Tema 2.- Redes inalámbricas Ad Hoc. Tema 2.- Redes inalámbricas Ad Hoc. Control de EnergíaControl de Energía
IntroducciónTrabajo RelacionadoPropuestas del Grupo GRCPropuestas del Grupo GRC
Estudios PreeliminaresMinimum Drain Rate Arquitectura Mobile Network FrameworkArquitectura Mobile Network Framework
Power Management in IEEE 802.11
Redes Inalámbricas Ad Hoc Máster Ingeniería de Telecomunicación, Universidad de Málaga 2008/2009Redes Inalámbricas Ad Hoc Máster Ingeniería de Telecomunicación, Universidad de Málaga 2008/2009
009
2Limitaciones de las redes ad hoc [Corson99]
MIT
200
8/20
Limitaciones debidas al medio inalámbrico
M Radio de transmisión limitado (Encaminamiento complejo)
Errores de transmisión/perdidas de paquetesp p qSeguridad restringida
Limitaciones debidas al carácter de las estacionesLimitaciones debidas al carácter de las estacionesTopología dinámicas E í d idEnergía reducida
¿ Cuales son los mayores retos en el área¿ Cuales son los mayores retos en el área
s A
d H
oc
¿ Cuales son los mayores retos en el área ¿ Cuales son los mayores retos en el área de las redes adde las redes ad--hoc ? hoc ?
alám
bric
as
[Corson99] , S. Corson and J. Macker, “Mobile Ad hoc Networking (MANET): Routing Protocol Performance Issues and Evaluation Considerations”, RFC 2501, January 1999.
Red
es I
na
009
3Retos de las redes ad hoc
MIT
200
8/20
¿Como encaminar paquetes entre estaciones?C h l d f fi i ?M ¿Como hacerlo de forma eficiente?
“A pesar de los recientes avances en el área de la capacidad de las pesa de os ec e tes a a ces e e á ea de a capac dad de asbaterías, el Consumo de energía, es todavía un factor de diseño crítico” [Tsuda2000]
Otros retos:ConfiguraciónConfiguraciónDescubrimiento de serviciosCalidad de servicio
s A
d H
oc
Calidad de servicioTCP over MANETsSeguridad y privacidad
alám
bric
as Seguridad y privacidad...
[Tsuda00] Shingo Tsuda “Battery Technologies Based on the Requirements for Applications and Future
Red
es I
na [Tsuda00] , Shingo Tsuda, Battery Technologies Based on the Requirements for Applications and Future
Movement”, 10th Int. Meeting on Lithium Batteries, June 2, 2000, Como (Italy).
009
4Motivación
MIT
200
8/20
Dependencia de baterías
M
6
2
6
31
79
47
8
s A
d H
oc 5
Batería limitadaBatería limitada
alám
bric
as Batería limitadaBatería limitada
d d d dd d d d
Capacidad de batería # 2
Capacidad de batería # 7
Red
es I
na
¡¡ Red sin capacidad de encaminamiento !!¡¡ Red sin capacidad de encaminamiento !!
009
5Power Management in IEEE 802.11
MIT
200
8/20
Mobile devices are battery poweredh f b lif h k lif iM Enhancement of battery life enhances network lifetime
Idle receive state dominates LAN adapter power consumption over time
Power consumption of ORiNOCO WLAN Card
Doze modeIdle modeReceive mode
Transmit mode
Doze modeIdle modeReceive mode
Transmit mode
60mW700mW900mW1400mW 60mW700mW900mW1400mW
s A
d H
oc
How can we power off during idle periodsHow can we power off during idle periods
alám
bric
as How can we power off during idle periodsHow can we power off during idle periodsand yet maintain an active session?and yet maintain an active session?
Red
es I
na
009
6 Trabajo Relacionado: Solutions addresing the power-saving issue in MANETS:
MIT
200
8/20
Transmission power control [Wu2000]To reduce interferences and improve throughput on the MAC layer
M To determine the best network topology– Adjust the power tx according to the distance with the next node
Power aware routing [Kim2003]Power-aware routing [Kim2003]Use different metrics based on power consumption
– Nodes’ lifetime, conections’ lifetime ,– Remaining battery, supported traffic
Low-power mode [IEEE80211-99]Low power sleep modes at the physical layer
– IEEE 802.11 power saving mechanishmBluetooth provides sniff hold and park low power modes
s A
d H
oc
– Bluetooth provides sniff, hold, and park low-power modes[Wu2000] S.L. Wu, Y.C. Tseng, J.P. Sheu, Intelligent medium access for mobile ad hoc networks with
BusyTones and power control, IEEE Journal on Selected Areas in Communications 18 (2000) 1647–1657.
alám
bric
as
[Kim2003] Dongkyun Kim, J.J. Garcia-Luna-Aceves, Katia Obraczka, Juan Carlos Cano, Pietro Manzoni, "Routing Mechanisms for Mobile Ad Hoc Networks based on the Energy Drain Rate", IEEE Transactions on Mobile Computing, Vol. 2, No. 2, April-June 2003, pp. 161-173.
Red
es I
na
[IEEE80211-99] LAN MAN Standards Committee of the IEEE Computer Society, IEEE Std 802.11-1999, Wireless LAN medium access control (MAC) and physical layer (PHY) specifications,IEEE, 1999.
009
7Propuestas del Grupo GRC (I)
MIT
200
8/20
[Cano2000] J. C. Cano and P. Manzoni, “A Performance Comparison of Energy Consumption for Mobile Ad Hoc Networks Routing Protocols,'' Proceedings of the 8th IEEE/ACM MASCOTS 2000, August 2000
M
Protocols evaluated in this workDSR, AODV, DSDV and TORA, ,
Previous performance studies[Broch98], evaluated DSR, AODV, DSDV, and TORA
packet loss, routing message overhead and route length
[Joha99], evaluated DSR, AODV, and DSDVpacket loss routing overhead throughput and delaypacket loss, routing overhead, throughput and delay
[Das00], evaluated DSR and AODVpacket loss, delay and routing load
s A
d H
oc [Broch98], J. Broch, D. A. Maltz, D. B. Johnson, Y-C. Hu, and J. Jetcheva. “A Performance Comparison of Multi-hop Wireless Ad Hoc Networks.” In Proceedings of the 4th Int. Conference on Mobile Computing and Networking (ACM MOBICOM’98) pp 85-97 October 1998
alám
bric
as Networking (ACM MOBICOM 98), pp. 85-97, October 1998.
[Joha99], P. Johansson, T. Larsson, N. Hedman, B. Mielczarek, and M. Degermark, “Scenario-based Performance Analysis of Routing Protocols for Mobile Ad-Hoc Networks,” In Proceedings of the ACM/IEEE International Conference on Mobile Computing and networking, pp: 195-206, August, 1999.
Red
es I
na p g g, pp , g ,
[Das00], S. R. Das, C. E. Perkins, and E. M. Royer, “Performance Comparison of Two On-Demand Routing Protocols for Ad Hoc Networks,” In Proceedings of the IEEE Infocom, March 2000.
