Implementation and Performance Evaluation of Network Coding for Cooperative Mobile Devices Morten V. Pedersen, Frank H.P. Fitzek and Torben Larsen Implementação.

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1 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

2 Roteiro Introdução Fundamentos da Economia de Energia Ambiente de Testes Network Coding Aplicado a Dispositivos Móveis Conclusão Análise Crítica

3 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

4 Introdução Sistemas puramente celular:

5 Introdução Rede sem fio cooperativa:

6 Introdução Download de dados com cooperação e sem cooperação:

7 Introdução Sem cooperação: –Cada dispositivo móvel precisa receber 2 pacotes do link de cellular –Taxa de transmissão baixa –Delay e consumo de energia consideráveis

8 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

9 Introdução Cooperação II: –Necessita de um dispositivo intermediário

10 Introdução Cooperação e Network Coding: –Broadcast (adicionado com técnicas de codificação) para distribuir na rede de cooperação

11 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

12 Introdução Network Coding evita retransmissões Aumenta o número de pacotes (Aumento no consumo de energia)

13 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)

14 Fundamentos da economia de energia Foram utilizados celulares N95 e os parâmetros para o mesmo Consumo de energia como parâmetro muito importante

15 Fundamentos da economia de energia Rede IEEE 802.11b/g: –Utilizada para cooperação –Distancia entre 3 e 30m

16 Fundamentos da economia de energia Rede Celular (2G/3G): –Usada na comunicação com a Estacao Base –sending?

17 Fundamentos da economia de energia Rede IEEE 802.11b/g:

18 Fundamentos da economia de energia Network Coding: –Menor consumo no processo de Idle

19 Ambiente de Testes N nós dispostos ao redor de um nó interno N + 1 (Número de nós)

20 Ambiente de Testes Um par de nós é disposto em lados opostos e tentam trocar pacotes Formando N/2 clusteres de cooperação

21 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

22 Ambiente de Testes (N + 1) estados possíveis em um slot Somente tres possíveis estados em um determinado slot: –sending –receiving –idle

23 Ambiente de Testes Tres casos difentes quanto à comunicação: –Pure Relaying –Pure network Coding –Network Conding in Team

24 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

25 Ambiente de Testes Pure Relaying:

26 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?)

27 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

28 Ambiente de Testes Pure Network Coding:

29 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

30 Ambiente de Testes Network Coding in Team:

31 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

32 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

33 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

34 Ambiente de Testes –Pure Coding in Team Conforme cresce o número de grupos, o consumo de energia aumenta, assim como o delay

35 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

36 Network Coding Aplicado a Dispositivos Móveis

37 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

38 Network Coding Aplicado a Dispositivos Móveis

39 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

40 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

41 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)

42 Análise Crítica Descrever melhor o ambiente de testes Já que vários pacotes são codificados em um único, seu tamanho não torna-se muito grande?