A Real-Time Communication Protocol for IEEE 802.11 Wireless Networks

Abstract

802.11 wireless networks do not have proper mechanisms to fulfil the requirements of real-time applications. This study presents a real-time communication protocol that can be implemented in the application layer. The proposed protocol is based on a preselected master node interrogating other nodes, using the Earliest-Deadline-First algorithm for scheduling the network traffic. In order to cope with the highly variable traffic load, the protocol is also augmented with a feedback control loop to keep the channel utilization at a predefined level. The stability analysis of the control loop is performed through the mathematical model of the communication. The NS-3 simulations show that the protocol is able to keep the utilization at the desired level and achieve a less packet loss

Keywords

• Real-Time Communication, IEEE 802.11, Scheduling, System Stability

IEEE 802.11 Kablosuz Ağları için Bir Gerçek Zamanlı İletişim Protokolü

Abstract

802.11 kablosuz ağları gerçek zamanlı uygulamaların gereksiniminlerini karşılayabilecek sağlıklı mekanizmalardan yoksundur. Bu çalışma, uygulama katmanında kolaylıkla gerçekleştirilebilen ve iletişim verimliliğini artırarak sistemi gerçek zamanlı uygulamaların beklenti seviyesine çıkartan bir protokol sunmaktadır. Protokol, seçilen bir merkez düğümün diğer düğümleri sorgulaması esasına dayanmakta olup, trafiğin zamanlaması En Yakın Zaman Sınırı İlk algoritması tarafından sağlanmaktadır. Değişken trafik yükleriyle baş edebilmek amacıyla, kanal kullanımını istenen seviyede tutacak bir geri beslemeli kontrol döngüsü de protokole eklenmiştir. İletişimin matematiksel modeli oluşturularak, kontrol döngüsünün kararlılık analizi gerçekleştirilmiştir. Ağın NS-3 benzetimleri, protokolün değişken trafik yüklerinde kanal kullanım oranını istenen seviyede tutabildiğini ve daha az paket kaybına ulaştığını göstermektedir

Keywords

• Gerçek Zamanlı İletişim, IEEE 802.11, Zamanlama, Sistem Kararlılığı

References

1. Cunningham R., Cahill V. 2002. Time bounded medium Access control for ad
2. Proceedings of the second ACM international
3. Principles of mobile computing
4. Danilo Tardioli, Luis Villarroel, Grupo De Rob, Instituto De Investigaci.
5. Communications over 802.11. s. 1– 11. IEEE International Conference on Mobile Adhoc and Sensor Systems. Real
6. Time [3] Hermann Kopetz. 2011. Real-Time Systems: Design Principles for Distributed Embedded Applications. 2. Basım. Springer Verlag.
7. Joao L. Sobrinho, a. S. Krishnakumar. 1996. Real-time traffic over the IEEE 802.11 medium access control layer, Bell Labs Technical Journal. Cilt 1(2), ss. 172-187.
8. Heusse M., Starzetz P., Rousseau F., Sabbatel G.B., ve Duda A.. 2003. Scheduling Time-sensitive Traffic on 802.11 Wireless LANs, Lecture Notes in Computer Science. Cilt. 2811, ss. 162-171.

9. Feng H., Shu Y.. 2008. Performance Analysis of Real-Time Traffic In wireless lans. Second UKSIM European Symposium on Computer Modeling and Simulation, s. 1013- 1016.
10. Zhu R., Yang Y. 2006. Adaptive Scheme to Support Real-time Traffic in IEEE 802.11 Wireless LANs. 8th International Conference on Signal Processing (Volume 3).
11. Moraes R., Portugal P., Vitturi S., Vasques F., ve Souto P.F.. 2007. Real- Time Communication in IEEE 802.11 Networks: Timing Analysis and a Ring Management Scheme for the VTPCSMA Architecture. 32nd IEEE Conference on Local Computer Networks (LCN 2007), ss. 107-116.
12. Moraes, R., Vasques, F., Portugal, P., Fonseca, J.A. 2006. Real-Time Communication
13. Networks: The Virtual Token Passing VTPCSMA Approach. 31st IEEE Conference on Local Computer Networks, ss. 389-396.
14. 11 [10] Boggia G., Camarda P., Grieco L.A., ve Mascolo S. 2007. Feedback-based control for providing real-time services with the 802.11e MAC, IEEE/ACM
15. Networking. Cilt. 15(2), ss. 323-333. on [11] Trsek H., Schwalowsky S., Czybik B., ve
16. Implementation of an advanced IEEE 802.11 WLAN AP for real-time wireless communications. IEEE 16th Conference
17. Technologies & Factory Automation (ETFA), s. 1–4. J. 2011. on
18. Emerging [12] Zurawski R. 2004. "RTP, RTCP and RTSP protocols". The industrial information technology handbook. CRC Press.
19. Brun, A., Chunhui Guo, Shangping Ren. 2015. A Note on the EDF Preemption Behavior in “Rate Monotonic Versus EDF: Judgment Day”, Embedded Systems Letters, IEEE. Cilt. 7 (03), ss. 89 – 91.
20. Gene F. Franklin, David J. Powell, ve Abbas
21. Feedback Control of Dynamic Systems (4. Basım). Prentice Hall PTR, Upper Saddle River, NJ, USA. Discrete-event [15] NS-3 Network Simulator:
22. https://www.nsnam.org/. (Erişim Tarihi: 30.11.2016.
23. Şekil 8. NS-3 benzetim sonuçları - 2. 100 120 140 160 -20 20 40 60 80 Zaman (san.) 120 140 160