009
8Modelo de consumo de energía
MIT
200
8/20
Energía consumida por una estación depende de:C d l i t fM Consumo del interfaz
Características del interfaz de redOperación E( ) i * * tOperación
Suministro de energíaTiempo de transmisión del paquete
E(p) = i * v * tp
Tiempo de transmisión del paqueteTamaño del paqueteAncho de banda
Lucent WaveLAN 2.4 GHz, 11MbpsRecepción 240mA
s A
d H
oc Transmisión 280mAV = 5 voltios
alám
bric
as
tp = (ph/2*106 + pd/11*106)
P = tamaño cabecera
Etx(p) = 280mA * v * tpErx(p) = 240mA * v * tp
Red
es I
na Ph = tamaño cabecera
Pd = tamaño datos
009
9Methodology
MIT
200
8/20
Basic Scenario
M
Mobility scenario25 mobile nodes500 500500m x 500m15m/s as a maximum speed
– random waypoint model [Johnson99]random waypoint model [Johnson99]
Traffic model20 CBR sources Sensitivity analysis 4 packets/s (512 bytes each one) Parameters evaluated
Mobility patternsT ffi
s A
d H
oc
Traffic patternNode numberArea shape
alám
bric
as Area shapeData sending pattern
Red
es I
na
009
10Simulations Results: The Basic Scenario
MIT
200
8/20
The energy due to received traffic is NOT proportional to sent trafficM to sent traffic
Receiving process: Receiving actual data plus overhearing
Routing energy consumptionDSR performs better that DSDV and AODV (caching mechanism)TORA high energy consumption
– Due to the IMEP periodic HELLOpackets [Corson98]
100%
)
Tx energy Rx energy
packets [Corson98]
50%
75%
cons
umpt
ion
(%)
R ti t l ti
s A
d H
oc
0%
25%
Ener
gy cRouting protocol energy consumption
Protocol DSR AODV DSDV TORAEnergy (Joules) 12,98 82.79 77.89 518.42
alám
bric
as DSR AODV DSDV TORA
[Corson98], M. S. Corson, S. Papademetriou, P. Papadopoulos, V. D. Park, and A. Qayyum, “An Internet MANET Encapsulation Protocol (IMEP) Specification,” Internet Draft, draft-ietf-manet-imep-spec-
Red
es I
na MANET Encapsulation Protocol (IMEP) Specification, Internet Draft, draft ietf manet imep spec
01.txt, August 1998. Work in progress.
009
11Conclusions
MIT
200
8/20
We measured and compared the energy consumption behavior of four different MANET routing protocolsM behavior of four different MANET routing protocolsMethodology
Basic scenarioSensitivity analysis
Results:Results:Pure on-demand protocols (DSR and AODV) perform betterProactive protocols seem to perform betterProactive protocols seem to perform betterin stressed scenariosDSR normally performs better than AODV
s A
d H
oc
DSR normally performs better than AODV Source routing could be a good option ...
TORA achieve highly reliability by
alám
bric
as
g y y yconsuming more energy than othersproposal
Red
es I
na
Future Work ...
009
12Propuestas del Grupo GRC (II)
MIT
200
8/20
[Kim2003] Dongkyun Kim, J.J. Garcia-Luna-Aceves, Katia Obraczka, Juan Carlos Cano, Pietro Manzoni, "Routing Mechanisms for Mobile Ad Hoc Networks based on the Energy Drain Rate", IEEE Transactions on Mobile Computing, Vol. 2, No. 2, April-June 2003, pp. 161-173.M
Objectives at the network layer:S l t th b t th t t d t k t
on Mobile Computing, Vol. 2, No. 2, April June 2003, pp. 161 173.
Select the best path to route data packetsMinimizing the total transmission power needed to route data packetsMaximizing the lifetime of all individual nodes
Power-aware route selection schemes:MTPR (Minimum Transmission Power Routing) [Scott96] MMBCR (Min-Max Battery Cost Routing) [Singh98]CMMBCR (Conditional Max-Min Battery Capacity Routing) [Toh01]
MDR (Minimum Drain Rate Routing) [Kim2003]
s A
d H
oc
MDR (Minimum Drain Rate Routing) [Kim2003]
[Scott96] K Scott and N Bambos "Routing and channel assignment for low power transmission in PCS "
alám
bric
as [Scott96], K. Scott and N. Bambos, Routing and channel assignment for low power transmission in PCS, IEEE ICUPC, 1996.
[Singh98], S. Singh, M. Woo, and C. S. Raghavendra, "Power-aware with Routing in Mobile Ad Hoc Networks," IEEE/ACM Mobicom, 1998.
Red
es I
na
[Toh01], C.-K. Toh, "Maximum Battery Life Routing to Support Ubiquitous Mobile Computing in Wireless Ad Hoc Networks," IEEE Communications Magazine, June, 2001.
009
13Minimum Total Transmission Power Routing (MTPR)
MIT
200
8/20
ObjectiveReduce the total energy consumed along a routeM Reduce the total energy consumed along a route
MTPR AlgorithmLet the total transmission power along a route rd = n0 n1 ndLet the total transmission power along a route rd n0, n1, …, nd
Where T(ni, nj) denotes the energy consumed in transmitting over the o u d a g ohop (ni, nj).
MTPR selects the optimal route (ro) as:
Wh r i h f ll ibl
s A
d H
oc
Where r* is the set of all possible routes.
alám
bric
as
MTPR drawbacksIt makes us worry about the lifetime of each node
Red
es I
na It makes us worry about the lifetime of each node
009
14Min-Max Battery Cost Routing (MMBCR)
MIT
200
8/20
ObjectiveAvoid the use of those routes with nodes having the least battery capacity.
M
g y p y(It tries to make sure that no node is overused)
MMBCR Algorithm( )Let ci(t) the battery capacity of node ni at time t
fi(t) = 1/ci(t) Battery cost function of node nifi(t) 1/ci(t) , Battery cost function of node ni
, Route cost of a route rj = n0, n1, …, nd
MMBCR selects the optimal route (ro) as:
s A
d H
oc
C d b k
Where r* is the set of all possible routes.
alám
bric
as MMBCR drawbacksIt does not minimize the total transmission power over a routeIt tries to distribute energy consumption evenly but can make many nodes
Red
es I
na It tries to distribute energy consumption evenly, but can make many nodes
consume their energy because of longer paths.
009
15 Conditional Max-Min Battery Capacity Routing(CMMBCR)
MIT
200
8/20
( )
ObjectiveProlong the lifetime of nodes and reduce the total transmissionM Prolong the lifetime of nodes and reduce the total transmission power consumed per packet
CMMBCR AlgorithmCMMBCR Algorithm, Route cost of a route rj where ci(t) is the
battery capacity of node i .
QLet Q the set of all possible paths between src and dst
Let A the set of paths between src and dst that holds:
Where γ a given threshold
CMMBCR route selection:
s A
d H
oc If A∩Q != ∅, select a route in A∩Q, using MTPR protocol
Otherwise , select a route in Q using MMBCR protocol
CMMBCR d b k
alám
bric
as CMMBCR drawbacksThe performance depends on the value of γIt is not easy to select according to the two objectives above
Red
es I
na It is not easy to select γ according to the two objectives above
009
16Motivation
MIT
200
8/20
We cannot guarantee that the nodes with high remaining power will survive without power breakage even whenM power will survive without power breakage, even when heavy traffic is passing through the node.
