madmac: un protocole équitable et efficace pour les ... · pour un nouveau paquet suivant ce...
TRANSCRIPT
Contexte Intro MadMac Résultats Conclusion
MadMac: un protocole équitable et efficacepour les réseaux ad hoc basés sur 802.11
TAHIRY RAZAFINDRALAMBO1 & ISABELLE GUÉRIN-LASSOUS
lab. CITI - INRIA ARES
JDIR
13-14-15 Décembre 2005
1Financé par FT R&Dlab. CITI - INRIA ARES le protocole MadMac - JDIR Dec. 2005 (1)
Contexte Intro MadMac Résultats Conclusion
802.11 et le fameux problème des stations cachées
��������������������
��������������������
���������������
���������������
���������������
���������������
0
1 2
Débits Inter. Conf.
802.11
1-0 1844.81 [1776.42 - 1913.20]
2-0 1782.98 [1717.46 - 1848.50]
Total 3627.80 [3599.60 - 3655.99]
Index 0.9999
802.11 1-0 1961.62 [1815.33 - 2107.91]
RTS/CTS
2-0 1921.05 [1776.52 - 2065.59]
Total 3882.68 [3870.83 ; 3894.53]
Index 0.9999
On devrait avoir 2.6Mbps pour les deux paires
lab. CITI - INRIA ARES le protocole MadMac - JDIR Dec. 2005 (2)
Contexte Intro MadMac Résultats Conclusion
PLAN
1 Contexte
2 Introduction
3 Notre approche : MadMac
4 Résultats
5 Conclusion
lab. CITI - INRIA ARES le protocole MadMac - JDIR Dec. 2005 (3)
Contexte Intro MadMac Résultats Conclusion
Notre problèmatique
Un protocole EQUITABLE
Un protocole/ordonnancement équitable
Un protocole EFFICACE
Un protocole efficace du point de vue du débit agrégé
Un protocole SIMPLE
Un protocole 802.11-based
lab. CITI - INRIA ARES le protocole MadMac - JDIR Dec. 2005 (4)
Contexte Intro MadMac Résultats Conclusion
Les stations cachées avec 802.11
Backoff Paquet Noeud 1
Paquet Noeud 2
Acquittement Noeud 0
Collision Noeud 0
Plusieurs collisions successives Plusieurs collisions successives
Même comportement avec RTS/CTS
lab. CITI - INRIA ARES le protocole MadMac - JDIR Dec. 2005 (5)
Contexte Intro MadMac Résultats Conclusion
Les stations cachées avec 802.11
Backoff Paquet Noeud 1
Paquet Noeud 2
Acquittement Noeud 0
Collision Noeud 0
Perte de bande passante
paquets successifs / probleme d’equite a court terme
Overhead protocolaire
lab. CITI - INRIA ARES le protocole MadMac - JDIR Dec. 2005 (6)
Contexte Intro MadMac Résultats Conclusion
Un ordonnancement Équitable et Efficace (1)
Stations cachées
L 10 L 20��������������������
��������������������
���������������
���������������
���������������
���������������
0
21
Graphes de contention des flux
L 10 L 20
lab. CITI - INRIA ARES le protocole MadMac - JDIR Dec. 2005 (7)
Contexte Intro MadMac Résultats Conclusion
Un ordonnancement Équitable et Efficace (2)
Backoff Paquet Noeud 1
Paquet Noeud 2
Acquittement Noeud 0
Collision Noeud 0
Pas de pertes de bande passante
Pas de problème d’équité à court terme
lab. CITI - INRIA ARES le protocole MadMac - JDIR Dec. 2005 (8)
Contexte Intro MadMac Résultats Conclusion
Les grandes lignes de MadMac (1)
Ordonnancement - Ajout d’un temps d’attente
Pour un nouveau paquet
Suivant ce qu’on peut supposer de la topologie
Ordonnancement alternée
Temps dépendant du temps d’envoi d’un paquet
Dynamicité
Suivant les collisions et l’activité sur le médium
Adaptation à la topologie
