Avaliação de disciplinas de consulta em protocolo de controle de acesso ao meio iniciado pelo receptor para redes sem fio AD HOC

Abstract

O estudo de disciplinas de consulta para protocolos da sub-camada de controle de acesso ao meio (MAC, do inglês, Medium Access Control ) iniciados pelo receptor para redes ad hoc não tem recebido muita atenção na literatura, e esquemas simples como a consulta cíclica e a priorização uniforme são normalmente assumidos. Porém, não apenas a ordem, mas também a taxa com a qual os nós são consultados é importante: uma taxa de consulta que é muito baixa pode levar a uma baixa vazão e longos atrasos, enquanto que o oposto pode acarretar um tráfego de controle excessivo e um número maior de colisões de quadros. Idealmente, um protocolo MAC iniciado pelo receptor teria seu melhor desempenho se os nós pudessem saber “quem” e “quando” consultar baseados na disponibilidade de dados em seus vizinhos. A primeira parte desta dissertação investiga um protocolo MAC para comunicação ponto-a-ponto (“unicast”) que segue o paradigma de transmissão com iniciativa do receptor, baseado na reversão do algoritmo de recuo exponencial binário (BEB, do inglês, binary exponential backoff ) do padrão IEEE 802.11, como forma de controlar a taxa com que os nós são consultados. Com o algoritmo BEB, a taxa de consulta é auto-regulada de acordo com as condições de canal e de tráfego. Além disso, o reordenamento de quadro nas filas - onde um quadro pode ser transmitido ao ser consultado sem a necessidade de estar na cabeça da fila - e um novo quadro de controle, o NTS (do inglês, Nothing-to-send), cujo papel é avisar ao nó consultor que não há quadros de dados disponíveis, são apresentados para agilizar os turnos de consulta. O desempenho do protocolo MAC iniciado pelo receptor baseado no algoritmo BEB é investigado sob três disciplinas de consulta: uma consulta cíclica sem prioridades (“Round-robin”), uma que visa a justiça de vazão entre os nós, a disciplina de justiça proporcional (PF, do inglês, proportional fair ) e uma que prioriza os nós de acordo com a probabilidade de sucesso de estabelecimento de conexão (LSH, do inglês, likelihood of successful handshake). Comparações com o padrão IEEE 802.11 em relação à sobrecarga de controle, atraso, justiça, e vazão, de acordo com diferentes topologias e cenários de tráfego, são apresentadas. A partir dos resultados obtidos na avaliação das três disciplinas, é proposta uma variação da estratégia de consulta que seleciona dinamicamente o algoritmo a ser utilizado na escolha do destino da consulta. O protocolo MAC iniciado pelo receptor com o algoritmo BEB revertido combinado a esta nova estratégia de consulta denominou-se de Receiver-Initiated MAC with Adaptive Polling Discipline (RIMAP), um protocolo MAC para comunicação ponto-a-ponto (“unicast”) que dinamicamente seleciona uma disciplina de consulta de acordo com a contenção do canal e a homogeneidade da qualidade do enlace de todos os vizinhos. Para isso, duas disciplinas de consulta são consideradas: o LSH e PF. O comportamento adaptativo é controlado por dois parâmetros de comutação que podem ser ajustados para se obter um compromisso entre o desempenho de justiça e de vazão/atraso. O desempenho do RIMAP é avaliado com simulações a eventos discretos sob topologias com terminais escondidos, transmissões concorrentes, e tráfego saturado. Adicionalmente, seu desempenho é comparado com o mesmo protocolo baseado no algoritmo BEB com as disciplinas de consulta fixadas (LSH e PF somente), assim como comparado com o MAC do padrão IEEE 802.11, o representante do paradigma iniciado pelo transmissor.