Modelo analítico para avaliação de performance de redes sem fio sobre o protocolo IEEE 802.11 DCF

Abstract

Este trabalho apresenta um modelo analítico para a análise de vazão (throughput) da camada MAC do IEEE 802.11. A proposta se diferencia da maioria dos desenvolvimentos realizados na área por apresentar uma modelagem de ambientes com estações não-saturadas, levando em consideração o perfil do tráfego gerado pelas camadas superiores ao nível de enlace. Dessa maneira, o modelo permite uma análise do desempenho de aplicações reais sobre redes sem fio, a partir de resultados provenientes de um modelo matemático, enquanto diversos outros trabalhos avaliam somente situações de saturação das estações. Simulações utilizando Network Simulator 2 e comparações com resultados obtidos em trabalhos análogos desenvolvidos por outros pesquisadores validam o modelo proposto. Cenários com variações na quantidade de estações e carga oferecida à rede são avaliados utilizando o modelo teórico e comparados aos resultados simulados, provendo uma análise do comportamento dos limites de vazão do sistema. As estruturas do IEEE 802.11 MAC foram estudadas a fim de embasar o desenvolvimento do modelo proposto. Também foi realizada uma pesquisa a respeito de Cadeias de Markov, que serve como estrutura básica para a descrição do IEEE 802.11 DCF.

This work provides an analytical model to compute the IEEE 802.11 DCF throughput. The proposed analysis differs from most of the related work by presenting scenario modeling with unsaturated stations, accounting for the traffic characteristics generated by the upper layers to the data link layer. As a consequence, the proposed model allows for an accurate analysis of real applications over wireless networks, based on mathematical model results, while several other researches evaluate only saturate stations situations. Simulations ran using Network Simulator 2 and comparisons with results obtained on similar works developed by other researchers are used to validate the proposed model. Scenarios with different number of stations and offered loads are evaluated using the theoretical model and compared to the simulated results, providing an analysis on the behavior of the maximum throughput provided by the network. A study was made on the structures and mechanisms of IEEE 802.11 MAC in order to support the development of the proposed model. A research on Markov Chains was also done, since it is the basic structure used to describe the IEEE 802.11 DCF.