom
Internet Mini-Conference, October 1998.
2. D. De Couto, D. Aguayo, J. Bicket, and R. Morris. A high-throughput path metric for multi-hop wireless
routing. In Proceedings of ACM MobiCom Conference, September 2003.
3. A. Konrad, B. Y. Zhao, A. D. Joseph, and R. Ludwig. A Markov-based channel model algorithm for wireless
networks. In Proceedings of Fourth ACM International Workshop on Modeling, Analysis and Simulation of Wireless and Mobile Systems, 2001.
4. D. Kotz, C. Newport, and C. Elliott. The mistaken axioms of wireless-network research. Technical report
TR2003-647, Dartmouth CS Department, July 2003.
5. H. Lundgren, E. Nordstrom, and C. Tschudin. Coping with communication gray zones in IEEE 802.11b based
ad hoc networks. In ACM WoWMoM Workshop, September 2002.
6. G. Nguyen, R. H. Katz, B. Noble, , and M. Satyanarayanan. A trace-based approach for modeling wireless
channel behavior. In Proc. Winter Simulation Conf., December 1996.
7. A. Willig, M. Kubisch, C. Hoene, and A. Wolisz. Measurements of a wireless link in an industrial
environment using an IEEE 802.11-compliant physical layer. In IEEE Transactions on Industrial Electronics, vol. 43, no. 6, pp. 1265-1282, December 2002.
8. M. Yarvis, W. Conner, L. Krishnamurthy, J. Chhabra, B. Elliott, and A. Mainwaring. Real-world experiences
with an interactive ad hoc sensor network. In Proceedings of the International Workshop on Ad Hoc
Networking, August 2002. 19