Remaining B P (RBP)
Remaining B tt P
i j
s A
d H
oc
Battery Power(RBP) Battery Power
alám
bric
as
Compare Drain Rates
Red
es I
na p
009
17A New Cost Function Based on Drain Rate
MIT
200
8/20
Traffic load information + Residual Battery CapacityCandidate Traffic load informationM Candidate Traffic load information
Number of packets buffered in the node’s queue
It is not trivial to devise an efficient cost function that combines theIt is not trivial to devise an efficient cost function that combines the buffer information with the remaining battery power.Drain Rate (DR)
The rate at which energy gets dissipated at a given node
A new cost function using drain rate
s A
d H
oc
A new cost function using drain rateWhen the remaining battery of node (i) is exhausted
alám
bric
asR
edes
In
a
009
18Minimum Drain Rate (MDR) Routing
MIT
200
8/20
ObjectiveExtend both nodal battery life and connection lifetime
M
yMDR Algorithm
Let ci cost value of node niLet ci cost value of node ni
, Route cost of a route rp = n0, n1, …, nd
MDR selects the optimal route (rM) as:
Where r* is the set of all possible routes.
s A
d H
oc
MDR drawbacks
alám
bric
as
It does not minimize the total transmission power over a routeSolution :
Conditional Version of MDR similar to CMMBCR in threshold based way
Red
es I
na Conditional Version of MDR similar to CMMBCR in threshold based way
009
19Implementation Details
MIT
200
8/20
We use DSR as the base routing protocolDSR ProtocolM DSR Protocol
Route Discovery Process Route MaintenanceRoute Maintenance
We modified the Route Discovery process of DSR to implement MTPR MMBCR and MDRimplement MTPR, MMBCR and MDR
ObservationsEach intermediate node inserts in the Source Route information on it energy costThe source node will select the optimal route among all the possible
s A
d H
oc
The source node will select the optimal route among all the possible routesThe source node periodically refreshes its routes and gets new routes that represent current power condition
alám
bric
as represent current power conditionWe avoid using DSR cache optimization
Red
es I
na
009
20Modified Route Discovery Process
MIT
200
8/20
DestinationN2
N8
N1-N2 +N1-N2-N5 +M N5 N8
N1 +N1 N2 N5 +
N1-N3-N4-N7 +
N1 N7Source
N1 +N1-N3-N4 +
N1-N3-N4 + N1 N3 N4 N7 +
N4N1-N3 +N1-N3-N4-N6 +N1 Route Cache
N1-N2-N5-N8: E.CostN1 N2 N5 N4 N7 N8 E C t
RREQUESTN3 N6
N1 N3 N4 +
s A
d H
oc
N1-N2-N5-N4-N7-N8: E.CostN1-N2-N5-N4-N6-N7-N8: E.CostN1-N3-N4-N7-N8: E.CostN1 N3 N4 N5 N8 E C
RREPLYN1-N3-N4 +
— Source node
alám
bric
as N1-N3-N4-N5-N8: E.Cost Source nodeSelect the optimal routePeriodically refreshes its Route Cache
Red
es I
na
009
21Energy Consumption Model
MIT
200
8/20
Lucent WaveLAN 2 Mb/sReceiving mode (240 mA), Transmitting mode (280 mA)M Receiving mode (240 mA), Transmitting mode (280 mA)
Energy consumed when nodes Send/Receive a packet (5 volt)NIC characteristics Packet size Bandwidth Energy supplyNIC characteristics, Packet size, Bandwidth, Energy supply
Energy modelE (p) = (280mA*5V*size(p))/2*106Etx(p) = (280mA 5V size(p))/2 10Erx (p) = (240mA*5V*size(p))/2*106
Eo (p) = Erx (p)
Energy consumed at node ni
s A
d H
oc With overhearing:
alám
bric
as Without overhearing:
Red
es I
na
009
22Resultados obtenidos
MIT
200
8/20
Expiración de las estacionesMMBCR tili l id d t l d l b t í di t ib iM MMBCR utiliza la capacidad actual de las baterías para distribuir las rutas utilizadas entre las estacionesMDR evita el consumo excesivo de energía de estaciones críticasMDR evita el consumo excesivo de energía de estaciones críticas, prolongando el tiempo de vida de las estaciones con respecto a MTPR y MMBCRy
45
50
MTPRMMBCR
40
45
s op
erat
ivas MDR
Resultados obtenidos son coherentes con los presentes en la l
s A
d H
oc
30
35
de e
stac
ione
sliteratura Parecen indicar que este tipo de protocolos prolongan el tiempo de
alám
bric
as
20
25
Núm
ero
dprotocolos prolongan el tiempo de operación de las estaciones de una red adhoc
Red
es I
na
15100 200 300 400 500 600 700 800
Tiempo de simulación (s)
009
23Simulations Results: Static Dense Network
MIT
200
8/20
Node expiration time MTPR cannot guarantee the lifetime of nodes.
M
MMBCR evenly distributes the energy consumption among nodes with residual capacity.Connection expiration time
MTPR allows the connection to survive longer than MMBCR due to abundant alternative a o s e co ec o o su e o ge a C due o abu da a e a eroutes.MMBCR suffers the short lifetime of connections.
When considering overhearing, all approaches behave similarWhen considering overhearing, all approaches behave similarMDR offers a good tradeoff among Node and Connection expiration time
s A
d H
ocal
ámbr
icas
Red
es I
na
009
24Simulations Results: Dynamic Dense Network (10 m/s)
MIT
200
8/20
Node expiration time MTPR presents the worst performance due to the concentration of traffic.
M
When considering overhearing, all the protocols behave almost the same.Connection expiration time
MTPR behaves the best because it can use many alternative routesMTPR behaves the best, because it can use many alternative routes. MTPR has the highest variation among the connection expiration times
Again, MDR offers a good tradeoff among Node and Connection expiration time
s A
d H
ocal
ámbr
icas
Red
es I
na
009
25Investigating the Energy Consumption
MIT
200
8/20
The energy consumption highly depends on overhearing activitiesOverhearing problem
M
Techniques to reduce the energy expenditure are needed– Switching off Network Interface CardsSwitching off Network Interface Cards
s A
d H
ocal
ámbr
icas
Red
es I
na
009
26Análisis detallado de las soluciones propuestas
MIT
200
8/20
Los resultados obtenidos dependen del modelo de consumo de energía utilizado !!!M modelo de consumo de energía utilizado !!!
Un análisis detallado:
1 El consumo del interfaz inalámbrico depende del modo de1. El consumo del interfaz inalámbrico depende del modo de operación
Recepción Transmisión Idle y SleepRecepción, Transmisión, Idle y Sleep2. El proceso de recepción incluye dos actividades
Recepción de datos propios + Sobre-escucha (overhearing)
s A
d H
oc
Recepción de datos propios + Sobre escucha (overhearing)
alám
bric
asR
edes
In
a
009
27Tasas de consumo de interfaces comerciales
MIT
200
8/20
Tarjeta ORINOCO/IEEE Turbo 11 Mb PC CardTransmisión 1400 mWM Transmisión 1400 mWRecepción y overhearing 1200 mWSleep Varios modos de bajo consumo 75 mWSleep Varios modos de bajo consumo 75 mWIdle ¿Especificaciones?
Estudios experimentales 1100mW [Feeney01]Estudios experimentales 1100mW [Feeney01]
s A
d H
oc
IdlTx
alám
bric
as Idle IdleTx Rx
Red
es I
na
[Feeney01] , L. Feeney and M. Nilsson, “ Investigating the Energy Consumption of a Wireless Network Interface in an Ad Hoc Networking Environment,” IEEE INFOCOM 2001, Anchorage.
