[論文レビュー] An Algorithm to Improve Performance over Multihop Wireless Mesh Network

Sumedha R. Chokhandre, Urmila Shrawankar|arXiv (Cornell University)|May 10, 2013

Mobile Ad Hoc Networks参考文献 20被引用数 4

ひとこと要約

本稿では、マルチホップ無線メッシュネットワークにおけるスループットの向上を目的として、無線リンク障害と混雑によるパケット損失を区別する送信側の変更を加えたTCP SACという、TCP NewRenoを変更した送信側の混雑制御アルゴリズムを提案する。無線損失時における不要なウィンドウ縮小を抑えるようにTCP NewRenoの挙動を適応的に変更することで、TCP NewReno、Reno、SACK、Vegasと比較して、ループタイム変動が大きく、損失が共存するマルチホップ環境下で顕著に高い性能を達成する。

ABSTRACT

Transmission Control Protocol (TCP) is the dominant reliable transport protocol utilized in the Internet. Improving the performance of TCP associated with the presence of multi-hop is one of the research challenges in wireless mesh networks. Wireless mesh networks have large round trip time variations and these variations are dependent on the number of hops. In wireless mesh network, when congestion loss and wireless loss are co-existed the number of packets dropped increases and will have adverse effects on TCP and its congestion control mechanism which leads to low throughput. Here we have designed a new TCP scheme for multi-hop wireless mesh networks, by modifying the sender side congestion control functionality of TCP NewReno, which is tuned towards improving the performance of TCP. The simulation results show that TCP SAC has higher performance than TCP NewReno, Reno, Sack and Vegas in multi-hop wireless mesh networks.

研究の動機と目的

• ループタイム変動が大きく、損失が共存する状況下で、TCPの性能劣化を解消すること。
• 無線損失と混雑による損失が同時に発生する状況において、従来のTCP混雑制御メカニズムの限界を克服すること。
• TCP NewRenoの送信側混雑制御ロジックを変更することで、損失の区別をより適切に行えるようにし、エンドツーエンドスループットを向上させること。
• 動的かつ損失の多い無線メッシュネットワーク環境下でも高いスループットを維持できる仕組みを設計すること。
• 実際のマルチホップメッシュ環境下で、標準的なTCPバージョンと比較して提案されたアルゴリズムの性能を評価すること。

提案手法

• TCP NewRenoの送信側混雑制御メカニズムを変更し、無線損失と混雑による損失を区別して処理できるようにすること。
• 無線リンク障害に起因する典型的な損失パターン（例：バースト発生、混雑とは関係のないもの）を特定する損失区別機構を導入すること。
• 無線リンク障害に起因する損失時には、混雑による損失とは異なり、ウィンドウを急激に半減させないよう、混雑ウィンドウ縮小ロジックを調整すること。
• 混雑による損失に対しては、標準的なTCP NewRenoの挙動を維持することで、公平性と安定性を確保すること。
• 閾値ベースまたはパターンベースの検出を用いて、受信側からの明示的フィードバックを必要とせずに損失タイプを区別すること。
• 既存のTCPインfra構造と後方互換性を保ちつつ、マルチホップメッシュトポロジでの性能を向上させること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 マルチホップ無線メッシュネットワークにおける、無線損失と混雑による損失の共存がTCP性能に与える影響は何か？
• RQ2 無線損失と混雑による損失が共存する高ホップ数・損失の多い無線メッシュネットワーク環境下で、送信側を変更した混雑制御アルゴリズムがTCPスループットをどの程度向上できるか？
• RQ3 損失条件が変化する状況下で、提案されたTCP SACアルゴリズムは、TCP NewReno、Reno、SACK、Vegasと比較して、スループットと公平性の点でどの程度優れているか？
• RQ4 送信側での損失タイプの区別が、混雑制御の安定性を損なわせることなく、不要なウィンドウ縮小を効果的に低減できるか？
• RQ5 ループタイム変動がTCP性能に与える影響は何か？また、送信側の適応によってその影響をどのように軽減できるか？

主な発見

• TCP SACは、ループタイム変動が大きく、損失が共存するマルチホップ無線メッシュネットワークにおいて、TCP NewReno、Reno、SACK、Vegasを上回る高いスループットを達成する。
• 本稿で提案されたアルゴリズムは、無線リンク障害に起因する損失時における不要なウィンドウ縮小を顕著に低減し、効率性と安定性を向上させる。
• シミュレーション結果から、従来のTCPバージョンが過度なウィンドウ縮小に苦しむ混合損失環境下でも、TCP SACは高いグッドプットを維持していることが示された。
• TCP SACの性能向上は、ホップ数が多く、ループタイムが変動するネットワーク環境で特に顕著に現れる。
• 本アルゴリズムは、無線損失と混雑による損失を効果的に区別でき、より正確で適応的な混雑制御が可能である。
• 特に損失が多く、遅延の大きいマルチホップメッシュ環境下では、TCP SACはスループットと公平性の点で、既存のTCPバージョンを上回る性能を発揮する。