lab. CITI - INRIA ARES le protocole MadMac - JDIR Dec. 2005 (9)
Contexte Intro MadMac Résultats Conclusion
Les grandes lignes de MadMac (2)
Ajout du temps d’attente
suivant l’activité perçu sur le médium radio
suivant si on subit ou non des collisions
temps d’attente supplémentaire si plusieurs collisionsuccessives
Remise à jours des variables d’états périodiquement
lab. CITI - INRIA ARES le protocole MadMac - JDIR Dec. 2005 (10)
Contexte Intro MadMac Résultats Conclusion
Les grandes lignes de MadMac (3)
Emission suivant 802.11
CSMA/CA
Binary Exponential Backoff
Retransmission 802.11
Réduction de la fenêtre initiale de backoff
lab. CITI - INRIA ARES le protocole MadMac - JDIR Dec. 2005 (11)
Contexte Intro MadMac Résultats Conclusion
MadMac sur les stations cachées
Backoff Paquet Noeud 1
Paquet Noeud 2
Acquittement Noeud 0
Collision Noeud 0 ������������ Temps attente MadMac
Temps spécifique MadMac
����������
��������
����������
��������
lab. CITI - INRIA ARES le protocole MadMac - JDIR Dec. 2005 (12)
Contexte Intro MadMac Résultats Conclusion
MadMac sur les stations cachées
Backoff Paquet Noeud 1
Paquet Noeud 2
Acquittement Noeud 0
Collision Noeud 0 ������������ Temps attente MadMac
Temps spécifique MadMac
����������
��������
����������
��������
lab. CITI - INRIA ARES le protocole MadMac - JDIR Dec. 2005 (13)
Contexte Intro MadMac Résultats Conclusion
Les métriques de comparaison
Équité
Index de Jain
Sur la base d’un équité Max-Min
(P
i ri /r∗i )2
nP
i (ri /r∗i )2
n : nombre de noeudsri : débit obtenusr∗i : débit d’une allocation Max-Min
Efficacité
Débit global
Sur la base d’un débit global d’un équité Max-Min
lab. CITI - INRIA ARES le protocole MadMac - JDIR Dec. 2005 (14)
Contexte Intro MadMac Résultats Conclusion
Les stations cachées
Débits Inter. Conf.
802.11
1-0 1844.81 [1776.42 - 1913.20]
2-0 1782.98 [1717.46 - 1848.50]
Total 3627.80 [3599.60 - 3655.99]
Index 0.9999
802.11 1-0 1961.62 [1815.33 - 2107.91]
RTS/CTS
2-0 1921.05 [1776.52 - 2065.59]
Total 3882.68 [3870.83 ; 3894.53]
Index 0.9999
MadMac
1-0 2780.50 [2779.47 - 2781.53]
2-0 2780.82 [2779.73 - 2781.90]
Total 5561.32 [5559.49 - 5563.15]
Index 1.0
lab. CITI - INRIA ARES le protocole MadMac - JDIR Dec. 2005 (15)
Contexte Intro MadMac Résultats Conclusion
Débit sur une Cellules
............
3000
3500
4000
4500
5000
5500
6000
6500
7000
0 2 4 6 8 10 12 14 16
Thr
ough
put k
bps
Number of Flows
Throughput Evolution depending on number of flow
MadMac802.11
Capacité du médium est environ de 5, 6 Mbps et 5, 2 Mbps
L’équité est fournit par les algorithmes de 802.11b
lab. CITI - INRIA ARES le protocole MadMac - JDIR Dec. 2005 (16)
Contexte Intro MadMac Résultats Conclusion
Les trois paires
1
2
3
4
5
6
Débits Inter. Conf.
802.11
1-2 5095.39 [5074.84 - 5115.93]
3-4 135.37 [117.09 - 153.64]
Total 10331.18 [10309.71-10352.66]
Index 0.6842
MadMac
1-2 2770.50 [2770.23 - 2770.78]
3-4 2767.92 [2767.64 - 2768.20]
Total 8308.90 [8308.20 - 8309.59]
Index 0.9999
lab. CITI - INRIA ARES le protocole MadMac - JDIR Dec. 2005 (17)
Contexte Intro MadMac Résultats Conclusion
Les modifications. . .
