Resumo artigo "Estimador de enlace sem fio 4B" de Rodrigo Fonseca

Introdução

A precisão dos estimadores de qualidade de enlace é um pré-requisito para um roteamento eficiente em redes Mesh sem fio: Estimadores de links mais simples podem causar uma redução de 200% ou mais na taxa de transferência da rede. Além disso, precisão e estimadores responsivos são a chave para a aplicação de encaminhamento mais sofisticadas ou técnicas de codificação de rede. Apesar dessa importância, estimadores de enlace permanecem um problema aberto, em parte porque muitos fatores conspiram para torná-lo desafiador, como a prevalência de links de qualidade intermediário, variância natural de um canal sem fio, interferência inter-simbólica de multi percurso, links assimétricos e variação de hardware. Além disso, cada camada fisica, de enlace e de rede contém informações valiosas que podem melhorar estimativas, como qualidade do canal, taxa de entrega de pacote, rota utilizada e confirmações de recebimento de pacotes. A complexidade do espaço desse design, combinado com a rica informação que certos chipset ou protocolos podem providenciar, levando muitos protocolos a usarem um design cross-layer, onde cada camada compartilhar livremente informações especificas do protocolo em ordem para melhorar performance. Com isso, propomos um diferente abordagem. Neste artigo, propomos uma abordagem diferente. Destilamos o feedback fornecido pelas camadas física, de link e de rede para uma estimativa de link precisa para restringir as interfaces. O benefício das interfaces estreitas tem uma longa história no design do sistema: elas simplificam a semântica, reduzem as dependências e são mais fáceis de usar e implementar. Todas juntas, nossas interfaces propostas fornecem 4 bits de informação: 1 da camada física, 1 da camada de enlace e 2 da camada de rede. Essas informações são independentes do protocolo, mantendo as camadas desacopladas e evitando dependências imprevistas que impedem a evolução da rede.

Para examinar a eficácia dessa abordagem de interface de 4 bits, nós a consideramos em uma classe notoriamente difícil de malha sem fio, sensornets sem fio. Ao contrário das malhas sem fio de alta potência, as limitações da RAM significam que os sensornets sem fio não podem armazenar o estado para todos os possíveis vizinhos. Essa limitação requer que o IP de roteamento nessas malhas (por exemplo, com 6milde [1]) exija um bom resumo de rotas [20]. Portanto, a precisão da estimativa de link não é a única preocupação: um estimador também deve escolher bons vizinhos para estimar.

Cada camada na pilha de protocolos pode contribuir para esses objetivos. A partir da camada física, podemos medir a qualidade do canal durante um pacote. Nem todos os pacotes são iguais: um pacote com poucos erros de bit tem mais probabilidade de ser de um bom link do que um que possui muitos erros de bit. Essas medidas da camada física são rápidas e baratas, permitindo que um estimador de links evite gastar esforços em links marginais ou ruins [5]. Podemos destilar isso para o bit branco, que indica se a qualidade do canal durante um pacote recebido foi alta.

A partir da camada de enlace, podemos medir se os pacotes são entregues e reconhecidos. Um problema enfrentado pelos estimadores baseados em sonda de difusão, como ETX [9] e MintRoute [22], é que eles desacoplam a estimativa de link do tráfego de dados: se um link falhar e os pacotes forem perdidos, a estimativa de link não refletirá essa mudança até o próximo sinalizador de roteamento ser descartado. Podemos destilar isso para o bit ack, que indica se o nó recebeu um reconhecimento de camada 2 em resposta a uma transmissão.

A partir da camada de rede, podemos aprender quais links são mais valiosos para o desempenho de camadas superiores. Sem a informação da camada 3, os estimadores podem selecionar links que formar rotas tortuosas ou, no pior dos casos, desconectar uma rede. Pelo menos uma implantação sem fio sensornet falhou devido a inconsistência entre a camada 2 e camadas 3 tabelas de links [14]. Podemos destilar essas preocupações para dois bits: o pino, que informa ao estimador para não remover um link porque ele está em uso, e o bit de comparação, que o estimador pode usar para perguntar à camada de rede se um link parece promissor.

Este trabalho faz três contribuições de pesquisa. Primeiro, na Seção 2, identificamos informações valiosas que cada camada pode fornecer para a estimativa de links e diagnosticar experimentalmente os casos de falhas que cada camada não consegue identificar. Em segundo lugar, na Seção 3, definimos um conjunto de interfaces estreitas que fornecem informações de cada camada para um estimador de links. Terceiro, descrevemos um estimador de protótipo que usa essas interfaces e avalia sua melhoria em relação às abordagens atuais na Seção 4. Embora as interfaces forneçam apenas um total de quatro bits de informação, experimentos de teste mostram que nossas estimador supera as abordagens existentes entre camadas. Comparamos nosso estimador com MultihopLQI, o atual estimador de última geração usado por muitos protocolos e sistemas sensornet [2, 10, 16, 18, 21]. No Intel mirage test-bed [8], nosso estimador de link reduz os custos de entrega de pacotes em 29%, mantendo uma taxa de entrega de 99,9% em comparação aos 93% do MultihopLQI. No testbed da USC Tutornet, nosso estimador de link reduz os custos de entrega de pacotes em 44%, mantendo uma taxa de entrega de 99% em comparação aos 85% do MultihopLQI. Além disso, como este estimador é independente das três camadas, pode ser facilmente incorporado em uma ampla variedade de protocolos. Esses resultados fornecem fortes evidências de que os estimadores de link podem ser dissociados de implementações de camadas específicas, mas ainda assim permanecem eficientes e precisos. A decomposição da estimativa de links simplifica as pilhas de rede e promove a evolução do protocolo e a interoperabilidade

Modelo

Neste artigo, consideramos a estimativa de link em uma rede sem fio multihop cuja camada MAC é baseada em CSMA e cuja camada física suporta o modo burst (em pacotes), comunicações codificadas. Esta estrutura geral aplica-se a redes em escalas desde sistemas sem fio Zigbee até redes 802.11 mesh. Embora nossa avaliação na Seção 4 cubra apenas a primeira, a rádio Zigbee compartilha uma banda de rádio comum (2,4 GHz) e uma codificação de física (espectro de seqüência direta) com a anterior.