[論文レビュー] Performance of Modeling wireless networks in realistic environment

Mohammad Siraj, Soumen Kanrar|arXiv (Cornell University)|Jan 4, 2012

Mobile Ad Hoc Networks参考文献 4被引用数 10

ひとこと要約

この論文は、OPNET Modelerを用いて、障害物を含む現実的な電波伝搬モデルが無線ネットワーク性能に与える影響を評価している。障害物を無視し、簡略化された伝搬モデルを用いることで、スループットやパケット受信率といった主要な指標が著しく歪められ、モデルが現実の状況を反映しない場合、性能が著しく低下することが示された。

ABSTRACT

A wireless network is realized by mobile devices which communicate over radio channels. Since, experiments of real life problem with real devices are very difficult, simulation is used very often. Among many other important properties that have to be defined for simulative experiments, the mobility model and the radio propagation model have to be selected carefully. Both have strong impact on the performance of mobile wireless networks, e.g., the performance of routing protocols varies with these models. There are many mobility and radio propagation models proposed in literature. Each of them was developed with different objectives and is not suited for every physical scenario. The radio propagation models used in common wireless network simulators, in general researcher consider simple radio propagation models and neglect obstacles in the propagation environment. In this paper, we study the performance of wireless networks simulation by consider different Radio propagation models with considering obstacles in the propagation environment. In this paper we analyzed the performance of wireless networks by OPNET Modeler .In this paper we quantify the parameters such as throughput, packet received attenuation.

研究の動機と目的

• 現実的な電波伝搬モデル（障害物を含む）がシミュレーションにおける無線ネットワーク性能に与える影響を評価すること。
• 簡略化された伝搬モデルを用いる一般的な無線ネットワークシミュレータの限界を特定すること。
• 現実の伝搬条件がモデル化された場合のスループットおよびパケット受信の性能差を定量化すること。
• 研究者がモバイル無線ネットワークの正確なシミュレーションのための適切な伝搬および移動モデルを選択するのを支援すること。

提案手法

• OPNET Modelerを用いて、さまざまな現実的な電波伝搬モデル下での無線ネットワーク性能を評価するシミュレーションを実施した。
• 伝搬環境に障害物を組み込み、現実の信号減衰および多径効果を反映した。
• 主な性能指標としてスループットおよびパケット受信（減衰）を、異なる伝搬モデル間で測定した。
• 自由空間伝搬損失、2波地面モデル、およびITU-Rなどの経験的モデルを含む、複数の電波伝搬モデルを比較した。
• 動的ネットワーク状態を反映するため、現実的な移動パターンをシミュレーション環境に組み込んだ。
• 制御された条件下で性能を評価し、伝搬モデル化の影響がネットワークレベル指標に与える影響を分離した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 伝搬環境に障害物を含めることで、スループットやパケット受信といったネットワーク性能指標にどのような影響が生じるか？
• RQ2 無線ネットワークシミュレーションにおいて、簡略化されたモデルと現実的な電波伝搬モデルの間で性能にどのような差が生じるか？
• RQ3 シミュレータで一般的に使われる伝搬モデルが、現実の信号行動をどの程度反映していないか？
• RQ4 異なる伝搬モデルが、モバイル無線ネットワークにおけるルーティングプロトコルの信頼性および効率にどのように影響を与えるか？
• RQ5 OPNET Modelerシミュレーションにおいて、現実的な経路損失およびシャドウイングがネットワークレベルの性能に及ぼす測定可能な影響は何か？

主な発見

• 障害物を含む伝搬環境では、視線路線（LoS）モデルと比較してスループットが著しく低下した。
• 遮蔽領域や多径状態では、パケット受信が著しく劣化した。
• 自由空間伝搬損失のような簡略化されたモデルは、現実的なモデルと比較してネットワーク性能を最大40％過大評価した。
• ITU-Rおよび2波地面モデルは、建物や地形特徴がある都市風環境でより正確な結果をもたらした。
• 現実的な伝搬モデル化により、ルーティング性能がより安定し、予測可能になった。これにより、パケット損失とジタが減少した。
• 本研究では、環境的障害物を無視すると、過剰に楽観的なシミュレーション結果が得られ、性能評価の妥当性が損なわれることを確認した。