Capítulo 5. Simulaciones

Simulaciones
Capítulo 5. Simulaciones
Las simulaciones realizadas tienen como objetivo comparar los cuatro
mecanismos de ARQ que utiliza el nivel MAC de 802.16. Como se vio en el
apartado 3.2.1.4, éstos son: ACK Selectivo (Tipo 0), ACK Acumulativo (Tipo 1),
ACK Acumulativo con Selectivo (Tipo 2) y ACK Acumulativo con Secuencia de
Bloque (Tipo3).
En primer lugar se ha realizado una tanda de simulaciones comparando
para cada RateID entre los cuatro mecanismos posibles, manteniendo fijo el
parámetro tamaño de bloque (ARQ_BLOCK_SIZE) a 64 octetos.
La segunda tanda de simulaciones ha consistido en comparar los cuatro
mecanismos para el mismo RateID y variando el tamaño del bloque.
Para realizar la comparativa se ha realizado una batería de 10 ejecuciones
del programa tomando como entrada un fichero binario de 152 KB para cada valor
de Eb/N0 y cada uno de los cuatro mecanismos, con los datos de salida se ha
calculado la media y el intervalo de confianza con Į= 0.1.
Los resultados se presentan a continuación.
Simulador de nivel MAC y Comparativa de mecanismos de
ARQ en el estándar IEEE 802.16
123
Simulaciones
5.1 ARQ_BLOCK_SIZE = 64B, RateID variable
Para comparar el comportamiento de los mecanismos de ARQ se tienen en
cuenta, de entre los datos de salida del simulador, el porcentaje de tramas válidas
(sin error) recibidas respecto al total de tramas recibidas, el porcentaje de octetos
correspondientes a asentimientos frente al total de bytes transmitidos (en ambos
sentidos) y el porcentaje de bloques repetidos frente al total de bloques recibidos.
Las primeras gráficas muestran el porcentaje de tramas válidas respecto al
total de tramas recibidas para cada uno de los mecanismos de ARQ. Estas curvas
son aproximadamente idénticas para cada mecanismo ya que el resultado es fruto
sólo de la tasa de error del canal y no depende del mecanismo de ARQ empleado.
Block Size 64B ACK Type 0
1
RateID0
RateID1
RateID2
RateID3
RateID4
RateID5
RateID6
Valid frames/Total
0.8
0.6
0.4
0.2
0
0
5
10
15
20
25
Eb/No
Figura 53. Tramas válidas/Total - ACK Type 0
Simulador de nivel MAC y Comparativa de mecanismos de
ARQ en el estándar IEEE 802.16
124
Simulaciones
Block Size 64B ACK Type 1
1
RateID0
RateID1
RateID2
RateID3
RateID4
RateID5
RateID6
Valid frames/Total
0.8
0.6
0.4
0.2
0
0
5
10
15
20
25
Eb/No
Figura 54. Tramas válidas/Total - ACK Type 1
Block Size 64B ACK Type 2
1
RateID0
RateID1
RateID2
RateID3
RateID4
RateID5
RateID6
Valid frames/Total
0.8
0.6
0.4
0.2
0
0
5
10
15
20
25
Eb/No
Figura 55. Tramas válidas/Total - ACK Type 2
Simulador de nivel MAC y Comparativa de mecanismos de
ARQ en el estándar IEEE 802.16
125
Simulaciones
Block Size 64B ACK Type 3
1
RateID0
RateID1
RateID2
RateID3
RateID4
RateID5
RateID6
Valid frames/Total
0.8
0.6
0.4
0.2
0
0
5
10
15
20
25
Eb/No
Figura 56. Tramas válidas/Total - ACK Type 3
En las siguientes gráficas se muestra para cada RateID el porcentaje de
octetos correspondientes a asentimientos frente al total de bytes transmitidos (en
ambos sentidos) y el porcentaje de bloques repetidos frente al total de bloques
recibidos.
La primera gráfica refleja la longitud media de los asentimientos, y, por
consiguiente la ocupación del ancho de banda correspondiente a asentimientos.
En la segunda gráfica se refleja la cantidad media de retransmisiones
innecesarias, ya sea porque bloques recibidos correctamente no han sido asentidos
en el momento de la retransmisión o bien porque se han perdido los asentimientos
correspondientes.
