[論文レビュー] Coefficient of Restitution based Cross Layer Interference Aware Routing Protocol in Wireless Mesh Networks

V Sarasvathi, Snehanshu Saha+2 more|arXiv (Cornell University)|Nov 14, 2015

Mobile Ad Hoc Networks被引用数 5

ひとこと要約

本稿では、部分的重複チャネル（POC）環境下での干渉を避けるために、係数回復率（COR）を用いて干渉しやすい経路を動的に再ルーティングする、マルチレディオマルチチャネル無線メッシュネットワーク（MRMC WMN）向けのクロスレイヤルーティングプロトコルCoRCiaRを提案する。RTS/CTSの強化による干渉検出と、RTTに基づく混雑推定を組み合わせることで、低干渉経路を選択し、部分的重複チャネルを有する環境下でTCPスルーレットを顕著に向上させる。

ABSTRACT

In Multi-Radio Multi-Channel (MRMC) Wireless Mesh Networks (WMN), Partially Overlapped Channels (POC) has been used to increase the parallel transmission. But adjacent channel interference is very severe in MRMC environment; it decreases the network throughput very badly. In this paper, we propose a Coefficient of Restitution based Cross layer Interference aware Routing protocol (CoRCiaR) to improve TCP performance in Wireless Mesh Networks. This approach comprises of two-steps: Initially, the interference detection algorithm is developed at MAC layer by enhancing the RTS/CTS method. Based on the channel interference, congestion is identified by Round Trip Time (RTT) measurements, and subsequently the route discovery module selects the alternative path to send the data packet. The packets are transmitted to the congestion free path seamlessly by the source. The performance of the proposed CoRCiaR protocol is measured by Coefficient of Restitution (COR) parameter. The impact of the rerouting is experienced on the network throughput performance. The simulation results show that the proposed cross layer interference aware dynamic routing enhances the TCP performance on WMN. Keywords: Coefficient of Restitution, Wireless Mesh Networks, Partially Overlapped Channels, Round Trip Time, Multi-Radio, Multi-Channel.

研究の動機と目的

• 部分的重複チャネル（POC）を用いるマルチレディオマルチチャネル（MRMC）無線メッシュネットワーク（WMN）における深刻な隣接チャネル干渉を解消すること。
• 干渉と混雑によって低下するTCPパフォーマンスを向上させること。
• MAC層での干渉検出とネットワーク層での経路選択を統合するクロスレイヤルーティングプロトコルの開発。
• RTTおよびCOR指標を用いて混雑または干渉する経路を特定・回避することで、スルーレットの低下を最小限に抑えること。

提案手法

• MAC層での干渉検出および干渉レベルの推定を目的とした強化されたRTS/CTSメカニズム。
• 混雑状態の特定にRTT測定を用い、干渉に起因する遅延を特定。
• 干渉および混雑が少ない代替経路を選択する動的ルートディスカバリ。
• 経路品質の評価および再ルーティング意思決定を支援するため、係数回復率（COR）をパフォーマンス指標として適用。
• CORに基づく経路選択により特定された混雑のない経路を、シームレスにデータ送信。
• MAC層とネットワーク層の間のクロスレイヤー統合により、リアルタイムの干渉認識ルーティング意思決定を実現。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 マルチレディオマルチチャネル（MRMC）WMNにおいて、部分的重複チャネル（POC）からの干渉を効果的かつ定量的に検出・測定する方法は何か？
• RQ2 POC環境下の干渉制限付きWMNにおいて、RTTに基づく混雑検出がルーティング意思決定の正確性をどの程度向上させるか？
• RQ3 係数回復率（COR）は、低干渉伝送経路の評価および選択に信頼できる指標として機能できるか？
• RQ4 CORおよびRTTに基づく動的再ルーティングは、WMN全体のTCPスルーレットにどのような影響を与えるか？
• RQ5 提案されたCoRCiaRプロトコルは、POCベースのWMNにおける従来のルーティングと比較して、どの程度のパフォーマンス向上を達成するか？

主な発見

• CoRCiaRプロトコルは、干渉しやすい経路を回避することで、MRMC WMNにおけるTCPスルーレットを顕著に向上させる。
• CORを経路品質指標として用いることで、高干渉経路と低干渉経路の明確な区別が可能になる。
• RTTに基づく混雑検出は、干渉に起因する遅延を効果的に特定し、適切なタイミングでの再ルーティングを可能にする。
• 強化されたRTS/CTSメカニズムにより、MAC層での干渉検出精度が向上する。
• シミュレーション結果から、CoRCiaRはPOC環境下での隣接チャネル干渉に起因するスルーレット低下を低減することが明らかになった。
• CoRCiaRのクロスレイヤー設計により、高干渉条件下でもより安定的かつ効率的なデータ送信が実現される。