Dynamic Buffer Size Allocation in Wireless Mesh Networks for Non-Elastic Traffic

Resumen

Resumen: Parámetros fundamentales del desempeño de las redes de comunicaciones tales como la probabilidad de pérdida de paquetes, el retardo de extremo a extremo, la utilización de los canales de transmisión, etc., se ven altamente influenciados por el tamaño de los buffers de los equipos de red. Estos parámetros afectan directamente la calidad del servicio percibida por los usuarios finales. Un dimensionamiento dinámico del tamaño de los buffers, a más de favorecer una asignación óptima de memoria, ayuda a prevenir retardos exagerados y otros problemas asociados a buffers excesivamente grandes. Sin embargo, determinar dinámicamente el tamaño de buffer adecuado que cumpla con algún requisito específico de calidad de servicio, como la probabilidad de pérdida, requiere el conocimiento exacto de ciertas funciones de distribución de probabilidad que en la práctica rara vez se encuentran disponibles. Una posible alternativa a este problema consiste en hacer que los dispositivos de red midan ciertos parámetros disponibles y a partir de ellos inferir la información restante mediante la aplicación del principio de máxima entropía. Por otra parte, los dispositivos inalámbricos imponen restricciones adicionales debido al uso de canales compartidos y más aún el efecto multi-salto en redes inalámbricas de malla sin infraestructura. Éste artículo se centra en la implementación y evaluación de un mecanismo de dimensionamiento dinámico de buffers basado en máxima entropía en redes inalámbricas de malla. Los resultados obtenidos verifican el correcto funcionamiento y la mejora de prestaciones en diversos escenarios.

Abstract: Fundamental network performance parameters as the packet loss probability, end-to-end delay, utilization of transmission channels, etc., are highly influenced by the buffer size of network devices. These parameters directly affect the quality of service perceived by end users. A dynamic buffer sizing can provide optimal memory allocation, and also helps to prevent exaggerated delays and other problems associated with excessively large buffers. Nevertheless, a dynamic determination of the proper buffer size that meets any specific quality of service requirement, as the packet loss probability, needs the exact knowledge of certain probability distribution functions which in practice are rarely available. A possible alternative to this problem is that network devices measure some available parameters and from them infer the remaining information by applying the maximum entropy principle. On the other hand, wireless devices impose additional restrictions due to the use of shared channels and even more to the multi-hop effect in infrastructure-less wireless mesh networks. This article focuses on the implementation and evaluation of a dynamic buffer sizing mechanism based on maximum entropy when it is applied in wireless mesh networks. Simulation results verify the proper operation and improved performance in different mesh scenarios.