[論文レビュー] General Model for Single and Multiple Channels WLANs with Quality of Service Support

Abdelsalam B. Amer, Fayez Gebali|arXiv (Cornell University)|Aug 30, 2010

Wireless Networks and Protocols参考文献 28被引用数 4

ひとこと要約

本稿では、チャネルノイズ下でのリクエストおよびデータ送信メカニズムを統合することにより、サービス品質（QoS）をサポートする、単一およびマルチチャネルWLANの一般化された解析的モデルを提案する。IEEE 802.11a、IEEE 802.16e、CDMA、HiperLAN2などの多様な規格において、スループット、受信確率、遅延といった主要な性能指標を導出しており、劣化した無線環境における広範な適用性とQoSに配慮した性能評価を示している。

ABSTRACT

In this paper we develop an intergraded model for request mechanism and data transmission in the uplink phase in the presence of channel noise. This model supports quality of service. The wireless channel is prone to many impairments. Thus, certain techniques have to be developed to deliver data to the receiver. We calculated the performance parameters for single and multichannel wireless networks, like the requests throughput, data throughput and the requests acceptance probability and data acceptance probability. The proposed model is general model since it can be applied to different wireless networks such as IEEE802.11a, IEEE802.16e, CDMA operated networks and Hiperlan\2.

研究の動機と目的

• チャネル障害が存在する無線ネットワークにおける上行リンクのリクエストおよびデータ送信の統合的解析フレームワークを構築すること。
• 現実的なノイズ条件下での単一およびマルチチャネルWLANにおけるサービス品質（QoS）要件をサポートすること。
• 異なる無線規格において、リクエストおよびデータスループット、受信確率といった性能指標を評価すること。
• MAC層アクセスメカニズムを一般化された競合モデルに抽象化することで、IEEE 802.11a、IEEE 802.16e、CDMA、HiperLAN2などに適用可能なモデルを実現すること。

提案手法

• 本モデルは、共通の解析フレームワークに統合された上行リンクフェーズにおけるリクエストアクセスメカニズムとデータ送信プロセスを統合する。
• チャネルノイズとその送信成功への影響を考慮し、フレーム受信および再送信の確率的モデルを用いる。
• マコフ連鎖モデルと確率的解析を用いて、競合およびチャネルアクセス行動を捉えることで、性能指標を導出する。
• チャネル選択と負荷分散を含む状態空間の拡張により、単一チャネルおよびマルチチャネル構成を両方サポートする。
• MAC層アクセスメカニズムを一般化された競合モデルに抽象化することで、複数の規格に適用可能となる。
• 主要な式は、送信成功確率および再試行制限に基づき、リクエストおよびデータの受信確率、スループット、遅延を計算する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 チャネルノイズ下での単一およびマルチチャネルWLANにおけるQoS性能を評価する統合的解析モデルをどのように設計できるか？
• RQ2 QoS差別化を伴うマルチチャネル環境において、リクエストおよびデータスループットはどの程度達成可能か？
• RQ3 チャネルノイズは、異種無線ネットワークにおけるリクエストおよびデータフレームの受信確率にどのように影響するか？
• RQ4 IEEE 802.11a、IEEE 802.16e、CDMA、HiperLAN2といった異なる無線規格に、このモデルをどの程度一般化して適用できるか？
• RQ5 QoS対応マルチチャネルWLANにおいて、スループット、遅延、受信確率の間にはどのようなトレードオフが存在するか？

主な発見

• 本モデルは、チャネルノイズ下での単一およびマルチチャネルWLANにおけるリクエストおよびデータスループット、受信確率、遅延を的確に算出可能である。
• IEEE 802.11a、IEEE 802.16e、CDMA、HiperLAN2における性能指標が導出され、本モデルの広範な適用性が裏付けられた。
• 解析結果から、マルチチャネル構成は単一チャネル構成と比較して、スループットの大幅な向上と遅延の低減を実現することが明らかになった。
• 本モデルは、トラフィッククラスごとの差別化されたアクセスおよび送信確率を用いることで、QoSの実現が可能であることを示した。
• 本フレームワークにより、同一の性能指標に基づいて異なる無線規格を定量的に比較可能となり、クロススタンダード評価が可能になった。
• 本モデルの正確性は、多様なネットワークタイプにおけるMAC層性能に及ぼすチャネル状態の影響を的確に捉えられる能力によって検証された。