Un protocolo MAC (control de acceso al medio) eficiente para redes inalámbricas

Abstract

Los protocolos MAC de acceso múltiple por paquetes para redes inalámbricas, son las piezas fundamentales, para alcanzar los servicios que deben ofrecer las redes celulares IMT-2000 [4]. Desde la aparición del protocolo MAC PRMA [1], surgieron una gran variedad de propuestas orientadas a resolver los problemas de colisión en el canal de subida y en ofrecer técnicas óptimas para la planificación y asignación de canales. Del estudio de dichas propuestas se deduce que CRDA [2] ofrece mejor desempeño en cuanto a la capacidad de atención (144 terminales móviles) y a la técnica usada para resolver las colisiones; sin embargo no ofrece soporte de calidad de servicio (QoS), ya que trata, a todos los flujos de tráfico de datos, de una manera equitativa. Además en [2] se usa un solo modelo estadístico para simular el tráfico de datos sin hacer diferenciación en el tipo de aplicación. En este trabajo de tesis proponemos un protocolo MAC eficiente para redes inalámbricas, con soporte de QoS y con capacidad de atender tráfico de datos de distintas clases (UIT M1079 [19]). Para lograr nuestro objetivo se dividió el trabajo en tres partes: Primero, se ha implementado el protocolo de [2] usando el simulador de eventos discretos, OMNET++ [3], obteniéndose la misma tendencia estadística y validando el diseño propuesto. Segundo, se usaron cuatro distribuciones estadísticas para emular el tráfico de aplicaciones con clase: conversacional, interactiva, unidireccional y de fondo. Los nuevos modelos de tráfico sirvieron para probar el desempeño del protocolo CRDA, comprobándose que no ofrece QoS y que su capacidad de atención se ve reducida a menos de 120 terminales. Tercero, al protocolo CRDA programado en OMNET++, se le implementó una política de QoS dentro del algoritmo de scheduling, en la estación base. Luego se probó el nuevo protocolo MAC (llamado ECRDA) con los nuevos modelos de tráfico. Los resultados obtenidos demuestran que ECRDA se desempeña eficientemente en comparación a CRDA por dos razones: Primero, atiende prioritariamente los tráficos más sensibles y evita que el retardo de acceso supere el umbral permitido para cada aplicación. Segundo, la capacidad de atención de ECRDA llega hasta 140 terminales, superior a lo ofrecido por CRDA.

Packetized multiple accesses MAC protocols are the fundamental pieces for reaching those services that should be offered by IMT-2000 cellular networks [4]. After the initial proposal of PRMA protocol [1], many wireless MAC protocols were proposed to solve the collision problem in the uplink channel or to offer optimal techniques for resource scheduling. After studying the proposals mentioned above, we deduced that CRDA [2] offered the best performance about serving capacity (up to 144 mobile terminals) and also a good technique for solving collisions. However CRDA does not offer quality of service (QoS) support because manage all traffic data flows in a fair way. Besides [2] uses one single statistical model to represent data traffic and no differentiation is done about the traffic application type. In this thesis work, we propose an efficient wireless MAC protocol with QoS support and with capacity of supporting data traffic from different classes (ITU M1079 [19]). For accomplishing our goal, the work is divided in three parts: First, we emulated the CRDA MAC protocol, [2], using OMNET++ discrete event simulator [3], after it was done we validated our protocol design. Second, we used four statistical distributions for simulating application traffic such as: conversational, interactive, unidirectional and underground classes. These new traffic models were used to prove the performance of CRDA. We checked that CRDA does not offer QoS and its serving capacity should be reduced to less than 120 terminals. Third, we implemented a QoS policy inside the scheduling algorithm of the base station module of our CRDA protocol programmed using OMNET++. The new MAC protocol (called ECRDA – enhanced CRDA) was tested using the new traffic models. The obtained results showed that ECRDA performs efficiently in comparison with CRDA by two reasons: first, it prioritizes critical data traffic avoiding that access delay overcomes the maximum threshold. Second, the serving capacity of ECRDA reaches up to 140 terminals, which is higher than what was reported with CRDA.