[論文レビュー] Multi-Interface PLC / Wireless Network Simulation

Yvonne Anne Pignolet, Ilias Rinis+2 more|arXiv (Cornell University)|Sep 27, 2012

Power Line Communications and Noise参考文献 8被引用数 3

ひとこと要約

本稿は、Contiki OS用のCoojaネットワークシミュレータを拡張し、複数インターフェース通信をサポートするものであり、1つのネットワークで無線通信と中圧（MV）電力線通信（PLC）を同時にシミュレート可能にする。距離に依存するMV PLC媒体モデルを導入し、指数的信号減衰と誤 bit 確率に基づくもので、MV PLCネットワークにおけるパケット送信成功率の正確なモデル化を可能にし、リングメインユニット（RMU）に二重PLCカップラーを搭載したスマートグリッド環境で検証されている。

ABSTRACT

Many communication networks consist of legacy and new devices using heterogeneous technologies, such as copper wire, optical fiber, wireless and power line communication (PLC). Most network simulators, however, have been designed to work well with a single underlying link layer technology. Furthermore, there are hardly any suitable models for network simulators of PLC. In this paper we present extensions of the Contiki OS network simulator Cooja: A device may support multiple interfaces accessing multiple PLC segments or wireless channels and a simple PLC medium model is introduced describing packet loss probability as a function of distance. We test our approach to simulate a Smart Grid scenario of Ring Main Units equipped with PLC devices.

研究の動機と目的

• 既存のツールに、マルチインターフェースおよび現実的なPLCネットワークシミュレーションの欠如に対処するため。
• 特にPLCと無線通信を統合した異種通信技術を、1つのネットワークインfra構造内にシミュレート可能にするため。
• 現実的なPLCチャネルモデルを用いて、スマートグリッドネットワークの導入前テストを支援するため。
• 二重インターフェースPLCデバイス（例：二重カップラーを備えたリングメインユニット）を、ネットワークセグメント間の切り替えを可能にするため。

提案手法

• 複数の通信媒体を同時にサポートするようにCoojaシミュレータを拡張し、各インターフェースが別個の媒体に接続されるようにする。
• 距離に依存する指数的信号減衰に基づくMV PLC媒体モデルを実装し、パスロスモデルを用いる。
• 成功確率を距離に依存するSNRおよびBERから計算するため、指向グラフラジオ媒体（DGRM）をバックエンドとして使用する。
• 各接続された電力線セグメントについて、完全グラフ（クリーク）としてPLC通信をモデル化し、経路距離を送信元と受信元間の最短経路として計算する。
• 電力線トポロジーを定義し、DGRM互換のグラフを自動生成するため、CoojaにPLCコンフィギレータを導入する。
• 衝突をシミュレートするため、成功率の閾値（例：5％）を超える同時送信に対して干渉しきい値を適用する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 マルチインターフェース通信用のネットワークシミュレータに、現実的で距離依存のPLCチャネルモデルを統合する方法は何か？
• RQ2 中圧電力線通信における経路距離がパケット送信成功率に与える影響は何か？
• RQ3 二重インターフェースデバイス（例：二重PLCカップラーを備えたデバイス）を1つのシミュレーション環境で効果的にモデル化する方法は何か？
• RQ4 拡張されたCoojaシミュレータは、無線およびPLCネットワークを含むスマートグリッドシナリオを正確にシミュレートできるか？
• RQ5 損失の大きい環境において、複数の通信インターフェースを同時に使用することは、ネットワークの信頼性およびスループットにどのように影響するか？

主な発見

• 2 kmの距離で50バイトのパケット送信成功率が80％に達し、これは誤 bit 確率（BER）5.6 × 10⁻⁴に対応する。
• モデルは理論的最大成功率1 − 10⁻⁶を予測し、これはSNR 15.3 dBに対応する最良の状況を表す。
• パケット送信成功率は、パスロスのため距離に従って指数関数的に低下し、距離が長くなるほどBERが上昇する。
• シミュレータはスマートグリッドトポロジーにおける二重インターフェースPLCデバイスを正常にモデル化でき、開放スイッチや断路器を越えた通信を可能にした。
• モデルにより、1デバイスあたり2つのPLCカップラーを備えたリングメインユニットネットワークをシミュレートでき、開放されたループ間でも接続を維持できる。
• 実装は、無線およびPLCなど複数の媒体を同時に動作可能にし、それぞれ独立した媒体モデルと干渉処理をサポートする。