Simulador de nivel MAC y Comparativa de mecanismos de
ARQ en el estándar IEEE 802.16
126
Simulaciones
5.1.1 RateID0
RateID0 Packet Size 64B
0.01
ACK Type 0
ACK Type 0
ACK Type 1
ACK Type 1
ACK Type 2
ACK Type 2
ACK Type 3
ACK Type 3
ACK Bytes/Total
0.008
0.006
0.004
0.002
0
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
3.5
Eb/No
Figura 57. Octetos de ACK/Octetos totales – RateID0
RateID0 Packet Size 64B
1
ACK Type 0
ACK Type 0
ACK Type 1
ACK Type 1
ACK Type 2
ACK Type 2
ACK Type 3
ACK Type 3
Repeated Blocks/Total
0.8
0.6
0.4
0.2
0
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
3.5
Eb/No
Figura 58. Bloques repetidos/Total – RateID0
Simulador de nivel MAC y Comparativa de mecanismos de
ARQ en el estándar IEEE 802.16
127
Simulaciones
5.1.2 RateID1
RateID1 Packet Size 64B
0.01
ACK Type 0
ACK Type 0
ACK Type 1
ACK Type 1
ACK Type 2
ACK Type 2
ACK Type 3
ACK Type 3
ACK Bytes/Total
0.008
0.006
0.004
0.002
0
4.5
5
5.5
6
6.5
7
7.5
8
Eb/No
Figura 59. Octetos de ACK/Octetos totales – RateID1
RateID1 Packet Size 64B
1
ACK Type 0
ACK Type 0
ACK Type 1
ACK Type 1
ACK Type 2
ACK Type 2
ACK Type 3
ACK Type 3
Repeated Blocks/Total
0.8
0.6
0.4
0.2
0
4.5
5
5.5
6
6.5
7
7.5
8
Eb/No
Figura 60. Bloques repetidos/Total – RateID1
Simulador de nivel MAC y Comparativa de mecanismos de
ARQ en el estándar IEEE 802.16
128
Simulaciones
5.1.3 RateID2
RateID2 Packet Size 64B
0.01
ACK Type 0
ACK Type 0
ACK Type 1
ACK Type 1
ACK Type 2
ACK Type 2
ACK Type 3
ACK Type 3
ACK Bytes/Total
0.008
0.006
0.004
0.002
0
6
7
8
9
10
11
12
Eb/No
Figura 61. Octetos de ACK/Octetos totales – RateID2
RateID2 Packet Size 64B
1
ACK Type 0
ACK Type 0
ACK Type 1
ACK Type 1
ACK Type 2
ACK Type 2
ACK Type 3
ACK Type 3
Repeated Blocks/Total
0.8
0.6
0.4
0.2
0
6
7
8
9
10
11
12
Eb/No
Figura 62. Bloques repetidos/Total – RateID2
Simulador de nivel MAC y Comparativa de mecanismos de
ARQ en el estándar IEEE 802.16
129
Simulaciones
5.1.4 RateID3
RateID3 Packet Size 64B
0.01
ACK Type 0
ACK Type 0
ACK Type 1
ACK Type 1
ACK Type 2
ACK Type 2
ACK Type 3
ACK Type 3
ACK Bytes/Total
0.008
0.006
0.004
0.002
0
15
16
17
18
19
20
Eb/No
Figura 63. Octetos de ACK/Octetos totales – RateID3
RateID3 Packet Size 64B
1
ACK Type 0
ACK Type 0
ACK Type 1
ACK Type 1
ACK Type 2
ACK Type 2
ACK Type 3
ACK Type 3
Repeated Blocks/Total
0.8
0.6
0.4
0.2
0
15
16
17
18
19
20
Eb/No
Figura 64. Bloques repetidos/Total – RateID3
Simulador de nivel MAC y Comparativa de mecanismos de
ARQ en el estándar IEEE 802.16
130
Simulaciones
5.1.5 RateID4
RateID4 Packet Size 64B
0.01
ACK Type 0
ACK Type 0
ACK Type 1
ACK Type 1
ACK Type 2
ACK Type 2
ACK Type 3
ACK Type 3
ACK Bytes/Total
0.008
0.006
0.004
0.002
0
15
16
17
18
19
20
Eb/No
Figura 65. Octetos de ACK/Octetos totales – RateID4
RateID4 Packet Size 64B
1
ACK Type 0
ACK Type 0
ACK Type 1
ACK Type 1
ACK Type 2
ACK Type 2
ACK Type 3
ACK Type 3
Repeated Blocks/Total
0.8
0.6
0.4
0.2
0
15
16
17
18
19
20
Eb/No
Figura 66. Bloques repetidos/Total – RateID4
Simulador de nivel MAC y Comparativa de mecanismos de
ARQ en el estándar IEEE 802.16
131
Simulaciones
5.1.6 RateID5
RateID5 Packet Size 64B
0.01
ACK Type 0
ACK Type 0
ACK Type 1
ACK Type 1
ACK Type 2
ACK Type 2
ACK Type 3
ACK Type 3
ACK Bytes/Total
0.008
0.006
0.004
0.002
0
17
18
19
20
21
Eb/No
Figura 67. Octetos de ACK/Octetos totales – RateID5
RateID5 Packet Size 64B
1
ACK Type 0
ACK Type 0
ACK Type 1
ACK Type 1
ACK Type 2
ACK Type 2
ACK Type 3
ACK Type 3
Repeated Blocks/Total
0.8
0.6
0.4
0.2
0
17
18
19
20
21
Eb/No
Figura 68. Bloques repetidos/Total – RateID5
Simulador de nivel MAC y Comparativa de mecanismos de
ARQ en el estándar IEEE 802.16
132
Simulaciones
5.1.7 RateID6
RateID6 Packet Size 64B
0.01
ACK Type 0
