[논문 리뷰] Throughput Enhancement by Concurrent Transmission in WPAN with Multiple Antennas

Muhammad Bilal, Moonsoo Kang|arXiv (Cornell University)|2017. 12. 31.

Wireless Networks and Protocols참고 문헌 4인용 수 4

한 줄 요약

이 논문은 다중 방향성 안테나를 사용하여 60 GHz WPAN에서 동시 전송을 위한 스케줄링 기법을 제안한다. 간섭이 없는 전송 쌍을 식별하고 최적의 멀티홉 경로를 통해 트래픽을 라우팅함으로써 데이터 전송 속도를 향상시키고 부하를 균형 있게 분산시켜 다양한 경로 손실 조건에서 상당한 스루풋 향상을 달성한다.

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.

연구 동기 및 목표

• 멀티미디어 응용을 위한 개인 영역 네트워크에서 초기가비비트/초당 스루풋이 필요한 요구를 충족시키기 위해.
• 60 GHz WPAN에서 높은 경로 손실과 방향성 비임피어링으로 인한 기존 단일 링크 전송의 한계를 극복하기 위해.
• 간섭이 없는 동시 전송을 지능적으로 스케줄링하여 네트워크 수준 및 사용자 수준의 스루풋을 향상시키기 위해.
• 직접 소스-대상 링크 대신 경량 멀티홉 릴레이 경로를 활용하여 네트워크 부하를 균형 있게 분산시키기 위해.
• 변동하는 경로 손실 지수 조건 하에서 제안된 기법의 성능을 평가하기 위해.

제안 방법

• 60 GHz에서 다중 방향성 안테나를 사용하여 공간 재사용을 가능하게 하고 간섭을 감소시킨다.
• 빔 어드밴스 및 간섭 제약 조건을 기반으로 간섭이 없는 전송 쌍을 식별한다.
• 다중 저비용 릴레이 홉을 포함하는 순간 최적 경로 선택 알고리즘을 적용한다.
• 선택된 경로에서 간섭이 없는 흐름을 동시에 전송할 수 있도록 스케줄링 메커니즘을 적용한다.
• 실제 전파 효과를 시뮬레이션하기 위해 가변 경로 손실 지수를 사용하여 손실을 모델링한다.
• 라우팅 및 스케줄링 결정을 통합하여 스루풋을 최적화하면서도 부하 균형을 유지한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 60 GHz WPAN에서 다중 방향성 안테나를 사용할 경우 동시 전송는 어떻게 효과적으로 스케줄링할 수 있는가?
• RQ2 경로 손실 지수는 동시 전송 스케줄링 성능에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ3 직접 전송 대비 멀티홉 릴레이 전송은 스루풋 향상과 부하 균형 조절에 어떻게 기여하는가?
• RQ4 다수의 릴레이를 포함하는 최적 경로 선택이 전체 시스템 스루풋에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ5 다양한 전파 조건 하에서 동시 전송 시 공간 재사용과 간섭 간의 상충 관계는 어떻게 되는가?

주요 결과

• 제안된 기법은 간섭이 없는 흐름의 동시 전송를 가능하게 하여 네트워크 스루풋을 크게 향상시킨다.
• 모든 테스트된 경로 손실 지수 값에서 스루풋 향상이 관찰되었으며, 저손실 환경에서 더 높은 향상이 이루어졌다.
• 경량 릴레이를 통한 멀티홉 라우팅은 부하 균형 조절을 향상시키고 네트워크의 유효 커버리지를 연장한다.
• 철저한 빔 및 경로 선택을 통해 간섭을 최소화함으로써 높은 스펙트럼 효율성을 유지한다.
• 성능 평가 결과, 동시 전송 및 최적 경로 선택의 조합이 기존 단일 홉 접근 방식을 뛰어넘는 성능을 보였다.
• 특히 중간에서 높은 경로 손실을 보이는 환경에서, 이 기법은 다양한 전파 조건 하에서도 뛰어난 강건성을 보였다.