009
28Nuevo modelo de consumo de energía del NIC
MIT
200
8/20
Se ha incorporado al modelo anterior el consumo debido a las operaciones en modo Idle y de overhearing de lasM las operaciones en modo Idle y de overhearing de las estaciones
ORINOCO/IEEE Turbo 11 Mb PC, 11Mbps
Etx(p) = 1400 mW * tpErx(p) = 1200 mW * tp
s A
d H
oc
rx(p) pEover(p) = 1200 mW * tpEidle(t) = 1100 mW * t
alám
bric
asR
edes
In
a
009
29Nuevos resultados
MIT
200
8/20
Expiración de las estacionesT d l i bti lt d i ilM Todos los mecanismos obtienen resultados similares
Con la tecnología 802.11 estos protocolos por si solos
s A
d H
oc
p pno permiten reducir el consumo de energía de las
t i d l d
alám
bric
as estaciones de la red
Red
es I
na
009
30Conclusiones obtenidas
MIT
200
8/20
Tasa de consumo: 1:12:14:20
M
Sl idl ió i ióSleep : idle : Recepción : Transmisión
L i t f d d t l t d l tiLos interfaces de red se encuentran la mayor parte del tiempo en modo IdleLa única forma de reducir el consumo es utilizar técnicas basadasLa única forma de reducir el consumo es utilizar técnicas basadas en la utilización del modo SleepSin embargo en una red ad hoc una estación siempre puede ser
s A
d H
oc
Sin embargo, en una red ad hoc, una estación siempre puede ser requerida como estación encaminadora, y la utilización del modo Sleep podría afectar negativamente a las actividades de
alám
bric
as encaminamiento
Red
es I
na
009
31Conclusiones obtenidas
MIT
200
8/20
Tasa de consumo: 1:12:14:20
M
Sl idl ió i ióSleep : idle : Recepción : Transmisión
Se requieren técnicas que integren aspectos deSe requieren técnicas que integren aspectos deSe requieren técnicas que integren aspectos de Se requieren técnicas que integren aspectos de encaminamiento con algoritmos de reducción de consumo y encaminamiento con algoritmos de reducción de consumo y algoritmos de control de topología que permitan la utilizaciónalgoritmos de control de topología que permitan la utilización
s A
d H
oc
algoritmos de control de topología que permitan la utilización algoritmos de control de topología que permitan la utilización del modo Sleep sin afectar a las actividades de del modo Sleep sin afectar a las actividades de
encaminamientoencaminamiento
alám
bric
asR
edes
In
a
009
32Power Management in IEEE 802.11 Standard
MIT
200
8/20
Ms
Ad
Hoc
alám
bric
asR
edes
In
a
009
33Power Management in IEEE 802.11
MIT
200
8/20
Power management modesA ti d (AM)M Active mode (AM)Power Save mode (PS)
P t i 802 11Power management in 802.11In infrastructure network vs. ad hoc network
Basic IdeaAP or source hosts buffer packets for hosts in PS mode.
AP or sources send TIM periodically.
s A
d H
oc – TIM = traffic indication map (a partial virtual bitmap associated with station id)
TIM is associated with beacon.
alám
bric
as TIM is associated with beacon.
Hosts in PS mode only turn on antenna when necessary.Hosts in PS mode only “wake up” to monitor TIM.
Red
es I
na
009
34TIM types and Synchronization
MIT
200
8/20
TIM TypesTIM :M TIM :
Transmitted with every beacon (for Unicast)
Delivery TIM (DTIM):Transmitted less frequently (every DTIM_interval) For sending buffered (broadcast packets)
Ad hoc TIM (ATIM):( )Transmitted in ATIM-Window by stations who want to send buffered packetsStructured the same as TIM
SynchronizationTime Synchronization Function: assures AP and Power save stations are
s A
d H
oc
Time Synchronization Function: assures AP and Power save stations are synchronized.
A timestamp used to be synchronizedTSF timer keeps running when stations are sleeping
alám
bric
as TSF timer keeps running when stations are sleeping
Red
es I
na
009
35 Basic Idea:An Illustration Example
MIT
200
8/20
pM
s A
d H
ocal
ámbr
icas
Each node configures its wake-up period
Red
es I
na
009
36Power Saving SequencesM
IT 2
008/
20
802.11 stations shut down the radio transceiver and sleeping periodically to increase battery life.M p y yDuring sleeping periods, access points buffer any unicast frames for sleeping stations.These frames are announced by subsequent Beacon frames.To retrieve buffered frames, newly awakened stations use PS-Pollframesframes.
Access SequencesqImmediate response
AP can respond immediately to the PS-Poll. PS-Poll frame contains an Association ID in the Duration/ID field so AP can determine
s A
d H
oc
PS Poll frame contains an Association ID in the Duration/ID field so AP can determine which frames were buffered for the MS.
Immediate response with fragmentationIf the buffered frame is large, it may require fragmentation.
alám
bric
as
g , y q gDeferred response
After being polled, the AP may decide to respond with a simple ACK.AP may do regular DCF activities
Red
es I
na AP may do regular DCF activities
the PS station must remain awake until it is delivered
009
37Power Management in Infrastructure Mode
MIT
200
8/20
All traffic for MSs must go through APs, so they are an ideal location to buffer trafficM to buffer traffic.APs are aware of MSs’ power management state.APs have two power management-related tasksAPs have two power management related tasks.
Determine whether a frame should be deliveredAnnounce periodically which stations have frames waiting for p y gthem.
Stations only need to power up i t li t t th b ff t t dreceiver to listen to the buffer status and
transmitter to transmit polling frames after being informed.
s A
d H
ocal
ámbr
icas
Red
es I
na
009
38Assumptions and ModelsM
IT 2
008/
20
Assumptions:TIM i t l (b i t l) d DTIM i t l k b llM TIM interval (beacon interval) and DTIM interval are known by all hosts
Requires time synchronizationRequires time synchronization
Stations in PS mode are known or can be predicted.Two Operational Models:Two Operational Models:
Under DCF (contention-based)Under PCF (contention-free)
s A
d H
ocal
ámbr
icas
Red
es I
na
009
39Under DCF (Infrastructure Mode)
MIT
200
8/20
Basic assumption:Use CSMA/CA to access the channelM Use CSMA/CA to access the channelRTS, CTS, ACK, PS-Poll are used to overcome the hidden-terminal problem
O i f TIMOperations of TIM (in DCF)
AP periodically broadcasts beacon with TIM.Hosts in PS must wake up to check TIM.
h k f hCheck for their IDs.If found having packets buffered in AP, send PS-Poll to AP (by contention?).
s A
d H
oc
contention?).Otherwise, go back to PS mode.
AP replies PS-poll with ACK.
alám
bric
as The receiver must remain in active mode until it receives the packet.AP uses CSMA/CA to transmit to stations.
Red
es I
na
009
40Listen Interval
MIT
200
8/20
Listen IntervalThe number of Beacon periods for which the mobile station may choose toM The number of Beacon periods for which the mobile station may choose to sleep.One of the key parameter used in estimating the resources required to support an association.an association.
Longer listen intervals require more buffer space on the AP.If a MS fails to check for waiting frames after each listen interval, they may be discarded without notification.
To retrieve buffered frames, MS PS P ll t l
s A
d H
oc
MSs use PS-Poll control frames.The buffered frames must b iti l k l d d
alám
bric
as be positively acknowledged before it is removed from buffer.
Red
es I
na
009
41Traffic Indication Map
MIT
200
8/20
If multiple frames are buffered for a MS, then the More Data bit in the Frame Control field is set to 1M the Frame Control field is set to 1.MSs can then issue additional PS-Poll to AP until More Data bit is set to 0.After transmitting the PS-Poll, a mobile station must remain awake until either
The polling transaction has concluded orThe bit corresponding to its AID is no longer set in the TIM
When multiple stations have buffered frames, stations use the random backoff algorithm before transmitting the PS-Poll.
s A
d H
oc
random backoff algorithm before transmitting the PS Poll.
alám
bric
asR
edes
In
a
009
42Buffered Frame Retrieval Process for Two Stations
MIT
200
8/20
Ms
Ad
Hoc
Station 1 has a listen interval of 2 while Station 2 has a listen
alám
bric
as Station 1 has a listen interval of 2 while Station 2 has a listen interval of 3.
Red
es I
na
009
43 Delivering Multicast and Broadcast Frames: the Delivery TIM (DTIM)
MIT
200
8/20
( )
Frames are buffered whenever any station associated is sleeping.Buffered broadcast and multicast frames are saved used AID = 0M Buffered broadcast and multicast frames are saved used AID = 0.APs set the first bit in the TIM to 0.At a fixed number of Beacon intervals, a DTIM is sent. ,Buffered broadcast and multicast traffic is transmitted after a DTIM Beacon.