Calcul plus précis du temps d’attente à injecter
Études analytique pour calculer la fenetre de backoff initial
Historique sous forme de sliding windows
lab. CITI - INRIA ARES le protocole MadMac - JDIR Dec. 2005 (18)
Contexte Intro MadMac Résultats Conclusion
Future works
Évaluation théorique (tunning des paramètres)
Test sur des scénarii plus complexe
Test sur des scénarii aléatoires
Implantation d’un algorithme de backoff plus efficace
Comparaison avec d’autre protocole
lab. CITI - INRIA ARES le protocole MadMac - JDIR Dec. 2005 (19)
Contexte Intro MadMac Résultats Conclusion
Conclusion
MadMac. . .
Un protocole équitable (allocation Max-Min)
Un protocole efficace (débit aggrégé)
Sans échange d’information
Simple à mettre en œuvre (802.11-based)
Testé sur des scénarii connus pour poser problèmes
lab. CITI - INRIA ARES le protocole MadMac - JDIR Dec. 2005 (20)
Contexte Intro MadMac Résultats Conclusion
Merci
Questions ? ! ?
lab. CITI - INRIA ARES le protocole MadMac - JDIR Dec. 2005 (21)
Contexte Intro MadMac Résultats Conclusion
MadMac: un protocole équitable et efficacepour les réseaux ad hoc basés sur 802.11
TAHIRY RAZAFINDRALAMBO2 & ISABELLE GUÉRIN-LASSOUS
lab. CITI - INRIA ARES
JDIR
13-14-15 Décembre 2005
2Financé par FT R&Dlab. CITI - INRIA ARES le protocole MadMac - JDIR Dec. 2005 (22)
Contexte Intro MadMac Résultats Conclusion
L’ordonnancement dans ce scénario particulier (1)
Débit Maximum Idéal
Débit agrégé : 3 ∗ W . . .
TDMA-like
Débit agrégé : W/3 + W/3 + W/3
802.11
Débit agrégé : 2 ∗ W
lab. CITI - INRIA ARES le protocole MadMac - JDIR Dec. 2005 (23)
Contexte Intro MadMac Résultats Conclusion
L’ordonnancement dans ce scénario particulier (2)
Équité max-min
Débit agrégé : (2 ∗ W/2) + W/2
Autre schéma d’équité
Débit agrégé : (2 ∗ W/3) + W/3 + (2 ∗ W/3)
Note : Équité Max-Min
Connu pour être le plus équitable des schémas d’équité
L’un des plus répandu
Utilisé pour notre comparaison
lab. CITI - INRIA ARES le protocole MadMac - JDIR Dec. 2005 (24)
Contexte Intro MadMac Résultats Conclusion
La problématique
Equité
Un protocole/ordonnancement équitable
Efficacité
Un protocole efficace du point de vue du débit agrégé
Simplicité
Un protocole “simple“
Un protocole 802.11-based
lab. CITI - INRIA ARES le protocole MadMac - JDIR Dec. 2005 (25)
Contexte Intro MadMac Résultats Conclusion
MadMac - la partie réception
Collecte d’informations perçus sur le canal (cyclique) :Delta_Slot
Maintient de l’état d’activité sur le canal : Act
Maintient de l’état apparition de collision (ou non) : Col
Maintient du nombre de collisions maximum sur le paqueten cours : Nb_Col
Delta_SlotCol = 0Act = 0
Utilisation de Act et Col
lab. CITI - INRIA ARES le protocole MadMac - JDIR Dec. 2005 (26)
Contexte Intro MadMac Résultats Conclusion
MadMac : l’écoute/réception
Delta_Slot
Act = 0Col = 0Nb_Col = 0
Col = 1Nb_Col = 1
Col = 1Nb_Col = 2
N
Act = 0Col = 0Nb_Col = 0
Act = 1
Col = 1Nb_Col = 1
Col = 1Nb_Col = 2
Nb_Col = 0
N
Act = 1Col = 1Nb_Col = 2
N
Act = 0Col = 1Nb_Col = 0
lab. CITI - INRIA ARES le protocole MadMac - JDIR Dec. 2005 (27)
Contexte Intro MadMac Résultats Conclusion
MadMac - la partie émission
Une partie gestion de la contention (act, col, nb_col, N)Insertion d’un temps “Libre”Pour les nouveaux paquets (couche MAC)
Une partie émission/retransmission (802.11)BEB, collision avoidance, retry limit . . .
