[논문 리뷰] Multihop Adjustment for the Number of Nodes in Contention-Based MAC Protocols for Wireless Ad hoc Networks

Ash Mohammad Abbas|arXiv (Cornell University)|2011. 08. 19.

Wireless Networks and Protocols참고 문헌 7인용 수 3

한 줄 요약

이 논문은 다중호프 무선 애드혹 네트워크의 경쟁 기반 MAC 프rotocol에서 경쟁하는 이웃 노드의 유효 수를 정확하게 추정하기 위해 다중호프 조정 계수를 제안한다. 경로를 따라 겹치는 캐리어 세인스 범위를 기하 확률로 모델링하여 분석적 조정 계수 χ = 2.1521/π(1 − 1/h)를 유도한다. 이는 경쟁의 과대평가를 감소시키며, 다중호프 경로의 지연 및 대역폭 모델링을 향상시킨다.

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.

연구 동기 및 목표

• 단일호프 MAC 성능 모델을 사용할 때 다중호프 애드혹 네트워크에서 종단 간 지연 및 대역폭 모델링의 부정확성을 해결하기 위해.
• 경로를 따라 연속된 노드들 간의 겹치는 캐리어 세인스 범위가 유효 경쟁 노드 수를 어떻게 감소시키는지 정량화하기 위해.
• 겹치는 경쟁 영역으로 인한 경쟁의 과대평가를 수정하기 위한 닫힌 형태의 분석적 표현식인 조정 계수를 유도하기 위해.
• IEEE 802.11 DCF 및 EDCA와 같은 CSMA/CA 기반 MAC 프로토콜의 성능 평가를 다중호프 환경에서 더 정확히 가능하게 하기 위해.

제안 방법

• 다중호프 경로를 따라 h개의 연속된 노드의 캐리어 세인스 범위의 합집합을 기하 확률로 모델링한다.
• 포함-배제 원리를 적용하여 겹치는 경쟁 영역의 총 면적을 계산한다.
• 조정 계수 χ를 개별 경쟁 영역의 총 면적에 대한 겹침 면적의 비율로 정의한다.
• 이웃 노드들의 캐리어 세인스 범위 평균 교차 면적에 기반하여 h ≥ 2에 대해 χ = 2.1521/π(1 − 1/h)를 유도한다.
• 수학적 귀납법과 h = 5 및 h = 6인 수치 예제를 통해 공식을 검증한다.
• 핵심 시스템 파rameter로 노드 밀도 ζ, 전송 범위 r, 캐리어 세인스 범위 rcs = βr (β = 2)를 사용한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 겹치는 캐리어 세인스 범위로 인해 다중호프 경로를 따라 유효 경쟁 이웃 수는 어떻게 변화하는가?
• RQ2 다중호프 경로에서 경쟁 노드의 과다 계산을 수정하기 위한 조정 계수의 분석적 표현식은 무엇인가?
• RQ3 조정 계수는 경로의 홉 수에 따라 어떻게 변하는가?
• RQ4 조정 계수가 홉 수가 증가함에 따라 얼마나 감소하는가?

주요 결과

• 조정 계수는 χ = 2.1521/π(1 − 1/h)이며, h가 증가함에 따라 감소하여 경쟁 감소의 수익 감소를 나타낸다.
• h = 5일 경우 조정 계수는 χ = 4 × 2.1521 / (5π) ≈ 0.555로, 경쟁을 약 44.5% 감소시킨다.
• h = 6일 경우 χ = 5 × 2.1521 / (6π) ≈ 0.555로, h = 5일 경우와 거의 동일한 변화를 보이며 최소한의 증가를 보인다.
• χ의 증가율은 h=2에서 h=3일 경우 33.33%에서 h=3에서 h=4일 경우 12.5%로 감소하여 수익 감소 현상을 보인다.
• h → ∞일 때 조정 계수는 2.1521/π ≈ 0.685로 점점 수렴하며, 장거리 경로에서는 최대 약 31.5%까지 경쟁이 감소함을 의미한다.
• 겹치는 경쟁을 고려함으로써 종단 간 지연이 단순히 h × 단일호프 지연과 동일하다는 단순 가정을 수정한다.