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Implementation and Performance Evaluation ofNetwork Coding for Cooperative Mobile Devices
Morten V. Pedersen, Frank H.P. Fitzek and Torben Larsen
Implementação e Avaliação de Desempenho deRede Cooperativa de Codificação para Dispositivos Móveis
ICC Workshop, 2008
Michel Albonico
Roteiro
• Introdução• Fundamentos da Economia de Energia• Ambiente de Testes• Network Coding Aplicado a Dispositivos
Móveis• Conclusão• Análise Crítica
Introdução
• A Performance é medida através de throughput, delay e consumo de energia
• Sistemas puramente celular:– O dispositivo móvel é somente conectado à
estação base• Rede sem fio cooperativa:
– Além da rede celular, estabelece um link com os dispositivos próximos
Introdução
• Sistemas puramente celular:
Introdução
• Rede sem fio cooperativa:
Introdução
• Download de dados com cooperação e sem cooperação:
Introdução
• Sem cooperação:– Cada dispositivo móvel precisa receber 2
pacotes do link de cellular– Taxa de transmissão baixa– Delay e consumo de energia consideráveis
Introdução
• Cooperação I:– Dois celulares irão receber 1 pacote cada do
Link Cellular– Encaminham estes para as entidades
cooperativas– Pela rede de cooperação os pacotes são
enviados em paralelo
Introdução
• Cooperação II:– Necessita de um dispositivo intermediário
Introdução
• Cooperação e Network Coding:– Broadcast (adicionado com técnicas de
codificação) para distribuir na rede de cooperação
Introdução
• N é igual ao número de Dispositivos Móveis no cluster
• Um ambiente com N dispositivos cooperando é N vezes mais rápido que uma rede convencional
• Em caso de erro poderá haver muita retransmissão
• Network Coding diminui isso
Introdução
• Network Coding evita retransmissões• Aumenta o número de pacotes (Aumento
no consumo de energia)
Fundamentos da economia de energia
• Quatro estados para o consumo de energia:– Sending (enviando)– Receiving (recebendo)– Idle (escutando o canal, diferente de
sleeping)– Coding (codificando)
Fundamentos da economia de energia
• Foram utilizados celulares N95 e os parâmetros para o mesmo
• Consumo de energia como parâmetro muito importante
Fundamentos da economia de energia
• Rede IEEE 802.11b/g:– Utilizada para cooperação– Distancia entre 3 e 30m
Fundamentos da economia de energia
• Rede Celular (2G/3G):– Usada na comunicação com a Estacao Base– sending?
Fundamentos da economia de energia
• Rede IEEE 802.11b/g:
Fundamentos da economia de energia
• Network Coding:– Menor consumo no processo de Idle
Ambiente de Testes
• N nós dispostos ao redor de um nó interno• N + 1 (Número de nós)
Ambiente de Testes
• Um par de nós é disposto em lados opostos e tentam trocar pacotes
• Formando N/2 clusteres de cooperação
Ambiente de Testes
• Os pacotes são transmitidos em slots de tempo fixo
• Somente um nó pode utilizar o canal para transmitir
• Os nós não comunicam-se diretamente, necessitam de um nó intermediário
Ambiente de Testes
• (N + 1) estados possíveis em um slot• Somente tres possíveis estados em um
determinado slot:– sending– receiving– idle
Ambiente de Testes
• Tres casos difentes quanto à comunicação:– Pure Relaying– Pure network Coding– Network Conding in Team
Ambiente de Testes
• Pure Relaying:– Cada nó envia para o meio e este repassa
para o destino– O número de recebimentos é igual ao número
de envios– Delay igual ao número de Slots– Sender Slots = 2N
• 1 Envia / 1 Recebe (Centro) / (N - 1) Idle• Centro Envia / 1 Recebe / (N - 1) Idle
Ambiente de Testes
• Pure Relaying:
Ambiente de Testes
• Pure Network Coding:– Cada transmissão para um nó específico é
ouvida por todos os demais– O nó do meio recebe as transmissões de
todos os nós externos– Codifica todos os pacotes em um único e
envia a todos por broadcast (O pacote não ficaria muito grande?)
Ambiente de Testes
• Pure Network Coding:– A codificação habilita a requisição de um
novo pacote caso o mesmo seja perdido– Receiving = N - 1
• Todos menos o q enviou
– Sending Slots = N + 1• N – Todos enviam para o centro• 1 – O centro envia o broadcast
Ambiente de Testes
• Pure Network Coding:
Ambiente de Testes
• Network Coding in Team:– Pares pertencem a grupos– T é o número de grupos– O nó do centro recebe todos as transmissões
e cria os pacotes codificados para cada grupo– N + T Slotes para envio
• N – Todos os nós externos podem enviar• T – O nó do central envia para cada grupo
Ambiente de Testes
• Network Coding in Team:
Ambiente de Testes
• Exemplo usando 96 nós externos e 1 central (Consumo de energia)– Pure Relaying (D = 2N = 96)
sending: 192 x 1,62 = 311,04
receiving: 192 x 1,37 = 263,04
idle: 18240 x 0,979 = 17856,96
total: 18431,04 W
Ambiente de Testes
– Pure Coding (D = N + 1 = 97)
sending: 97 x 1,62 = 157,14
receiving: 9216 x 1,37 = 12625,92
idle: 96 x 0,041 = 3,936
coding: 0,593
total: 12787,59 W
Ambiente de Testes
– Pure Coding in Team (D = N + T = 100)
sending: 100 x 1,62 = 162,00
receiving: 2304 x 1,37 = 3156,48
idle: 7296 x 0,041 = 299,14
coding: 0,593
total: 3618,21 W
Ambiente de Testes
– Pure Coding in Team• Conforme cresce o número de grupos, o consumo
de energia aumenta, assim como o delay
Network Coding Aplicado a Dispositivos Móveis
• Existencia de um Servidor de Cooperação (Cooperation Server)
• Todos os dispositivos conectam ao servidor para obter acesso aos serviços
• Servidor detecta na vizinhança se alguém já teve acesso ao serviço e se este pode cooperar
Network Coding Aplicado a Dispositivos Móveis
Network Coding Aplicado a Dispositivos Móveis
• Aplicação no dispositivo móvel:– Pode conter fluxos de dados de diferentes
aplicações– Pacotes baixados são armazenados no flow
cache– Peer info: informações para os demais
dispositivos– Output queue: pacotes a serem enviados aos
outros dispositivos
Network Coding Aplicado a Dispositivos Móveis
Conclusões
• A combinação de redes wireless cooperativas e Network Coding traz benefícios em troughput, delay e consumo de energia
• Cuidado com idéia de Network Coding Team, pois deve haver balanceamento entre delay e consumo de energia
Conclusões
• O consumo de energia para o estado de idle em redes WLAN é o ponto chave de todo o processo
• Trabalhos futuros: Estratégia para Servidores de Cooperação e Network Coding em dispositivos móveis
Análise Crítica
• Em poucos pontos trata de questões de troughput
• Ambiente com poucos grupos ( <= 4) seriam interessantes?
• Pouco explicado como o Network Coding diminui o consumo de energia em modo idle
• Quantos hosts por grupo? Como são definidos? (Network Coding Team)
Análise Crítica
• Descrever melhor o ambiente de testes• Já que vários pacotes são codificados em
um único, seu tamanho não torna-se muito grande?