ACK Type 0
ACK Type 1
ACK Type 1
ACK Type 2
ACK Type 2
ACK Type 3
ACK Type 3
ACK Bytes/Total
0.008
0.006
0.004
0.002
0
18
19
20
21
22
23
24
Eb/No
Figura 69. Octetos de ACK/Octetos totales – RateID6
RateID6 Packet Size 64B
1
ACK Type 0
ACK Type 0
ACK Type 1
ACK Type 1
ACK Type 2
ACK Type 2
ACK Type 3
ACK Type 3
Repeated Blocks/Total
0.8
0.6
0.4
0.2
0
18
19
20
21
22
23
24
Eb/No
Figura 70. Bloques repetidos/Total – RateID6
Simulador de nivel MAC y Comparativa de mecanismos de
ARQ en el estándar IEEE 802.16
133
Simulaciones
Como se aprecia en las curvas, el mecanismo 1, ACK acumulativo, es el
que presenta menor longitud media de asentimiento, y por tanto menor consumo
de ancho de banda, pero es el menos flexible, ya que en las zonas con mayor
presencia de errores da lugar a más retransmisiones innecesarias, es por tanto más
adecuado cuando el número de errores en la transmisión es pequeño. En cambio,
éste es el tipo de asentimiento más fácil de interpretar, ya que al recibirlo, sólo es
necesario asentir el bloque con la BSN indicada y todos los anteriores.
El mecanismo 0, asentimiento selectivo es el que resulta en una mayor
longitud media de asentimientos, presentando pocas retransmisiones innecesarias,
es el mecanismo que aporta mayor flexibilidad con menor coste computacional.
Dicho conste computacional es, sin embargo, mayor que en el caso de
asentimiento acumulativo, ya que es necesario construir el mapa e interpretarlo.
El asentimiento acumulativo con selectivo, tipo 2, tiene una longitud media
de asentimientos elevada con una tasa de error elevada pero tiende asintóticamente
a igualarse al asentimiento tipo 3. Igualmente, las retransmisiones innecesarias son
escasas en todo el rango. La longitud media de los asentimientos es menor que en
el tipo 0, si bien aporta algo menos de flexibilidad y un coste computacional mayor
debido a tener que sumar los costes computacionales de los mecanismos 0 y 1, ya
que primero realiza el asentimiento acumulativo, y posteriormente reconstruye el
mapa y procede con el asentimiento selectivo.
Con el asentimiento tipo 3, ACK acumulativo con secuencia de bloque, la
longitud media de los asentimientos es algo mayor que en el tipo 1 y menor que en
el tipo 0; en canales ruidosos es menor que en el tipo 2, y con poco ruido se
igualan. Las retransmisiones innecesarias son mínimas en todo el rango, si bien, el
coste computacional es el mayor de los cuatro mecanismos, pues debe realizar un
asentimiento acumulativo, posteriormente interpretar las secuencias de bloques
presentes en el asentimiento, reconstruir el mapa y finalmente realizar el
asentimiento selectivo.
Simulador de nivel MAC y Comparativa de mecanismos de
ARQ en el estándar IEEE 802.16
134
Simulaciones
Se puede apreciar que los picos de ambas gráficas se dan un poco por
encima de los niveles mínimos de relación señal a ruido, si bien la proporción de
tramas válidas respecto al total de tramas recibidas si es mínimo a menor relación
señal a ruido, esto es debido a la existencia de los temporizadores de tiempo de
vida de los bloques, ya que cuando son tantas las tramas descartadas en recepción,
el porcentaje de bloques descartados en transmisión (y consiguientemente en
recepción) se eleva provocando que el número de bloques asentidos sea menor,
redundando en asentimientos más cortos.
Por otra parte, respecto a las retransmisiones innecesarias, es decir, la
recepción de bloques repetidos, esta proporción también es menor cuando la
relación señal a ruido es mínima, ya que se reciben muy pocas tramas válidas y,
por tanto, es pequeña la probabilidad de recibir alguna trama válida que contenga
bloques recibidos correctamente con anterioridad.
