unità del politecnico di bari
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Unità del Politecnico di Bari. Sintesi e ottimizzazione energetica di protocolli di acceso e trasporto in reti wireless multihop Pietro CAMARDA (Coordinatore) Gennaro BOGGIA(Ricercatore) Marcello CASTELLANO(Ricercatore) Cataldo GUARAGNELLA(Ricercatore) Orazio FIUME(Dottorando) - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
DEE -Politecnico di BariDEE -Politecnico di Bari
Unità del Politecnico di BariUnità del Politecnico di Bari
Sintesi e ottimizzazione Sintesi e ottimizzazione energetica di protocolli di acceso energetica di protocolli di acceso
e trasporto in reti wireless e trasporto in reti wireless multihopmultihop
Pietro CAMARDA (Coordinatore)Gennaro BOGGIA (Ricercatore)Marcello CASTELLANO (Ricercatore)Cataldo GUARAGNELLA (Ricercatore)Orazio FIUME (Dottorando)Domenico STRICCOLI (Ricercatore)
Alfredo GRIECO (Contratto)……
DEE -Politecnico di BariDEE -Politecnico di BariSintesi e ottimizzazione energetica di protocolli di acceso e trasporto in reti wireless multihop
Ottimizzazione dello strato MAC in reti wireless Ottimizzazione dello strato MAC in reti wireless “AD-HOC”“AD-HOC” (Area Tematica 2 – Gestione delle risorse radio) (Area Tematica 2 – Gestione delle risorse radio)
Protocolli di trasporto per reti wireless “AD-HOC” Protocolli di trasporto per reti wireless “AD-HOC” (Area Tematica 4 - Protocolli di trasporto) (Area Tematica 4 - Protocolli di trasporto)
Ottimizzazioni interstrato (fase due)Ottimizzazioni interstrato (fase due)
DEE -Politecnico di BariDEE -Politecnico di Bari
Ottimizzazione dello strato MAC in reti AD-Ottimizzazione dello strato MAC in reti AD-HOCHOC
Ottimizzazione degli schemi MAC utilizzati nelle reti “Ad Hoc” basate sullo standard 802.11
Sintesi e analisi di architetture distribuite basate su BIBD (Balanced Incomplete Block Design) per ottimizzare i periodi di attività/inattività(Doze) delle stazioni
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Protocolli di trasporto per reti wireless AD-Protocolli di trasporto per reti wireless AD-HOCHOC
Studio e simulazione di varianti del TCP, idonee per reti “Ad Hoc” multihop (Predisposizione software di analisi e primi risultati)
Meccanismi interstrato Paradigma end to end Ecc.
in grado di migliorare: Prestazioni Efficienza energetica ……
Ottimizzazione di protocolli per servizi “real time” basati su UDP (voce su IP, Video streaming, ecc.) (in corso di impostazione)
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BIBD-based MAC protocols for Energy Saving in Wireless Ad
Hoc Networks
Politecnico di Bari – DEEVia E. Orabona n. 4 – 70125 Bari (Italy)
12, October, 2004 (FIRENZE).12, October, 2004 (FIRENZE).
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Outline802.11 & Energy savingBIBD theoryCF-Mac ArchitectureH-MacSimulationsConclusions
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Energy constrainsMobile devices need power.Batteries have finite capacity.To increase the yield from a battery: Make it bigger. Reduce its drain.
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Drawbacks of the DCF in IEEE 802.11Netwoks
Main reasons of energy expenditure:CollisionsIdle power consumption waiting to send/receive packetsIdle power consumption until a new Beacon Interval starts, when an ATIM frame is sent or received.
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BIBD Theory
vrbk
)1()1( vkr
The decision problem is to determine if it is possible for v stations to be awake in r slots, each shared by k stations, where b is the comprehensive number of slots in such a way that any two stations turn on their radio in the same group at most once.
Stations (v)
1 32 4 5 6 7
1
3
2
4
5
6
7
Slo
ts (b
)
Access at the 1st minislotAccess at the 1st minislot
Access at the 2nd minislotAccess at the 2nd minislot
Access at the 3rd minislotAccess at the 3rd minislot
(7,7,3,3,1)(7,7,3,3,1)
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CF-Mac Architecture
RTS\CTS RTS\CTSRTS\CTS
Access Window Exchange Window
1st Minislot 3rd Minislot 2nd Minislot
Tm
Ts - Time Slot
The generic time slot is divided in two parts: an access window and a data exchange window. The access window contains k minislots, each one assigned to one of the k stations that share the slot, while the other (v-k) are in doze state.
