Diseño de mecanismos de scheduling sobre IEEE 802.11ax usando Target Wake Up Time (Implementación en NS-3)

Abstract

Las redes de sensores e IoT se caracterizan por utilizar tecnologías que permiten un consumo energético eficiente cuyo objetivo es que la duración de los dispositivos sea de años. De ahí, que la tecnología WIFI tenga escasa presencia en estos entornos. Sin embargo, el estándar WIFI IEEE 802.11ax introduce una funcionalidad denominada Target Wake Up Time (TWT) cuyo objetivo es reducir el consumo energético de los dispositivos, mediante el establecimiento de periodos de sueño donde éstos no reciben información. En TWT, existen dos modelos: Individual TWT, donde cada dispositivo acuerda los parámetros TWT de forma individual con el AP, y Broadcast TWT, donde existe una única sesión entre el AP y una serie de dispositivos que comparten los mismos parámetros. El primer objetivo de este proyecto es el estudio teórico de TWT y su posterior comparativa con el resto de tecnologías IoT. Como conclusión, se ha obtenido que la tecnología WIFI, aun con funcionalidades como TWT, todavía está lejos de la eficiencia energética de otras tecnologías. Sin embargo, sí que se presenta como solución principal en entornos que requieren de transmisión de tráfico de audio y video en tiempo real. El segundo objetivo es la implementación en un entorno basado en NS-3 de un escenario IoT para comparar los modos Individual y Broadcast TWT. Aquí se ha demostrado que el modelo Individual TWT presenta una mayor eficiencia en cuanto a tráfico transmitido y latencia frente al modelo Broadcast TWT que será el más eficiente en cuanto a consumo energético.

Sensors and IoT networks are characterised by using technologies that allow efficient energy consumption whose objective is having devices that last for years. Hence, WIFI technology has little presence in these environments. However, the IEEE 802.11ax WIFI standard introduces a functionality named Target Wake Up Time (TWT) whose objective is to reduce the energy consumption of the devices, by establishing sleep periods where they do not receive information. In TWT, there are two models: Individual TWT, where each device agrees TWT parameters individually with the AP, and Broadcast TWT, where there is a single session between the AP and a series of devices that share the same parameters. The first objective of this project is the theoretical study of TWT and its subsequent comparison with other IoT technologies. In conclusion, we have obtained that WIFI technology, even with functionalities such as TWT, it is still far from the energy efficiency of other technologies. However, it is presented as the main solution in environments that require streaming of audio and video traffic in real time. The second objective is the implementation in an NS-3 based environment of an IoT scenario to compare Individual and Broadcast TWT modes. Here it has been shown that Individual TWT model presents a higher efficiency in terms of transmitted traffic and latency compared to the Broadcast TWT model, which would be the most efficient in terms of energy consumption.

Les xarxes de sensors i IoT es caracteritzen per utilitzar tecnologies que permeten un consum energètic eficient l'objectiu del qual és que la durada dels dispositius sigui d'anys. D'aquí, que la tecnologia WIFI tingui escassa presència en aquests entorns. No obstant això, l'estàndard WIFI IEEE 802.11ax introdueix una funcionalitat denominada Target Wake Up Time (TWT) l'objectiu de la qual és reduir el consum energètic dels dispositius, mitjançant l'establiment de períodes de somni on aquests no reben informació. En TWT, existeixen dos models: Individual TWT, on cada dispositiu acorda els paràmetres TWT de manera individual amb l'AP, i Broadcast TWT, on existeix una única sessió entre l'AP i una sèrie de dispositius que comparteixen els mateixos paràmetres. El primer objectiu d'aquest projecte és l'estudi teòric de TWT i el seu posterior comparativa amb la resta de tecnologies IoT. Com a conclusió, s'ha obtingut que la tecnologia WIFI, fins i tot amb funcionalitats com TWT, encara està lluny de l'eficiència energètica d'altres tecnologies. No obstant això, sí que es presenta com a solució principal en entorns que requereixen de transmissió de trànsit d'àudio i vídeo en temps real. El segon objectiu és la implementació en un entorn basat en NS-3 d'un escenari IoT per a comparar les maneres Individual i Broadcast TWT. Aquí s'ha demostrat que el model Individual TWT presenta una major eficiència quant a trànsit transmès i latència enfront del model Broadcast TWT que serà el més eficient quant a consum energètic.