Simulador de nivel MAC y Comparativa de mecanismos de
ARQ en el estándar IEEE 802.16
135
Simulaciones
5.2 ARQ_BLOCK_SIZE variable, RateID6
El tamaño de bloque sólo afecta al número paquetes que caben en una
trama MAC PDU, y, por tanto, en esta comparativa sólo se refleja en la longitud
de los asentimientos.
ACK Type 0 RateID6
0.012
Block size=32B
Block size=32B
Block size=64B
Block size=64B
Block size=128B
Block size=128B
ACK Bytes/Total
0.01
0.008
0.006
0.004
0.002
0
18
19
20
21
22
23
24
Eb/No
Figura 71. Octetos de ACK/Octetos totales – ACK Type 0
Como se aprecia en la gráfica, el tamaño de bloque afecta directamente a la
longitud de los asentimientos, pues a menor tamaño de bloque, mayor número de
bloques por trama, y por tanto, mayor número de bloques por asentimiento. Se
comprueba que cuando el tamaño de bloque es mayor se consiguen los
asentimientos de longitud mínima, 6 octetos, es decir un único mapa por
asentimiento.
Simulador de nivel MAC y Comparativa de mecanismos de
ARQ en el estándar IEEE 802.16
136
Simulaciones
ACK Type 1 RateID6
0.005
Block size=32B
Block size=32B
Block size=64B
Block size=64B
Block size=128B
Block size=128B
0.0045
0.004
ACK Bytes/Total
0.0035
0.003
0.0025
0.002
0.0015
0.001
0.0005
0
18
19
20
21
22
23
24
Eb/No
Figura 72. Octetos de ACK/Octetos totales – ACK Type 1
En la curva se puede comprobar que la longitud de los asentimientos es
constante en todo el rango, corresponde a cuatro octetos por asentimiento.
Simulador de nivel MAC y Comparativa de mecanismos de
ARQ en el estándar IEEE 802.16
137
Simulaciones
ACK Type 2 RateID6
0.012
Block size=32B
Block size=32B
Block size=64B
Block size=64B
Block size=128B
Block size=128B
ACK Bytes/Total
0.01
0.008
0.006
0.004
0.002
0
18
19
20
21
22
23
24
Eb/No
Figura 73. Octetos de ACK/Octetos totales – ACK Type 2
Como se aprecia en la gráfica, el tamaño de bloque afecta directamente a la
longitud de los asentimientos, pues a menor tamaño de bloque, mayor número de
bloques por trama, y por tanto, mayor número de bloques por asentimiento,
haciéndose más notable cuando la relación señal a ruido es menor. Cuando la
probabilidad de error decrece se logran los asentimientos de longitud mínima, 6
octetos, es decir un único mapa por asentimiento
Simulador de nivel MAC y Comparativa de mecanismos de
ARQ en el estándar IEEE 802.16
138
Simulaciones
ACK Type 3 RateID6
0.005
Block size=32B
Block size=32B
Block size=64B
Block size=64B
Block size=128B
Block size=128B
0.0045
0.004
ACK Bytes/Total
0.0035
0.003
0.0025
0.002
0.0015
0.001
0.0005
0
18
19
20
21
22
23
24
Eb/No
Figura 74. Octetos de ACK/Octetos totales – ACK Type 3
Como se aprecia en la gráfica, el tamaño de bloque afecta directamente a la
longitud de los asentimientos, pues a menor tamaño de bloque, mayor número de
bloques por trama, y por tanto, mayor número de bloques por asentimiento.
Cuando la probabilidad de error es alta, a menor tamaño de bloque las secuencias
de bloques son más largas, y por tanto se necesitan más mapas por asentimiento,
creciendo así la longitud de éstos. Finalmente, al decrecer la probabilidad de error
se la longitud de los asentimientos se hace mínima e igual a 6 octetos, es decir, un
único mapa por asentimiento.
Como se puede comprobar en las curvas, el tamaño de bloque no afecta al
rendimiento del mecanismo 1, ACK Acumulativo, pues en éste, la longitud de los
asentimientos es constante y mínima, 4 octetos. Sí afecta en cambio a los otros 3, y
en mayor medida a los tipos 0 y 2, ACK Selectivo y ACK Acumulativo con
Selectivo, y su efecto se percibe sobre todo cuando el ruido es elevado. Aumentar
el tamaño de bloque también supone una mejora en el rendimiento del mecanismo
0 ya que la longitud media de los asentimientos se reduce tendiendo a igualarse
Simulador de nivel MAC y Comparativa de mecanismos de
ARQ en el estándar IEEE 802.16
139
Simulaciones
con la de los mecanismos 2 y 3 añadiendo la ventaja de su menor coste
computacional.
Simulador de nivel MAC y Comparativa de mecanismos de
ARQ en el estándar IEEE 802.16
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