[論文レビュー] Effect of Inter Packet Delay in performance analysis of coexistence heterogeneous Wireless Packet Networks

G. M. Tamilselvan, A. Shanmugam|arXiv (Cornell University)|Apr 5, 2010

Bluetooth and Wireless Communication Technologies参考文献 7被引用数 3

ひとこと要約

本論文は、共有されるISM帯域で動作するIEEE 802.15.4 LR-WPANとIEEE 802.11b WLANの共存を向上させるための新しいパケット間遅延に基づく方式を提案する。QualNet 4.5を用いたシミュレーションにより、さまざまなトポロジーにおいて干渉を低減することで、性能が著しく向上し、異種無線パケットネットワークにおけるスループットの向上と衝突率の低減が確認された。

ABSTRACT

As the explosive growth of the ISM band usage continues, there are many scenarios where different systems operate in the same place at the same time. One of growing concerns is the coexistence of heterogeneous wireless network systems. For the successful deployment of mission-critical systems such as wireless sensor networks, it is required to provide a solution for the coexistence. In this paper, we propose a new scheme using inter packet delay for the coexistence of IEEE 802.15.4 LRWPAN and IEEE 802.11b WLAN. To evaluate the effectiveness of the proposed scheme, measurement and simulation study are conducted using Qualnet 4.5 simulation software. The simulation results show that the proposed scheme is effective in performance improvement for coexistence network of IEEE 802.15.4 for various topologies.

研究の動機と目的

• 同じISM帯域で動作する異種無線ネットワークの共存に関する増大する課題に対処すること。
• 共有スペクトル環境下でのワイヤレスセンサーネットワークを含むミッションクリティカルシステムの信頼性の高い性能を確保すること。
• パケット間遅延が共存するIEEE 802.15.4および802.11bネットワークにおける干渉低減とスループット向上に与える影響を評価すること。
• 多様なネットワークトポロジーにわたるシミュレーションを通じて、提案手法の有効性を検証すること。

提案手法

• 提案手法は、IEEE 802.15.4およびIEEE 802.11bデバイス間の送信タイミングを制御するため、制御されたパケット間遅延を導入する。
• 同時送信時の衝突確率を最小限に抑えるために、パケット間遅延を動的に調整する。
• 両方の規格に内蔵されたキャリアセンス多重アクセス（CSMA）メカニズムを活用してアクセスを調整する。
• さまざまなネットワークトポロジーとトラフィック状態をモデル化するために、QualNet 4.5を用いたシミュレーションを実施した。
• スループット、遅延、パケット損失などのパフォーマンス指標を測定し、シナリオ間で比較した。
• 実世界への適用可能性を評価するために、測定ベースの検証とシミュレーションベースの分析の両方を含めた。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 パケット間遅延は、IEEE 802.15.4およびIEEE 802.11b無線ネットワーク間の共存性能にどのように影響するか？
• RQ2 パケット間遅延は、異種無線パケットネットワークにおけるスループットと衝突率にどのような影響を与えるか？
• RQ3 提案手法は、さまざまなネットワークトポロジーとトラフィック負荷下でどのように性能を発揮するか？
• RQ4 パケット間遅延は、共存するIEEE 802.15.4およびIEEE 802.11bシステム間の干渉を効果的に低減できるか？

主な発見

• 提案されたパケット間遅延方式により、IEEE 802.15.4およびIEEE 802.11bネットワーク間の共存シナリオにおけるスループットが著しく向上した。
• パケット間遅延制御に基づく最適化された送信タイミングのおかげで、パケット衝突率が低下した。
• 星型、メッシュ、アドホック構成を含む複数のネットワークトポロジーにおいて、一貫した性能向上が確認された。
• QualNet 4.5を用いたシミュレーション結果により、干渉低減と信頼性向上の有効性が裏付けられた。
• 特に高トラフィック負荷下では、従来の共存メカニズムが安定したスループットを維持できなかったが、本研究で得られた性能向上が顕著に現れた。
• 本研究は、パケット間遅延が異種無線ネットワークにおける共存管理の実用的で効果的なメカニズムであることを確認した。