Tecnologías Específicas

Ingeniería de Computadores
Tecnologías de la Información

Descripcion y Objetivos

Hoy en día, la investigación sobre redes inalámbricas es una de las áreas más activas en el ámbito de las telecomunicaciones. El rápido desarrollo de dispositivos como las tabletas y los teléfonos inteligentes ha estimulado la demanda de tecnologías inalámbricas. A pesar de las numerosas tecnologías inalámbricas existentes, el estándar IEEE 802.11[1] es, con mucho, el más utilizado, ya que facilita la interconectividad en el ámbito del área local y abarca una amplia gama de diferentes tipos de dispositivos. Esto se debe principalmente a su bajo coste, su facilidad de despliegue y, sobre todo, la posibilidad de que los usuarios finales se muevan libremente dentro del área cubierta por las LAN inalámbricas (WLAN). Otro factor clave es el trabajo continuo del grupo 802.11 para mejorar la norma original. El grupo 802.11 ha incorporado muchas mejoras al estándar, tanto en la capa de control de acceso al medio (MAC) como en la física (PHY).

Desde la primera versión del estándar IEEE 802.11 se han definido un conjunto de velocidades de transmisión que se pueden utilizar. Ante la percepción de una buena calidad de canal, los paquetes pueden ser enviados a una alta velocidad. Sin embargo, cuando dicha calidad empeora, es necesario enviar la información de una forma más robusta para intentar que llegue correctamente al destino, reduciéndose su velocidad de transmisión. El estándar no especifica el mecanismo de adaptación de caudal a utilizar. Es decir, corresponde a los fabricantes de tarjetas inalámbricas especificar los detalles de dicho algoritmo. 

Los algoritmos responsables de la selección de la velocidad de transmisión tienen que hacer frente no sólo a las condiciones cambiantes del canal, sino también a otros eventos de la red, como las colisiones. A pesar de que el 802.11 incluye un algoritmo para evitar las colisiones de paquetes, no es capaz de eliminarlas por completo. 
Uno de los algoritmos de adaptación de velocidad más conocidos y populares es el Auto Rate Fallback (ARF) [2]. ARF es un algoritmo basado en ACKs, que aumenta o disminuye la tasa de transmisión dependiendo de la presencia o ausencia de estas confirmaciones. ARF utiliza dos umbrales para decidir si la tasa de transmisión se debe aumentar o disminuir. El principal problema que plantean los algoritmos basados en ACK es la dificultad para diferenciar las pérdidas de canal y las pérdidas por colisión. 
Para solucionar este problema, distintos investigadores han propuesto un conjunto de esquemas de adaptación de caudal que hacen uso de los paquetes de control RTS/CTS para intentar separar los paquetes colisionados de los paquetes corruptos. La idea de estos algoritmos se basa en la poca probabilidad de que los paquetes RTS lleguen de forma errónea al destino debido a las perturbaciones del canal, ya que son paquetes de control muy pequeños y que habitualmente se envían a la tasa básica. Si estos paquetes llegan erróneos casi con toda seguridad se debe a que se ha producido una colisión, por lo que no se debe reducir la velocidad de transmisión de la red. Si el paquete de datos protegido con RTS/CTS llega erróneo se debe a las perturbaciones del canal, reduciéndose la tasa de envío. Algunos de los principales esquemas que se basan en esta idea son: AARF-CD [3], CARA [4] y RRAA [5].

El objetivo general del TFG consiste en estudiar el funcionamiento de los esquemas de adaptación de caudal basados en el uso del intercambio de paquetes de control RTS/CTS. En dicho estudio se compararán las prestaciones ofrecidas por estos esquemas con las logradas por los principales esquemas usados en las tarjetas comerciales: ARF [3] y minstrel [6].

 

Metodología y Competencias

En un principio se definen las siguientes fases en el plan de trabajo:

• Conocer el funcionamiento del estándar de redes IEEE 802.11 [1].
• Conocer en detalle los mecanismos de adaptación de caudal basados en el uso de RTS/CTS.
• Comprender la estructura y el funcionamiento del simulador de redes NS-3 [7].
• Definir un conjunto de escenarios reales donde evaluar el funcionamiento del algoritmo de los esquemas de adaptación a estudio.
• Evaluar el funcionamiento de los esquemas a estudio sobre los distintos escenarios, comparándolo con los esquemas más implementados en las tarjetas comerciales. 
• Elaboración de un informe final.
• Las principales competencias específicas de Ingeniería de Computadores que aborda son:

[IC4] Capacidad de diseñar e implementar software de sistema y de comunicaciones.
[IC8] Capacidad para diseñar, desplegar, administrar y gestionar redes de computadores.
 
Las principales competencias específicas de Tecnologías de la Información que aborda son:
[TI2] Capacidad para seleccionar, diseñar, desplegar, integrar, evaluar, construir, gestionar, explotar y mantener las tecnologías de hardware, software y redes, dentro de los parámetros de coste y calidad adecuados.
[TI4] Capacidad para seleccionar, diseñar, desplegar, integrar y gestionar redes e infraestructuras de comunicaciones en una organización.
[TI6] Capacidad de concebir sistemas, aplicaciones y servicios basados en tecnologías de red, incluyendo Internet, web, comercio electrónico, multimedia, servicios interactivos y computación móvil.
 

 

Medios a utilizar

Ordenador Portátil.
Simulador de redes NS-3.

 

Bibliografía

[1] IEEE standard for wireless LAN medium access control (MAC) and physical layer (PHY) specifications. March 2012, Std 802.11-2012.
[2] Kamerman, A., & Monteban, L. (1997). WaveLAN(C)-II: A high-performance wireless LAN for the unlicensed band. Bell Labs Technical Journal, 2(3), 118–133.
[3] F. Maguolo, M. Lacage and T. Turletti, "Efficient collision detection for auto rate fallback algorithm," 2008 IEEE Symposium on Computers and Communications, 2008, pp. 25-30, doi: 10.1109/ISCC.2008.4625769.
[4] J. Kim, S. Kim, S. Choi and D. Qiao, "CARA: Collision-Aware Rate Adaptation for IEEE 802.11 WLANs," Proceedings IEEE INFOCOM 2006. 25TH IEEE International Conference on Computer Communications, 2006, pp. 1-11, doi: 10.1109/INFOCOM.2006.316.
[5] Starsky H. Y. Wong, Hao Yang, Songwu Lu, and Vaduvur Bharghavan. 2006. Robust rate adaptation for 802.11 wireless networks. In Proceedings of the 12th annual international conference on Mobile computing and networking (MobiCom '06). Association for Computing Machinery, New York, NY, USA, 146–157. https://doi.org/10.1145/1161089.1161107
[6] Xia, D., Hart, J., & Fu, Q. (2013). Evaluation of the Minstrel rate adaptation algorithm in IEEE 802.11g WLANs. In IEEE international conference on communications (ICC) (pp. 2223–2228)
[7] ns-3 Network Simulator. https://www.nsnam.org/ 
Documentación sobre redes IEEE 802.11