If one of k station has scheduled traffic to transmit, it sends a RTS frame to the destination station, which replies, if is one of other (k-1) stations, with a CTS frame. Then, the transmission starts immediately and the two stations can use the remaining time of time slot to exchange data.
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Results: channel utilization
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
0 5 10 15 20 25 30 35 40
k - Number of stations sharing the same slot
pu -
Pro
bab
ilit
y o
f ch
ann
el u
tili
zati
on
= 100
= 80
= 60
The probability that in a generic slot the channel is occupied by a transmission is very close to 1.
kk
u v
kvp
11
1
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Results: Energy Saving
96.0%
96.5%
97.0%
97.5%
98.0%
98.5%
99.0%
99.5%
100.0%
0 5 10 15 20 25 30 35 40
k - number of station sharing the same slot
Es -
Ene
rgy
Sav
ing
[%]
= 0.001
= 0.01
= 0.1
= 0.2
= 0.4
T s
T s
T s
T s
T s
s 4.0001.0
15
100
s
m
T
sT
v
The energy saving function decreases monotonically with k until a constant value as reached, and it is insensitive to Ts other then 1ms. s
as vT
TE 1
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Results: Efficiency
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1
0 5 10 15 20 25 30 35 40
k - number of station sharing the same slot
h -
Eff
icie
ncy
= 0.001
= 0.01
= 0.1
= 0.2
= 0.4
T s
T s
T s
T s
T s
The efficiency is a function of k, that increases monotonically until a constant value is reached, which is very close to 1.
k
iii pu
1
h
s 4.0001.0
15
100
s
m
T
sT
v
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H-Mac Protocol
802.11 PS based
BIBD-based schedule
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Computer Simulations: Assumptions
Limited geographical coverage of the network
Single Hop
Negligible mobility
Set of parameters (25,30,6,5,1) (15,15,5,5,3)
DEE -Politecnico di BariDEE -Politecnico di BariResults: Energy consumption
1.0E+07
1.0E+08
1.0E+09
1.0E+10
1.0E+11
0 50 100 150 200 250
Time Slot (ms)
Tot
al E
nerg
y C
onsu
mpt
ion/
Thr
ough
put
(Js/
kbit
)
DCF HL DCF LLH-MAC HL H-MAC LLCF-MAC HL CF-MAC LL
15 Stations 15 Stations
DEE -Politecnico di BariDEE -Politecnico di BariResults: Energy consumption
25 Stations25 Stations
1.0E+08
1.0E+09
1.0E+10
1.0E+11
0 50 100 150 200 250
Time Slot (ms)
Tot
al E
nerg
y C
onsu
mpt
ion
(J)
DCF HL DCF LLH-MAC HL H-MAC LLCF-MAC HL CF-MAC LL
DEE -Politecnico di BariDEE -Politecnico di BariResults: Energy/Throughput
15 Stations15 Stations
1.0E+07
1.0E+08
1.0E+09
1.0E+10
1.0E+11
0 50 100 150 200 250
Time Slot (ms)
Tot
al E
nerg
y C
onsu
mpt
ion/
Thr
ough
put
(Js/
kbit
)
DCF HL DCF LLH-MAC HL H-MAC LLCF-MAC HL CF-MAC LL
DEE -Politecnico di BariDEE -Politecnico di BariResults: Energy/Throughput
25 stations25 stations
1.0E+07
1.0E+08
1.0E+09
1.0E+10
1.0E+11
0 50 100 150 200 250
Time Slot (ms)
Tot
al E
nerg
y C
onsu
mpt
ion
/ T
hrou
ghpu
t (J
s/kb
it)
DCF HL DCF LLH-MAC HL H-MAC LLCF-MAC HL CF-MAC LL
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Results: Delay
15 Stations15 Stations
10
100
1000
10000
0 50 100 150 200 250
Time Slot (ms)
One
Way
Pac
ket
Del
ay (
ms)
DCF HL DCF LLH-MAC HL H-MAC LLCF-MAC HL CF-MAC LL
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Results: Delay
25 Stations25 Stations
100
1000
10000
100000
0 50 100 150 200 250
Time Slot (ms)
One
Way
Pac
ket
Del
ay (
ms)
DCF HL DCF LLH-MAC HL H-MAC LLCF-MAC HL CF-MAC LL
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ConclusionsCF-Mac and H-Mac protocol have been designed starting from the theory of BIBD
Their performance has been evaluated by computer simulations.
Results have shown that these schemes are able to provide a good energy saving preserving the transmission efficiency, moreover CF-Mac is more suitable for time-
constraint traffics.
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Future works
The results reported in this paper will be extended in several directions:
mobility management extension to multi-hop networksadaptive resource allocationthe support of Quality of Service
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Thank You So…
…any questions?