If TIM i di t f b ff dIf TIM indicates frame bufferedstation sends PS-Poll and stays awake to receive data. - else station sleeps again
s A
d H
ocal
ámbr
icas
Red
es I
na
009
44Under PCF (Infrastructure Mode)
MIT
200
8/20
Basic Assumption:Point coordinator uses CF-Polling to access the channel.M Point coordinator uses CF Polling to access the channel.AP only maintains the CF-Pollable stations.
AP t ll t ti i PS d fi tAP must poll stations in PS mode first
b d b hAP broadcasts beacon with TIM.Hosts in PS mode checks TIM for their IDs.
If there are buffered packets in AP the host must remain in Active Mode untilIf there are buffered packets in AP, the host must remain in Active Mode until being polled.O/w, the station goes back to PS mode.
Th AP ll th PS t ti
s A
d H
oc
Then AP polls those PS stations.When being polled, the station (in PS mode) sends PS-Poll to AP.
Then AP sends buffered packets to the station
alám
bric
as Then AP sends buffered packets to the station.
Red
es I
na
009
45Buffered Frame Retrieval in PCF
MIT
200
8/20
Beacon_
M
M oll
TIM TIM
Interval
a ata
oll
TI PoAP
Dat
a
Da
Po
S-po
llSTA 1 inPS d AC
K
PSPS mode A
s A
d H
oc STA 2 inPS mode PS
-pol
l
ACK
alám
bric
asR
edes
In
a
009
46Operations of DTIM in PCF
MIT
200
8/20
All CF-pollable stations need be in Active Mode when AP broadcasts DTIMM broadcasts DTIM.Immediately after DTIM, AP sends out the buffered b d t/ lti t k tbroadcast/multicast packets.
Data
Beacon_
DTIM
road
cast
TI M TI M
I nt er val
D Br
AP
s A
d H
oc
STA 1 i nPS mode
alám
bric
as
STA 2 i
S ode
Red
es I
na STA 2 i n
PS mode
009
47Power Management in Ad Hoc Mode
MIT
200
8/20
Power management is less efficient.F f th b d i l d th d t th t thM Far more of the burden is placed on the sender to ensure that the receiver is active.Receiver must also be more available and cannot sleep for theReceiver must also be more available and cannot sleep for the same lengths of time.
ATIM: Announcement TIMThe ATIM frame is a message to keep the transceiver on becauseThe ATIM frame is a message to keep the transceiver on because there is a pending data frame.All stations in an IBSS listen for ATIM frames during specified
s A
d H
oc
All stations in an IBSS listen for ATIM frames during specified periods after Beacon transmissions.Stations that do not receive ATIM frames are free to conserve
alám
bric
as power.
Red
es I
na
009
48ATIM Usage
MIT
200
8/20
Ms
Ad
Hoc
alám
bric
asR
edes
In
a
009
49PS in Ad Hoc Mode
MIT
200
8/20
Assumptions:ATIM i t l (b i t l) & ATIM i d k b llM ATIM interval (beacon interval) & ATIM window are known by all hostsEach station predicts which stations are in PS modeEach station predicts which stations are in PS mode
¿How, not mentioned in the standard?
The network is fully connectedThe network is fully connected
Basic Method:CSMA/CA is used to access the channelCSMA/CA is used to access the channel.RTS, CTS, ACK, PS-Poll are used to overcome hidden terminal.
s A
d H
ocal
ámbr
icas
Red
es I
na
009
50Operation of ATIM (1)
MIT
200
8/20
All stations should be in active mode during ATIM window.h i hi h l i b k ff dM The station which completes its backoff procedure
broadcasts a beacon.Sending beacon is based on contention.Any beacon starts the ATIM window.Once a beacon is heard, the rest beacons are inhibited.
In ATIM window, each source station having buffered packets to be sent contends to send out its ATIM.
s A
d H
oc If a host finds it is in the ATIM name list, Send an ACK to the sender.
alám
bric
as Remain in the ACTIVE mode throughout the beacon interval.
If the host is not in the name list, it can go back to the PS mode
Red
es I
na it can go back to the PS mode.
009
51Operation of ATIM (2)
MIT
200
8/20
After ATIM window, All t ti CSMA/CA t d th b ff d k tM All stations use CSMA/CA to send the buffered packets.Only those hosts who have ACKed the ATIM have such opportunityopportunity.
The ATIM window is the only IBSS-specific parameter.S tti it t 0 id i tSetting it to 0 avoids using any power management.
If the beacon is delayed due to a traffic overrun, the bl ti f th ATIM i d h i kuseable portion of the ATIM window shrinks.
s A
d H
ocal
ámbr
icas
Red
es I
na
009
52ATIM Example
MIT
200
8/20
A station is permitted to sleep only if it neither transmits nor receives an ATIMM nor receives an ATIM.When a station stays up due to ATIM traffic, it remains
ti til th l i f th t ATIM i dactive until the conclusion of the next ATIM window.
ATIM frames may be transmitted only during the ATIM window.ACKs are required for unicast ATIM frames.ACKs are not required for
lti t ATIM f
s A
d H
oc
multicast ATIM frames.
alám
bric
asR
edes
In
a
009
53Open Problems
MIT
200
8/20
SynchronizationTi S h i ti i I f t t BSSM Timer Synchronization in an Infrastructure BSS
Beacon contains TSFStation updates its with the TSF in beacon.
Timer Synchronization in an IBSSDistributed. Starter of the BSS send TSF zero and increments.Each Station sends a BeaconEach Station sends a Beacon
– Station updates if the TSF is bigger.
clock drift (asynchronous)
Handover802.11 only allows hard handover (thus, causing long delay)
T f h d STA f l AP’
s A
d H
oc
To support soft handover, a STA must frequently scan new AP’sCombine Power Saving Periods with Scanning
Performance impact of ATIM length
alám
bric
as Performance impact of ATIM length
More work must be done in Ad Hoc Mode
Red
es I
na More work must be done in Ad Hoc Mode
009
54Propuestas del Grupo GRC (III)
MIT
200
8/20
[Cano2006] Juan-Carlos Cano, Pietro Manzoni, Dongkyun Kim, C.K. Toh, "A Low-Complexity Routing Algorithm with Power Control for Self-Organizing Short-Range Wireless Networks", Wireless Personal Communications.M Communications.
