[論文レビュー] Throughput Enhancement by Concurrent Transmission in WPAN with Multiple Antennas

Muhammad Bilal, Moonsoo Kang|arXiv (Cornell University)|Dec 31, 2017

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

ひとこと要約

本稿では、60 GHz WPANにおける複数の指向性アンテナを用いた同時送信スケジューリング方式を提案し、ネットワークスループットを向上させる。非干渉送信ペアを特定し、最適なマルチホップ経路を介してトラフィックをルーティングすることで、データレートを向上させ、負荷をバランスさせ、さまざまな経路損失条件において顕著なスループット向上を達成する。

ABSTRACT

To achieve high rate of Multi-Giga-bits-per-second for multimedia applications at personal area level, 60 GHz communication technologies are most potential candidates. Due to some special characteristics of 60 GHz band of frequencies and use of multiple directional antennas,the network level and user level throughput can be increased tremendously by identifying and scheduling the non interfering transmission requests for concurrent transmissions. Instead of direct communication between source and destination, by traversing the traffic flow on optimum path (consists of light weight multiple-relying-hops), can further increase the throughput and balances the load condition across the network. In this paper we present a scheduling scheme for concurrent transmission of non interfering transmission requests on instantaneous optimum path. Performance of scheme is investigated for different path loss exponents.

研究の動機と目的

• マルチメディアアプリケーション向けに、1秒あたり数ギガビットのスループットを実現する個人領域ネットワークのニーズに対応する。
• 高い経路損失と指向性ビームフォーミングを伴う60 GHz WPANにおける従来の単一リンク送信の制限を克服する。
• 非干渉同時送信の知的なスケジューリングにより、ネットワークレベルおよびユーザーレベルのスループットを向上させる。
• 直接送信元-受信先リンクに代えて、軽量なマルチホップリレーパathを活用することで、ネットワーク負荷をバランスさせる。
• さまざまな経路損失指数の条件下での提案手法の性能を評価する。

提案手法

• 60 GHzでの指向性アンテナの複数使用により、空間的再利用を実現し、干渉を低減する。
• ビームアライメントと干渉制約に基づいて、非干渉送信ペアを特定する。
• 複数の低コストリレーホップを含む、即時の最適経路選択アルゴリズムを採用する。
• 選択された経路上で干渉のないフローを同時に送信できるスケジューリングメカニズムを適用する。
• 実際の伝搬効果を再現するため、可変な経路損失指数を用いて経路損失をモデル化する。
• ルーティングとスケジューリングの意思決定を統合し、スループットを最適化するとともに、負荷バランスを維持する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 60 GHz WPANにおいて複数の指向性アンテナを備えた環境で、どのように効果的に同時送信をスケジューリングできるか？
• RQ2 経路損失指数が、同時送信スケジューリングの性能に与える影響は何か？
• RQ3 直接送信と比較して、マルチホップリレーリングはスループットと負荷バランスをどのように改善するか？
• RQ4 複数のリレーデバイスを含む最適経路の選択が、全体のシステムスループットに与える影響は何か？
• RQ5 変化する伝搬条件下での同時送信において、空間的再利用と干渉のトレードオフはどのようなものか？

主な発見

• 提案手法は、干渉のないフローの同時送信を可能にすることで、ネットワークスループットを顕著に向上させる。
• テストされたすべての経路損失指数の値においてスループット向上が確認され、低損失環境ではより高い向上効果が得られる。
• 軽量なリレーデバイスを介するマルチホップルーティングにより、負荷バランスが改善され、ネットワークの有効カバレッジが拡張される。
• 適切なビームおよび経路選択により干渉を最小限に抑えることで、スペクトル効率を高い水準に維持する。
• 性能評価により、同時送信と最適経路選択の組み合わせが、従来の単一ホップ手法を上回ることが確認された。
• 特に中程度から高い経路損失を示す環境において、本手法は変動する伝搬条件に対しても頑健であることが示された。