Gestion MadMac
Fonction(Act, Col, Nb_Col, N)
NN N
802.11
col
Insertion d’un temps (non interruptible)
Emission du paquet
N : nouveau paquet arrivant au niveau MAC
Twait = DIFS + 310µs + Tp + Tprop + SIFS + ACK + Tprop
lab. CITI - INRIA ARES le protocole MadMac - JDIR Dec. 2005 (28)
Contexte Intro MadMac Résultats Conclusion
MadMac : les subtilitées (1)
L’alternance forcée
Déclenché quand le nombre de collision successivedépasse un certain seuil
Déclenché seulement si de l’activité est perçu sur le canal
On ajoute un temps Talt = Twait + TMTU
La partie Twait ne peut pas être interrompuLa partie TMTU peut être interrompu
Quand une activité est détectéeQuand il expire
L’alternance forcée est arrêté quand (Act=0 et Col=0)
On lutte efficacement contre les stations cachées
lab. CITI - INRIA ARES le protocole MadMac - JDIR Dec. 2005 (29)
Contexte Intro MadMac Résultats Conclusion
MadMac : les subtilitées (2)
On ne monopolise pas le médium
Après x passage consécutif dans la boucle(Act = 0 et Col = 0)
Le x + 1 paquet est envoyé en tirant un backoffCW = [0-64]
Après x + 10 passage consécutif dans la boucle(Act = 0 et Col = 0)
Le x + 11 paquet est envoyé en tirant un backoffCW = [0-128]
Puis x est remis à 0
lab. CITI - INRIA ARES le protocole MadMac - JDIR Dec. 2005 (30)
Contexte Intro MadMac Résultats Conclusion
MadMac : Augmentation de la capacité
Le Backoff
Utile pour l’équité
Utile pour l’évitement de collision
MadMac
L’alternance pour l’évitement de collision
L’insertion d’un temps fixe pour l’équité
On pourrait presque supprimer le Backoff ?
Oui (presque), si on connaissait le nombre de voisins actifs
On peut optimiser le Backoff (/ex : CWmin = 16)
lab. CITI - INRIA ARES le protocole MadMac - JDIR Dec. 2005 (31)
Contexte Intro MadMac Résultats Conclusion
Cas à un saut
3000
3500
4000
4500
5000
5500
6000
6500
7000
0 2 4 6 8 10 12 14 16
Thr
ough
put k
bps
Number of Flows
Throughput Evolution depending on number of flow
MadMac802.11
Débit pour un nœud actif 5500Kbps
Meilleur débit que 802.11 (Algorithme de backoff)
Débit faible pour 2 nœuds actifs (recouvrement depériodes de silence)
lab. CITI - INRIA ARES le protocole MadMac - JDIR Dec. 2005 (32)
Contexte Intro MadMac Résultats Conclusion
les métriques
Équité
Comparaison avec une allocation Max-Min sur chaque flux
Efficacité
Comparaison avec les débits aggrégés d’une allocationMax-Min
Notion de “Capacité Equitable“
lab. CITI - INRIA ARES le protocole MadMac - JDIR Dec. 2005 (33)
Contexte Intro MadMac Résultats Conclusion
Les 3 paires
Throughput (kbps) Inter. Conf
802.11
1-2 5095.39 [5074.84 - 5115.93]3-4 135.37 [117.09 - 153.64]5-6 5100.41 [5081.49 - 5119.33]
Total 10331.18 [10309.71-10352.66]
MadMac
1-2 2770.50 [2770.23 - 2770.78]3-4 2767.92 [2767.64 - 2768.20]5-6 2770.47 [2770.20 - 2770.73]
Total 8308.90 [8308.20 - 8309.59]
lab. CITI - INRIA ARES le protocole MadMac - JDIR Dec. 2005 (34)
Contexte Intro MadMac Résultats Conclusion
Les stations cachées (1)
2
1
3
Débits Inter. Conf.
802.111-3 1844.81 [1776.42 - 1913.20]2-3 1782.98 [1717.46 - 1848.50]
Total 3627.80 [3599.60 - 3655.99]802.11 1-3 1961.62 [1815.33 - 2107.91]
RTS/CTS2-3 1921.05 [1776.52 - 2065.59]
Total 3882.68 [3870.83 ; 3894.53]
MadMac1-3 2780.50 [2779.47 - 2781.53]2-3 2780.82 [2779.73 - 2781.90]
Total 5561.32 [5559.49 - 5563.15]
lab. CITI - INRIA ARES le protocole MadMac - JDIR Dec. 2005 (35)
Contexte Intro MadMac Résultats Conclusion
Les stations cachées (2)
1 2
3 4
Débits Inter. Conf.