We propose a hierarchical cluster-based protocol architecture that integrates routing aspects with energy saving issues
We start the proposal for Mobile Ad Hoc Networks (MANETS)Our long term objective is to propose a protocol architecture that integrate in aOur long term objective is to propose a protocol architecture that integrate in a connected bounded environment PAwNs and LAwNs
s A
d H
ocal
ámbr
icas
Red
es I
na
009
55Solución propuesta
MIT
200
8/20
Mobile Network Framework (MNF)
M
( )Algoritmo de control de topología de la redAlgoritmo de control de energía g gAlgoritmo de encaminamiento
Al it d t l d t l í d l dAlgoritmo de control de topología de la red Objetivo: permita utilizar técnicas de consumo eficiente sin afectar a las actividades de encaminamiento
s A
d H
oc
afectar a las actividades de encaminamientoAgrupa las estaciones de la red alrededor de una estación denominada cluster leader (CL) creando una estructura de
alám
bric
as denominada cluster leader (CL) creando una estructura de clusters
Red
es I
na
009
56Solución propuesta
MIT
200
8/20
Mobile Network Framework (MNF)M Mobile Network Framework (MNF)Algoritmo de control de topología de la redAlgoritmo de control de energíaAlgoritmo de control de energía Algoritmo de encaminamiento
Algoritmo de control de energía Objetivo: reducir el consumo de energía de las estaciones de
s A
d H
oc
j gla red.Utilizará la estructura de clusters para:
alám
bric
as Reducir el consumo debido a las actividades de overhearingReducir el consumo debido a las actividades en modo Idle
Red
es I
na
009
57Solución propuesta
MIT
200
8/20
Mobile Network Framework (MNF)M Mobile Network Framework (MNF)Algoritmo de control de topología de la redAlgoritmo de control de energíaAlgoritmo de control de energía Algoritmo de encaminamiento
Algoritmo de encaminamiento Objetivo: Encaminar paquetes entre estaciones de la red de
s A
d H
oc
Objetivo: Encaminar paquetes entre estaciones de la red de forma eficienteUtilizará la estructura de clusters para
alám
bric
as Utilizará la estructura de clusters para Realizar el encaminamiento dependiendo de la posición relativa de las estaciones en la red
Red
es I
na
– Utiliza un mecanismos de broadcast eficiente
009
58Arquitectura MNF propuesta
MIT
200
8/20
M
Arquitectura basada en clusters con dos niveles:
Nivel de dominio y nivel de clusterNivel de dominio y nivel de cluster
Criterios de diseño:Nivel de cluster:
– Algoritmo de clustering de 1 salto que beneficie el tráfico local entre miembros del grupo
Nivel de dominio:– Algoritmo de encaminamiento
s A
d H
oc
gbasado en mecanismos de difusión eficiente
alám
bric
asR
edes
In
a
009
59Algoritmo de control de topología de la red
MIT
200
8/20
MNF considera DOMINIOS áreas limitadas (campus universitarios, centros de convenciones ...) donde se concentran estaciones con M )comunicación inalámbrica
MNF considera un cluster como un grupo de estaciones cuya distancia máxima entre dos estaciones cualesquiera es 1 (MODELO DE COMUNICACIÓN EN GRUPO) )
Cada uno de los cluster tiene una estación especial denominada Cluster Leader (CL) que actúa como estación coordinadora del clusterLeader (CL) que actúa como estación coordinadora del cluster
– Ejecuta los procedimientos de mantenimiento del cluster– Permite los mecanismos de bajo consumo
l l i id d d i i
s A
d H
oc
– Implementa las actividades de encaminamiento
La estación CL se distribuye utilizando un algoritmo que permita prolongar el tiempo de funcionamiento de todas las estaciones del
alám
bric
as cluster
Red
es I
na
009
60Creación de clusters
MIT
200
8/20
• ObjetivoM• Objetivo— Crear una estructura de cluster estable
• Mecanismo — Inicialmente cada estación crea un nuevo
cluster actuando como Cluster LeaderCluster Leaders envían periódicamente— Cluster Leaders envían periódicamente paquetes HELLO
— Las estaciones se unen o abandonan un cluster en función de:cluster en función de:
Tamaño del cluster y posición relativa
• Condiciones del cluster
s A
d H
oc — A) Una estación esta de forma estableen el estado Leader Leader o el estado NodeNode
— B) Solamente una estación actúa como
alám
bric
as B) Solamente una estación actúa como estación leader Cluster LeaderCluster Leader
— C) Todas las estaciones conocen a la estación Cluster Leader
Red
es I
na estación Cluster Leader
— D) Una estación solo pertenece a un cluster
009
61Distribución de la tarea de CL
MIT
200
8/20
ObjetivoDistribuir la estación CL entre todas las estaciones del cluster paraM Distribuir la estación CL entre todas las estaciones del cluster para no sobrecargar una estación individual y prolongando el tiempo de operación de las estaciones
Se utiliza un índice de consumo similar al utilizado por el algoritmo de selección de rutas MDR
s A
d H
ocal
ámbr
icas
Red
es I
na
009
62Distribución de la tarea de CL
MIT
200
8/20
Mecanismo:Cada estación mide la energía consumida durante T segundosM Cada estación mide la energía consumida durante T segundosEvalúa la tasa de consumo considerando valores de consumo actuales y pasados
Cada estación estima el tiempo de expiración de la batería en función deCada estación estima el tiempo de expiración de la batería en función de la tasa de consumo y la capacidad de batería actual
Las estaciones CL envían periódicamente su tiempo de expiración como
s A
d H
oc
Las estaciones CL envían periódicamente su tiempo de expiración como parte del mensaje HELLO Las estaciones del cluster con un tiempo de expiración mayor pueden
li it l t ió CL j LEADER REQUEST
alám
bric
as solicitar ser la nueva estación CL con un mensaje LEADER REQUESTSe deben cumplir las 4 condiciones de cluster
Red
es I
na
009
63Detalles de implementación
MIT
200
8/20
La versión actual del algoritmo de control de topología utiliza 7 mensajes diferentesM utiliza 7 mensajes diferentes
Hello, Bye, Add, Lost, Ready, Leader y DataRequiere que cada estación almacene una estructura deRequiere que cada estación almacene una estructura de datos Cluster Control Block (CCB) con la siguiente información
Estado de la estación. (ccb.status)Tamaño del cluster. (ccb.size)Identificador de la estación CL del cluster. (ccb.clid)Identificadores de las estaciones miembros del cluster. (ccb.mlist)Id tifi d d l t ió tá j t d l
s A
d H
oc
Identificador de la estación que está ejecutando los procedimientos de unión con el cluster. (ccb.add)Índice de tasa de consumo de la estación. (ccb.mdr)
alám
bric
as Índice de tasa de consumo de la estación. (ccb.mdr)
Red
es I
na
009
64Consideraciones del algoritmo de topología
MIT
200
8/20
Clusters versus grupos de estacionesL l it d t l d l t l í d l d b d lM Los algoritmos de control de la topología de la red basados en la utilización de clusters se adaptan a aquellas aplicaciones que se caracterizan por una agrupación lógica en gruposcaracterizan por una agrupación lógica en grupos
Grupos de rescate en áreas catastróficasAsistentes a reuniones de trabajo
En estos entornos el movimiento en grupo de las estaciones reduce el número de cambios de la topología de la red
