domingo, 21 de abril de 2013

Laboratorio 8

Laboratorio 8 - Predictive Congestion Control Protocol for Wireless Sensor Networks

Hola, esta entrada corresponde a la actividad de laboratorio número 8 y consiste en realizar un resumen y punto de vista sobre algún protocolo para evitar la congestión de red.
Bien, el resumen lo realicé del siguiente documento: http://scholarsmine.mst.edu/post_prints/
Autores:  Maciej Zawodniok and Sarangapani Jagannathan


La congestión en la red, que es muy común en redes inalámbricas, ocurre cuando la carga excede la capacidad disponible. La congestión de la red hace que la calidad del canal se degrade y se elevan las tasas de pérdida. Esto nos lleva al dropeo de paquetes en los buffers , aumentan los retrasos, se desperdicia energía, se requieren retransmisiones. Por otra parte, el flujo de tráfico será injusto para los nodos cuyos datos tienen que atravesar un números significativo de saltos (saltos se refiere a la cantidad de nodos por los que tiene que pasar). Todo esto reduce considerablemente el funcionamiento y el tiempo de vida de la red.


Un mecanismo de control de congestión se necesita con el fin de equilibrar la carga, para evitar la pérdida de paquetes y para evitar el estancamiento de la red.


Metodología propuesta.

La congestión de red de la siguiente imagen se produce ya sea cuando el tráfico entrante (recibido y generado) excede la capacidad del enlace de salida o el enlace de ancho cae debido a un desfase de canal causado por la pérdida de trayectoria.


Descripción general del sistema propuesto.

La siguiente imagen representa un Deep Packet Capture (DPC) con una adaptación de velocidad.



La imagen puede ser resumida en los siguientes pasos:

1) El inicio de la congestión se detecta a partir de las ocupaciones del buffer en los nodos a lo largo de la potencia del transmisor predicho. El algoritmo de selección de la velocidad se ejecuta a continuación, en el receptor para determinar la tasa apropiada (o ancho de banda disponible) para el canal de estado predicho.

2) El ancho de banda disponible o tasa se asigna a los flujos de acuerdo a los pesos de flujo para asegurar la equidad ponderada. Los pesos pueden ser seleccionados inicialmente, luego se van actualizando con el tiempo.

3) La información DPC(Deep Packet Capture) y la tasa se ​​comunica entre los nodos en cada enlace.

4) En el nodo transmisor, un intervalo de interrupción se selecciona utilizando el esquema propuesto basado en la tasa de salida asignada.
 
5) El esquema de adaptación de peso dinámico se puede utilizar para mejorar aún más el rendimiento a la vez asegurar la equidad.
Los paquetes en cada nodo pueden ser programados mediante la programación adaptativa y distribuida (ADFS), a través de flujo de pesos asignados que se actualizan con base en el estado de la red para asegurar el manejo justo de los paquetes.


Medidas de rendimiento.

Los paquetes perdidos en los nodos intermedios debido a la congestión causarán bajo rendimiento de la red y disminuirá la eficiencia de energía debido a retransmisiones.
En consecuencia, el número total de paquetes perdidos en los nodos intermedios será considerado como una métrica para el protocolo diseñado.
La eficiencia energética medida como el número de bits transmitidos por joule, será utilizado como la segunda métrica. La eficiencia de la red medida como el rendimiento total en la estación base se toma como una métrica adicional.
La equidad ponderada se utiliza como un indicador, ya que la congestión producida puede causar un manejo injusto en los flujos.

Control de congestión adaptativo.

El esquema de selección de frecuencia adaptativa cuando es implementada en cada nodo , actúa como una señal de presión de retorno para reducir al mínimo el efecto de la congestión sobre una base hop-by-hop mediante la estimación del flujo de tráfico de salida. Por consecuencia, la congestión es "coregida" por a) el diseño adecuado de vuelta fuera de intervalos para cada nodo basado en el estado del canal y el tráfico actual, y b) mediante el control de las velocidades de flujo de todos los nodos, incluyendo los nodos de origen para evitar un desbordamiento de buffer. 

Selección de la tasa de velocidad basada en ocupación de buffer.

El esquema de selección de la velocidad tiene en cuenta la ocupación de memoria intermedia y una tasa de salida de destino. La tasa objetivo en el siguiente salto de nodo, indica cuál es la tasa de entrada que debe ser.


(Selección de la tasa entrante)



Resultados de simulaciones

Los resultados de las topologías realizadas se obtuvieron por medio del simulador ns-2. Las simulaciones fueron configuradas para utilizar un canal de 2 Mbps con pérdida de trayectoria, sombra y desvanecimiento de Rayleigh con enrutamiento AODV.

La siguiente imagen muestra la utilización de cola y la estimación del flujo de salida.



La siguiente imagen muestra el desempeño para la topología desbalanceada.




La imagen siguiente muestra el error de la utilización de colas y la estimación de error del tráfico de salida.



Por último, en la siguiente tabla se muestran las medidas de delay, throughput y eficiencia de la energía para los distintos protocolos.


Conclusiones

Es claro que el sistema propuesto no resuelve a la perfección la congestión generada en las redes, pero como los autores mencionan, este sistema solamente ayuda a mitigar la congestión. Las condiciones de red mediante las cuales se trabaja y se realizaron las simulaciones incluyen el tráfico a través de una región determinada y el estado del canal, con respecto al tráfico, es una variable con un cambio muy difícil de predecir, y prácticamente imposible hacerlo a la perfección. Como consecuencia se obtienen sistemas que solamente mitigan la congestión, no en su totalidad, pero lo suficiente para aligerar el tráfico de las redes actuales.

Predictive Congestion Control Protocol for Wireless Sensor Networks
IEEE TRANSACTIONS ON WIRELESS COMMUNICATIONS, VOL. 6, NO. 11, NOVEMBER 2007

Autores:  Maciej Zawodniok and Sarangapani Jagannathan

Cualquier duda o aclaración pueden dejarla en comentarios. 

Saludos a todos!

1 comentario:

  1. Sería bueno incluir al final tu propia crítica. 6 pts.

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