802.111-2 0.0 [0.0 - 0.0]3-4 5215.70 [5210.91 - 5220.48]
Total 5217.31 [5212.41 - 5222.21]802.11 1-2 298.42 [286.34 - 310.49]
RTS/CTS3-4 3666.14 [3656.61 - 3675.66]
Total 3964.56 [3959.01 - 3970.10]
MadMac1-2 1646.27 [1635.78 - 1656.75]3-4 2805.77 [2802.33 - 2809.21]
Total 4452.04 [4442.26 - 4461.83]
lab. CITI - INRIA ARES le protocole MadMac - JDIR Dec. 2005 (36)
Contexte Intro MadMac Résultats Conclusion
Anomalie de performance
Data Rate 11Mb/s
Data Rate 2Mb/s1000bytes
1000bytes
Débits Inter. Conf.
802.11
11Mb/s 1231.74 [1212.54 - 1250.94]2Mb/s 1236.13 [1227.64 - 1244.62]Total 2467.87 [2453.47 - 2482.27]
MadMac
11Mb/s 1674.06 [1673.97 - 1674.14]2Mb/s 837.12 [837.07 - 837.18]Total 2511.18 [2511.07 - 2511.29]
lab. CITI - INRIA ARES le protocole MadMac - JDIR Dec. 2005 (37)
Contexte Intro MadMac Résultats Conclusion
Travaux futurs
Évaluation théorique (tunning des paramètres)
Test sur des scénarios aléatoires
Implantation d’un algorithme de backoff plus efficace
lab. CITI - INRIA ARES le protocole MadMac - JDIR Dec. 2005 (38)
Contexte Intro MadMac Résultats Conclusion
Conclusion
MadMac. . .
Un protocole équitable (allocation Max-Min)
Un protocole efficace (capacité équitable)
Sans échange d’information
Simple à mettre en œuvre (802.11-based)
Testé sur des scénarii connus pour poser problèmes
. . . mais il y en a tellement (donc plus de simuls)
Il y a encore beaucoup à faire
lab. CITI - INRIA ARES le protocole MadMac - JDIR Dec. 2005 (39)
Contexte Intro MadMac Résultats Conclusion
Merci
Questions ? ! ?
lab. CITI - INRIA ARES le protocole MadMac - JDIR Dec. 2005 (40)
Contexte Intro MadMac Résultats Conclusion
MadMac: un protocole équitable et efficacepour les réseaux ad hoc basés sur 802.11
TAHIRY RAZAFINDRALAMBO3 & ISABELLE GUÉRIN-LASSOUS
lab. CITI - INRIA ARES
JDIR
13-14-15 Décembre 2005
3Financé par FT R&Dlab. CITI - INRIA ARES le protocole MadMac - JDIR Dec. 2005 (41)
Contexte Intro MadMac Résultats Conclusion
Différentes tailles de paquet
Impact de différentes tailles de paquets
Débits Inter. Conf.
802.11
250 596.60 [586.76 - 606.44]500 1194.77 [1177.94 - 1211.59]1000 2359.91 [2334.06 - 2385.76]Total 4151.29 [4131.15 - 4171.42]
MadMac
250 774.88 [770.16 - 779.60]500 1194.98 [1188.93 - 1201.04]1000 2267.64 [2256.43 - 2278.84]Total 4237.51 [4226.92 - 4248.11]
lab. CITI - INRIA ARES le protocole MadMac - JDIR Dec. 2005 (42)
Contexte Intro MadMac Résultats Conclusion
Influence de l’historique
2 flux (à portée de communication)
Arrêt du flux (1-2) après 10s de simulation
Repise du flux (1-2) après 20s de simulation
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
8000
0 5 10 15 20 25 30 35 40
Thr
ough
put k
bps
Time (s)
Impact of Delta Slot on Simulation
MadMac Delta Slot < 1s (pair 2-3)MadMac Delta Slot > 1s (pair 2-3)
802.11 (pair 2-3)
lab. CITI - INRIA ARES le protocole MadMac - JDIR Dec. 2005 (43)