Implementation and Performance Evaluation of
Network Coding for Cooperative Mobile Devices
Morten V. Pedersen, Frank H.P. Fitzek and Torben Larsen
Implementação e Avaliação de Desempenho de
Rede Cooperativa de Codificação para Dispositivos Móveis
ICC Workshop, 2008
Michel Albonico
Roteiro
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•
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?