Analytical modeling and validation through measurement studies for future wireless multi-hop networks with frame aggregation
Final Report Abstract
Die Problemstellung dieses Antrags ist insbesondere durch zwei Entwicklungen im Bereich drahtlose Mesh-Netze getrieben. Einerseits ermöglichen neue Technologien und Standards in der drahtlosen Kommunikation immer höhere physikalische Übertragungsraten, deren effiziente Ausnutzung zahlreiche offene Forschungsfragen bereithält. Andererseits ist eine rasante Entwicklung von Anwendungsszenarien erkennbar, die weg vom reinen FTP-artigen Datenverkehr, hin zu mobilen Video Streaming Anwendungen fokussieren. Diese beiden Punkte stellen die Motivation für die im Folgenden zusammengefassten Forschungsarbeiten dar. Ein Ziel war die effektivere Nutzung der erhöhten Datenraten neuer IEEE 802.11-Standards. Zu diesem Zweck wurde das Verhalten der Frameaggregierung sowie das damit in Verbindung stehende Block Acknowledgment analysiert. Auf Grundlage der Erkenntnisse wurden Markov-Ketten-Modelle geschaffen, welche unter Einbeziehung von Faktoren wie Aggregatgröße, Fehlerwahrscheinlichkeit des drahtlosen Mediums und Einschränkungen durch die Acknowledgment-Mechanismen Vorhersagen über das Durchsatzverhalten ermöglichen. Es konnte gezeigt und mittels Simulationen nachgewiesen werden, dass Frameaggregation unter ungünstigen Kanalbedingungen ineffizient agiert und durch gezielte Wahl der MPDU-Größen Durchsatz und Ende-zu-Ende-Verzögerung verbessert werden können. Ein weiteres Ziel des Antrags bestand darin, Videostreaming in Mesh-Netzwerken zu analysieren und die realitätstreue bestehender Modelle zu validieren. Zu diesem Zweck wurde auf einer Fläche von 250 m² ein 20 Mesh-Knoten umfassendes Testbett für IEEE 802.11n Wi- Fi eingerichtet. Außerdem wurden Videosequenzen präpariert, welche durch ihre Kodierung ein breites Spektrum des typischen Traffics repräsentieren sollen. Diese wurden im Testbett zwischen den Knoten ausgetauscht, wobei Performancemetriken zum generierten Traffic ermittelt wurden. Es konnte validiert werden, dass der Einsatz von Frameaggregation einen signifikanten positiven Einfluss auf Durchsatz und Verzögerung hat und der Rauschabstand bei gesteigerter Aggregatgröße deutlich steigt. Zur Untersuchung von Streaming-Traffic mit Burst- Charakteristik (HLS, DASH) wurden nicht gesättigte, konkurrierende Datenflüsse untersucht. Diese wurden über ein OLSR-basiertes, dezentrales Routingschema ausgetauscht. Dabei wurde gezeigt, dass parallele Datenströme in Interferenzreichweite aufgrund der Mechanismen zur Kollisionsvermeidung stark ausgebremst werden. In Simulationen wurde nachgewiesen, dass gezieltes Routing über gemeinsame Teilstrecken dieses Problem reduzieren kann.
Publications
- Effective Data Dissemination over Multihop Gigabit Wireless Networks, Universität Leipzig, April 2015
S. Gübner
- Neighborhood-Aware Opportunistic Networking on Smartphones, Proc. 14th IEEE Int. Conf. on Mobile Ad-hoc and Sensor Systems (MASS 2017), Orlando, USA, October 2017
S. Bergemann, J. Friedrich and C. Lindemann
(See online at https://doi.org/10.1109/MASS.2017.31) - Performance Analysis of Compressed Block Acknowledgment in IEEE 802.11ax, Proc. 17th ACM Int. Symp. on Mobility Management and Wireless Access (MobiWAC 2019), Miami Beach, USA, November 2019
J. Friedrich, S. Günther, and C. Lindemann
(See online at https://doi.org/10.1145/3345770.3356735)
