[論文レビュー] Multihop Adjustment for the Number of Nodes in Contention-Based MAC Protocols for Wireless Ad hoc Networks

Ash Mohammad Abbas|arXiv (Cornell University)|Aug 19, 2011

Wireless Networks and Protocols参考文献 7被引用数 3

ひとこと要約

本稿では、多ホップ無線アドホックネットワークにおける競合型MACプロトコルのため、競合する隣接ノードの有効数を正確に推定するために、マルチホップ調整係数を提案する。経路に沿った重複するキャリアセンス範囲を幾何確率を用いてモデル化することで、過大評価を低減する解析的調整係数 χ = 2.1521/π(1 − 1/h) を導出している。この係数により、マルチホップ経路における遅延およびスループットのモデリングが改善される。

ABSTRACT

The number of contending neighbors of a node in a multihop ad hoc network has to be adjusted while analyzing the performance of the network such as computing the end-to-end delays along a path from a given source to a destination. In this paper, we describe a method to adjust the number of contending neighbors of a node in a multihop wireless ad hoc network. Our method is based on the minimum number of neighbors that has to be common between two consecutive nodes along a path. We derive an analytical expression for the adjustment factor.

研究の動機と目的

• 単一ホップMAC性能モデルを用いた場合に、多ホップアドホックネットワークにおけるエンドツーエンド遅延およびスループットのモデリングに生じる不正確さを是正すること。
• 経路に沿って連続するノード間のキャリアセンス範囲の重複が、競合ノードの有効数をどの程度低減するかを定量化すること。
• 重複する競合領域による競合ノードの過大評価を是正するための閉形式解析的式を導出すること。
• CSMA/CAベースのMACプロトコル（例：IEEE 802.11 DCF や EDCA）の多ホップシナリオにおける性能評価をより正確に行えるようにすること。

提案手法

• 多ホップ経路に沿って連続する h 個のノードのキャリアセンス範囲の和集合を、幾何確率を用いてモデル化する。
• 包含除算法則を適用して、重複する競合領域の総面積を計算する。
• 調整係数 χ を、重複領域の面積と個々の競合領域の総面積の比として定義する。
• 隣接ノードのキャリアセンス範囲の平均交差面積に基づき、h ≥ 2 の場合に χ = 2.1521/π(1 − 1/h) を導出する。
• 数学的帰納法と h = 5 および h = 6 の数値例を用いて式の妥当性を検証する。
• ノード密度 ζ、送信範囲 r、およびキャリアセンス範囲 rcs = βr（β = 2）を主なシステムパラメータとして用いる。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 重複するキャリアセンス範囲の影響により、多ホップ経路に沿って競合する隣接ノードの有効数はどのように変化するか？
• RQ2 多ホップ経路における競合ノードの過剰数え上げを是正するための調整係数の解析的式は何か？
• RQ3 調整係数は経路のホップ数に応じてどのように変化するか？
• RQ4 ホップ数が増加するに従って、調整係数はどの程度減少するか？

主な発見

• 調整係数は χ = 2.1521/π(1 − 1/h) であり、h が増加するにつれて減少する。これは、競合低減効果に次第に飽和する傾向を示している。
• h = 5 の場合、調整係数は χ = 4 × 2.1521 / (5π) ≈ 0.555 となり、競合が約44.5%低減される。
• h = 6 の場合、χ = 5 × 2.1521 / (6π) ≈ 0.555 となり、h = 5 の場合とほとんど変化がない。
• χ の増分は h=2 から h=3 の間で 33.33% から h=3 から h=4 の間で 12.5% に低下し、これは収束の兆しを示している。
• h → ∞ のとき、調整係数は 2.1521/π ≈ 0.685 に漸近的に近づき、長距離経路では競合が最大で約31.5%低減されることを意味する。
• 単純にエンドツーエンド遅延を h × 単一ホップ遅延と仮定する誤った仮定を是正するため、重複する競合領域を考慮したモデルを提示している。