s A
d H
ocal
ámbr
icas
Red
es I
na
009
65Consideraciones del algoritmo de topología
MIT
200
8/20
Algoritmo de control de topología de MNFE tá i l t di ñ d tili ió tM Está especialmente diseñado para su utilización en entornos que utilizan modelos de movimiento en grupoEn estos entornos el tráfico de la red presenta características deEn estos entornos el tráfico de la red presenta características de una alta localidad. Este enfoque permite su aplicación directa en un amplio rango deEste enfoque permite su aplicación directa en un amplio rango de escenarios reales
Entornos de reciente interés entre la comunidadEntornos de reciente interés entre la comunidad investigadora
Journal on Communications and Networks. Call for paper July
s A
d H
oc
p p y2004, special issue on group communication in MANETs
alám
bric
asR
edes
In
a
009
66Algoritmo de control de energía
MIT
200
8/20
ObjetivoUtili l t l í d l d b d l tM Utilizar la topología de la red basada en clusters para implementar técnicas de consumo eficiente de energía que permitir reducir de energía de aquellas operaciones quepermitir reducir de energía de aquellas operaciones que presentan un mayor consumo del interfaz inalámbrico
Consumo de las actividades de overhearinggConsumo en modo Idle
s A
d H
ocal
ámbr
icas
Red
es I
na
009
67Problema de las actividades de overhearing
MIT
200
8/20
El t t l d d d l ti id d d ióM El consumo total depende de las actividades de recepciónActividades de recepción = Recibir + Overhearing
Problema del OverhearingProblema del Overhearing
Totalenergy = Energytx + N * Energyrx. (N=número de vecinos)( )
s A
d H
ocal
ámbr
icas
Red
es I
na
009
68Reducción del consumo de overhearing
MIT
200
8/20
Idea básica:R d i l í id l ti id d d O h iM Reducir la energía consumida por las actividades de Overhearingde los paquetes de datos
MecanismoMecanismo El mecanismo debe permitir que las estaciones puedan desactivar su interfaz de redsu interfaz de red
¿Cuándo?, ¿Por cuánto tiempo? ¿Cuándo?, ¿Por cuánto tiempo? – Información del protocolo MAC IEEE 802.11p
s A
d H
ocal
ámbr
icas
Red
es I
na
009
69Reducción del consumo de overhearing
MIT
200
8/20
Cada estación de un cluster que detecta el intercambio de paquetes RTS/CTSM paquetes RTS/CTS
Identifica la dirección de la estación destinoE i l i t bi d d t ( h d lEspera que comience el intercambio de datos (escuchando la cabecera del paquete)Si no es la estación destino:Si no es la estación destino:
Inhabilita su interfaz de red durante la transmisión de los datos
s A
d H
ocal
ámbr
icas
Red
es I
na
009
70Consideraciones del mecanismo
MIT
200
8/20
La evaluación realizada de este mecanismo indica que se requiere de una transición on off on por cada uno de losM requiere de una transición on-off-on por cada uno de los paquetes de datos transmitidos
El coste de las transiciones afectan al mecanismoEl coste de las transiciones afectan al mecanismoEl mecanismo no reduce el consumo de las operaciones en modo IdleIdle
s A
d H
oc
Mecanismo de sincronización a nivel de clusterMecanismo de sincronización a nivel de cluster
alám
bric
asR
edes
In
a
009
71Sincronización a nivel de cluster
MIT
200
8/20
ObjetivoPermitir la reducción de energía debido a la actividad en modo Idle,M Permitir la reducción de energía debido a la actividad en modo Idle, permitiendo que las estaciones permanezcan en modo de bajo consumo periodos de tiempo mayores
MecanismoMecanismoLas estaciones informan a las estaciones Cluster Leader el número de periodos HELLO que permanecerá en modo de bajo consumoEn modo de bajo consumo:
La estación Cluster Leader almacena los paquetes dirigidos a las estaciones que se encuentran en modo de bajo consumoj
Cuando las estaciones se activan:La estación Cluster Leader entrega los paquetes almacenados
La estrategia final es activar o desactivar el mecanismo de reducción
s A
d H
oc
La estrategia final es activar o desactivar el mecanismo de reducción de consumo dependiendo de las características del tráfico
alám
bric
asR
edes
In
a
009
72Nuevo modelo de consumo de energía
MIT
200
8/20
ORINOCO/IEEE Turbo 11 Mb PC, 11MbpsM d l t iM Modelo anterior:
Etx(p) = 1400 mW * tpErx(p) = 1200 mW * tppEover(p) = 1200 mW * tpEidle(t) = 1100 mW * t
Se ha incorporado al modelo anterior el consumo debido a las
s A
d H
oc
Se ha incorporado al modelo anterior el consumo debido a las operaciones en modo Sleep
alám
bric
as
Esleep(t) = (75 mW * t) + (1200 mW * 5 * 10-3 * n)
Red
es I
na
t = tiempo; n = número de transiciones idle-sleep o sleep-idle
009
73Algoritmo de encaminamiento
MIT
200
8/20
FuncionamientoE i i t tili d l t i Cl t L dM Encaminamiento utilizando las estaciones Cluster LeadersMecanismos eficientes de difusión y eliminación de paquetes
O i i iOptimizacionesControl del número máximo de saltosEnergía de transmisión intra e inter-cluster
s A
d H
oc
Cluster Leader:Si destino ∈ cluster
alám
bric
as Si destino ∈ clusterAlmacenar o enviar a destino
Sino reenviar en modo broadcast
Red
es I
na
009
74Nuevo modelo de energía
MIT
200
8/20
ORINOCO/IEEE Turbo 11 Mb PC, 11MbpsS h difi d l d l d í t l d lM Se ha modificado el modelo de energía contemplando el consumo debido a la transmisión intra-cluster (80 –120 m) e inter-cluster (250 m)(250 m)
Pinter = Pe + PRF = 1200mW + 200mW = 1400mWPintra = Pe + PRF = 1200mW + 50mW = 1250mW
s A
d H
ocal
ámbr
icas
Red
es I
na
009
75Metodología de evaluación
MIT
200
8/20
Evaluar la bondad de la arquitectura MNFE l ió d l l it d t l d t l í íM Evaluación del algoritmo de control de topología y energíaEvaluación completa de MNF
Patrón de escenarioPatrón de escenario50 estaciones inalámbricas500m x 500mCluster: 80 a 100 metros
Patrón de movimiento
s A
d H
oc Random Waypoint Group Mobility Model
Patrón de tráfico12 i CBR
alám
bric
as 12 conexiones CBR, – 12 paquetes/seg (512 bytes)
70% tráfico intra cluster, 30 % inter cluster
Red
es I
na ,
009
76Generación de los modelos de movilidad
MIT
200
8/20
Se ha diseñado un generador de modelos de movimiento basados en grupos denominado grcmob ( tibl lM basados en grupos denominado grcmob (compatible con el simulador ns-2)
Random Waypoint Group Mobility ModelEste modelo extiende el modelo de movilidad de estaciones individuales ste ode o e t e de e ode o de o dad de estac o es d dua es(Random Waypoint) aplicándolo a un grupo de estaciones,Este modelo, caracteriza el movimiento de los grupos de estaciones tili d d á t l l id d á i l ti dutilizando dos parámetros: la velocidad máxima y el tiempo de espera
entre movimientos o tiempo de pausaLa utilización de un modelo de comunicación en grupo permite
s A
d H
oc
La utilización de un modelo de comunicación en grupo permite caracterizar el tráfico de la red como tráfico inter-cluster y tráfico intra-cluster
alám
bric
asR
edes
In
a
009
77La herramienta Grcmob [Grcmob04]
MIT
200
8/20
Ms
Ad
Hoc
alám
bric
asR
edes
In
a
[Grcmob04] , Juan-Carlos Cano and Pietro Manzoni, “Grcmob: a Group Mobility Scenario Generator,” code available at http://www.grc.upv.es.
