[논문 리뷰] Coefficient of Restitution based Cross Layer Interference Aware Routing Protocol in Wireless Mesh Networks

V Sarasvathi, Snehanshu Saha외 2명|arXiv (Cornell University)|2015. 11. 14.

Mobile Ad Hoc Networks인용 수 5

한 줄 요약

이 논문은 부분적으로 겹치는 채널(Partially Overlapped Channels, POC) 환경에서 간섭이 발생하기 쉬운 경로를 피하기 위해 복원계수(Coefficient of Restitution, COR)를 사용해 동적으로 트래픽을 재라우팅하는 다중 라디오 다중 채널 무선 메시 네트워크(Multi-Radio Multi-Channel Wireless Mesh Networks, MRMC WMNs)를 위한 교차 계층 라우팅 프로토콜 CoRCiaR를 제안한다. 간섭 탐지를 위한 RTS/CTS 개선 및 RTT 기반의 혼잡도 추정을 통해 간섭이 적은 경로를 선택함으로써, 부분적으로 겹치는 채널 환경에서 TCP 스루풋을 크게 향상시킨다.

ABSTRACT

In Multi-Radio Multi-Channel (MRMC) Wireless Mesh Networks (WMN), Partially Overlapped Channels (POC) has been used to increase the parallel transmission. But adjacent channel interference is very severe in MRMC environment; it decreases the network throughput very badly. In this paper, we propose a Coefficient of Restitution based Cross layer Interference aware Routing protocol (CoRCiaR) to improve TCP performance in Wireless Mesh Networks. This approach comprises of two-steps: Initially, the interference detection algorithm is developed at MAC layer by enhancing the RTS/CTS method. Based on the channel interference, congestion is identified by Round Trip Time (RTT) measurements, and subsequently the route discovery module selects the alternative path to send the data packet. The packets are transmitted to the congestion free path seamlessly by the source. The performance of the proposed CoRCiaR protocol is measured by Coefficient of Restitution (COR) parameter. The impact of the rerouting is experienced on the network throughput performance. The simulation results show that the proposed cross layer interference aware dynamic routing enhances the TCP performance on WMN. Keywords: Coefficient of Restitution, Wireless Mesh Networks, Partially Overlapped Channels, Round Trip Time, Multi-Radio, Multi-Channel.

연구 동기 및 목표

• 부분적으로 겹치는 채널(Partially Overlapped Channels, POC)을 사용하는 다중 라디오 다중 채널(Multi-Radio Multi-Channel, MRMC) 무선 메시 네트워크(Wireless Mesh Networks, WMNs)에서 심각한 인접 채널 간섭을 해결하기 위해.
• WMNs에서 간섭과 혼잡으로 인해 떨어지는 TCP 성능을 향상시키기 위해.
• MAC 계층 간섭 탐지와 네트워크 계층 경로 선택을 통합한 교차 계층 라우팅 프로토콜을 개발하기 위해.
• RTT 및 COR 지표를 사용해 혼잡하거나 간섭이 있는 경로를 식별하고 회피하여 스루풋 저하를 최소화하기 위해.

제안 방법

• 간섭 탐지 및 간섭 수준 추정을 위해 MAC 계층에서 RTS/CTS 메커니즘을 개선함.
• 간섭으로 인한 혼잡을 식별하기 위해 라운드트립 타임(Round Trip Time, RTT) 측정을 사용함.
• 더 낮은 간섭과 혼잡을 가진 대체 경로를 선택하는 동적 경로 탐색.
• 경로 품질 평가 및 재라우팅 결정을 안내하기 위해 복원계수(Coefficient of Restitution, COR)를 성능 지표로 적용함.
• COR 기반 경로 선택을 통해 식별된 혼잡 없는 경로를 통해 원활한 데이터 전송을 구현함.
• 실시간 간섭 인식 라우팅 결정을 가능하게 하기 위해 MAC 계층과 네트워크 계층 간의 교차 계층 통합을 수행함.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 부분적으로 겹치는 채널(Partially Overlapped Channels, POC)에서 발생하는 간섭은 다중 라디오 다중 채널(MRMC) WMNs에서 효과적으로 탐지되고 정량화될 수 있는가?
• RQ2 간섭 제한 환경에서 RTT 기반 혼잡도 탐지 기법은 라우팅 결정 정확도를 어느 정도 향상시키는가?
• RQ3 복원계수(Coefficient of Restitution, COR)는 저간섭 경로 평가 및 선택에 신뢰할 수 있는 지표로 기능할 수 있는가?
• RQ4 COR 및 RTT 기반 동적 재라우팅은 WMNs에서 전체 TCP 스루풋에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ5 기존의 라우팅 방식에 비해 제안된 CoRCiaR 프로토콜은 POC 기반 WMNs에서 어떤 성능 향상을 보이는가?

주요 결과

• CoRCiaR 프로토콜은 간섭이 발생하기 쉬운 경로를 피하기 때문에 MRMC WMNs에서 TCP 스루풋을 크게 향상시킨다.
• COR를 경로 품질 지표로 사용함으로써 고간섭 및 저간섭 경로 간의 효과적인 차별화가 가능해진다.
• RTT 기반 혼잡도 탐지 기법은 간섭으로 인한 지연을 성공적으로 식별하여 적시 재라우팅을 가능하게 한다.
• 개선된 RTS/CTS 메커니즘은 MAC 계층에서의 간섭 탐지 정확도를 향상시킨다.
• 시뮬레이션 결과, CoRCiaR는 POC 환경에서 인접 채널 간섭으로 인한 스루풋 저하를 감소시킴을 보여준다.
• CoRCiaR의 교차 계층 설계는 고간섭 조건에서도 더 안정적이고 효율적인 데이터 전송을 이끌어낸다.