Atribuição dinâmica de identificadores AID em redes IEEE 802.11AH baseada em agrupamento via algoritmo K-means

Abstract

O padrão de comunicação de redes sem fio IEEE 802.11ah, proposto para ser implementado em redes de internet das coisas (IoT), opera em faixas sub-1GHz e suporta redes com até 8191 estações associadas a um único ponto de acesso (AP). Para a sub-camada de controle de acesso ao meio (MAC), o padrão propõe um conjunto de novos mecanismos para suportar os requisitos de vazão, justiça, latência e eficiência energética de redes altamente densas e com limitações de energia. Exemplos de mecanismos propostos são a Janela de Acesso Restrito (RAW, do inglês Restricted Access Window) e a atribuição dinâmica de identificadores de associação (AID, do inglês Association Identifier). O mecanismo de RAW divide as estações em grupos, e cada grupo tem um tempo reservado para acessar o canal. O tempo de acesso de cada grupo pode ser subdividido em compartimentos de tempo (“slots”) de mesma duração, que são restritos a sub-grupos de estações. Com isto, a probabilidade de colisões diminui, o que melhora o desempenho da rede. A operação do RAW é definida por um conjunto de parâmetros (como instante de início de RAW e o número de slots em cada RAW) que é enviado nos quadros de beacon transmitidos periodicamente via broadcast. O conjunto de parâmetros RAW (RPS, do inglês RAW Parameter Set) também inclui dois valores de AID para cada grupo: AID inicial e AID final. Uma estação só está em um determinado grupo se o valor do seu AID estiver dentro do intervalo definido por esses dois limitantes. A norma IEEE 802.11ah não indica qual abordagem deve ser seguida para a escolha dos parâmetros RAW. Sendo assim, fica a critério de fabricantes e desenvolvedores aplicar estratégias com base nos seus próprios requisitos de desempenho. Para dar suporte a abordagens dinâmicas de agrupamento, este trabalho propõe uma implementação da funcionalidade de atribuição dinâmica de AID no simulador ns-3, que permite que o AID de uma estação seja alterado durante a operação da rede. Com isto, deve ser possível reagrupar as estações de acordo com seu comportamento no decorrer do tempo de operação, possibilitando a aplicação de estratégias de agrupamento em cenários de redes dinâmicas e heterogêneas. Em particular, este trabalho propõe uma estratégia de agrupamento de estações baseada no algoritmo K-Means, a partir de parâmetros de tráfego e condição de canal das estações. O objetivo é agrupar as estações com características similares para competirem pelo canal entre si. A estratégia proposta foi implementada no ns-3, e os resultados das simulações mostram ganhos significativos de justiça de vazão em comparação com resultados de esquemas de agrupamento aleatório.