009 Modeling: The CityMob tool
VANETS
MIT
200
8/20
We designed a mobility pattern generator, called CityMob. The tool allows to modify the following parameters:M The tool allows to modify the following parameters:
The model usedThe number of nodesThe number of nodesThe time simulated The maximum speed of the nodesThe size of the areaThe distance between the streetsThe number of damaged nodesThe number of damaged nodesThe size and position of the Downtown (only in DM)The probability that a node is in Downtown (only in DM)
s A
d H
ocal
ámbr
icas
Red
es I
na
78
009 Modeling: Example of the Downtown model
VANETS
MIT
200
8/20
• Models random direction changesM direction changes
• Simulates semaphores at randomsemaphores at random positions (not only in crossing), and with different delaysy
• Adds traffic density. Vehicles must move more slowly than in the outskirts
s A
d H
oc • User can change the probability of a node being located inside
alám
bric
as the downtown area
Red
es I
na
79
009
80Ejemplo de modelos de movimiento en grupo
MIT
200
8/20
Modelos implementadosM Modelos implementadosRandom Waypoint Group MobilityRandom Direction Group MobilityManhatan Group MobilityPursue Group Mobility
1 2
s A
d H
ocal
ámbr
icas
Red
es I
na
Capturas de la herramienta nam, que representa la evolución de la red de uno de los escenarios que utilizan el modelo Random Waypoint Group Mobility Model
009
81 Evaluación del algoritmoM
IT 2
008/
20
ObjetivoM ObjetivoEvaluar las prestaciones del algoritmo de topología en un escenario de dominio único con respecto a una red WLAN IEEEescenario de dominio único con respecto a una red WLAN IEEE 802.11bSe ha deshabilitado el protocolo de encaminamiento y se haSe ha deshabilitado el protocolo de encaminamiento y se ha asumido un protocolo de encaminamiento ideal
Se han estudiado cuatro configuraciones diferentes del algoritmo de control de topología
s A
d H
oc
g p gActivando o no los mecanismos de bajo consumo (S+, S-)Activando o no el algoritmo de distribución de estación CL
alám
bric
as
g(CL+, CL-)
MNFS+CL+, MNFS-CL-, MNFS+CL-, MNFS-CL+
Red
es I
na
009
82Consumo de energía: Impacto de la tasa de envío
MIT
200
8/20
Se ha variado la tasa de envío de las 12 fuentes CBR desde / dM 12, 9, 6 y 3 paquetes/segundo
Consumo de energía:MNF MNF d l d í 30%MNFS+CL- y MNFS+CL+ reducen el consumo de energía en un 30%WLAN 802.11, MNFS-CL- y MNFS-CL+ obtienen prestaciones similares (La sobrecarga del algoritmo de topología es mínima)(La sobrecarga del algoritmo de topología es mínima)
800
400
600
(Jou
les)
s A
d H
oc
200
400
Ener
gía
alám
bric
as
0
802.11 BSS 623,2625926 541,0684049 468,7876161 390,3218971
MNFs-cl- 620,9553523 539,6851729 468,0985894 390,3745141
12 paquetes/s 9 paquetes/s 6 paquetes/s 3 paquetes/s
Red
es I
na
Tasa de envío
MNFs cl , , , ,
MNFs-cl+ 620,9314065 539,4884675 468,0941381 390,3846061
MNFs+cl- 280,4185348 227,0731695 170,5181091 107,1020161
MNFs+cl+ 280,4883531 226,852906 170,5150198 107,1015691
009
83Consumo de energía por operación
MIT
200
8/20
Se ha clasificado la energía consumida en función del estado de las estaciones con la configuración MNFM estaciones con la configuración MNFS+CL-
La energía en modo Idle aumenta a medida que se reduce la tasa de envío.envío.En escenarios que no requieran elevada tasa de envío, se pueden aplicar técnicas más agresivasla energía consumida por los paquetes del algoritmo MNF solamente representan alrededor de un 0.075% del consumo total
s A
d H
ocal
ámbr
icas
Red
es I
na
009
84Tiempo de expiración de las estaciones
MIT
200
8/20
La configuración MNFS+CL+
A d di t ib i l í id t t d l t iM Ayuda a distribuir la energía consumida entre todas las estaciones que forman parte de cada cluster prolongando así el tiempo de vida de las estaciones.vida de las estaciones.
s A
d H
ocal
ámbr
icas
Red
es I
na
009
85Evaluación completa de MNF
MIT
200
8/20
ObjetivoM ObjetivoEvaluar la bondad de MNF considerando tanto el consumo de energía como las capacidades de encaminamientoSe comparan las prestaciones de MNF con respecto al protocolo DSR
Se han evaluado dos configuraciones diferentes de MNFgMNFS+ utiliza como algoritmo de topología la configuración MNFS+CL+
l l d l í l f ó
s A
d H
oc MNFS- utiliza como algoritmo de topología la configuración MNFS-CL+
alám
bric
asR
edes
In
a
009
86Impacto de la tasa de envío
MIT
200
8/20
Se ha variado la tasa de envío de las 12 fuentes CBR desde 12 9 6 y 3 paquetes/segundoM 12, 9, 6 y 3 paquetes/segundoConsumo de energía:
MNFS reducen el consumo de energía 21%MNFS+ reducen el consumo de energía 21%Algoritmos de control de energía + topología estable
MNFS- obtiene prestaciones similares al protocolo DSRS- p p
Tasa paquetes similar ap qDSR debido a unalgoritmo de topología
t bl
s A
d H
oc
estable
alám
bric
asR
edes
In
a
009
87Impacto de la velocidad de las estaciones
MIT
200
8/20
Se ha modificado la velocidad de las estaciones desde 1, 2, 5 hasta 10 m/sM hasta 10 m/s.
MNFS+ reduce el consumo alrededor de un 20%Paquetes entregados: depende de la interacción entre clustersPaquetes entregados: depende de la interacción entre clusters
A medida que aumente la interacción entre clusters aumenta la tasa de paquetes perdidos
El protocolo DSR mejora ligeramente la tasa de paquetes correctamente entregados con respecto a los protocolos MNFS- y MNF pero solamente en un 0 5% y un 1% respectivamenteMNFS+ pero solamente en un 0.5% y un 1% respectivamente.
s A
d H
ocal
ámbr
icas
Red
es I
na
009
88Impacto del rango de transmisión
MIT
200
8/20
Se compara el retardo medio de los paquetes de datos
M
p p qutilizando los protocolos DSR y MNFs-
Se han duplicado el número de fuentes CBRMNFS- reduce el retardo extremo extremo en un 55%MNFS- reduce la potencia de transmisión en el área de cluster, permitiendo una mayor utilización del canalpermitiendo una mayor utilización del canal
s A
d H
ocal
ámbr
icas
Red
es I
na
009
89Impacto del rango de transmisión
MIT
200
8/20
Se compara el retardo medio de los paquetes de datos
M
p p qutilizando los protocolos DSR y MNFs-
Se han duplicado el número de fuentes CBRMNFS- reduce el retardo extremo extremo en un 55%MNFS- reduce la potencia de transmisión en el área de cluster, permitiendo una mayor utilización del canalpermitiendo una mayor utilización del canal
DSR
06
CERA
6
MNFDSR
s A
d H
oc
4
5
0
37
4
50
37
alám
bric
as 1 21 2
Red
es I
na
Ptx = 1400mW Ptxcluster = 1250mW250 m 100 m
009
90Conclusiones
MIT
200
8/20
Se ha propuesto una arquitectura MNFEl aspecto más novedoso consiste en la integración del encaminamientoM El aspecto más novedoso consiste en la integración del encaminamiento con control de energía y control de topología en redes MANETs
Evaluación de prestaciones de MNFpReduce el consumo de energía en hasta un 25%Mantiene las capacidades de encaminamientoSobrecarga mínima
Mecanismos de conservación de energía Siempre hay un compromiso entre eficiencia y prestaciones Mecanismos de reducción de energía agresivos pueden afectar a otros índices de prestaciones tales el retardo extremo extremo
s A
d H
oc
índices de prestaciones tales el retardo extremo-extremoDurante el desarrollo y evaluación de la arquitectura MNF se han puesto de manifiesto algunas características directamente relacionadas con
alám
bric
as
gdicho compromiso.
Red
es I
na
009
91Trabajo futuro
MIT
200
8/20
Una vez demostrada vía simulación la bondad de la arquitectura MNF se esta trabajando en la implementaciónM arquitectura MNF, se esta trabajando en la implementación de un prototipo de la arquitectura MNF E l l l i l t ió d b iEn paralelo con la implementación se deben seguir invirtiendo esfuerzos de investigación en los siguientes aspectos:aspectos:
Estimación del tiempo en modo sleepMét d d i i ió d l tMétodos de sincronización de clusterTécnicas eficientes de broadcast como parte del protocolo de encaminamiento entre cluters
s A
d H
oc
encaminamiento entre clutersIntegración de tecnologías e interconexión con redes fijas
alám
bric
asR
edes
In
a
