[论文解读] Coefficient of Restitution based Cross Layer Interference Aware Routing Protocol in Wireless Mesh Networks

V Sarasvathi, Snehanshu Saha+2 more|arXiv (Cornell University)|Nov 14, 2015

Mobile Ad Hoc Networks被引用 5

一句话总结

本文提出 CoRCiaR，一种用于多无线多信道无线网状网络的跨层路由协议，利用恢复系数（COR）动态绕过易受干扰的路径。通过增强物理层/清除发送（RTS/CTS）机制以检测干扰，并使用往返时间（RTT）进行拥塞估计，该协议可选择低干扰路径，显著提升在部分重叠信道环境下的TCP吞吐量。

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.

研究动机与目标

• 为解决使用部分重叠信道（POC）的多无线多信道（MRMC）无线网状网络（WMNs）中严重的相邻信道干扰问题。
• 提升因干扰和拥塞导致性能下降的 WMNs 中的 TCP 性能。
• 设计一种跨层路由协议，整合 MAC 层干扰检测与网络层路径选择。
• 通过 RTT 和 COR 指标识别并避免拥塞或受干扰的路径，以最小化吞吐量下降。

提出的方法

• 在 MAC 层采用增强的 RTS/CTS 机制，以检测信道干扰并估算干扰水平。
• 利用往返时间（RTT）测量识别由干扰引起的网络拥塞。
• 动态路由发现机制，选择干扰和拥塞水平更低的替代路径。
• 应用恢复系数（COR）作为性能指标，评估路径质量并指导重路由决策。
• 通过基于 COR 的路径选择，实现对无拥塞路径的无缝数据传输。
• 实现 MAC 层与网络层之间的跨层集成，以支持实时干扰感知的路由决策。

实验结果

研究问题

• RQ1 在 MRMC WMNs 中，如何有效检测并量化来自部分重叠信道（POC）的干扰？
• RQ2 基于 RTT 的拥塞检测在干扰受限的 WMNs 中在多大程度上提升了路由决策的准确性？
• RQ3 恢复系数（COR）能否作为评估和选择低干扰传输路径的可靠指标？
• RQ4 基于 COR 和 RTT 的动态重路由在 WMNs 中对整体 TCP 吞吐量有何影响？
• RQ5 与传统路由协议相比，所提出的 CoRCiaR 协议在基于 POC 的 WMNs 中的性能增益如何？

主要发现

• CoRCiaR 协议通过避开易受干扰的路径，在 MRMC WMNs 中显著提升了 TCP 吞吐量。
• 使用 COR 作为路径质量指标，可有效区分高干扰与低干扰路径。
• 基于 RTT 的拥塞检测可成功识别由干扰引起的延迟，从而实现及时重路由。
• 增强的 RTS/CTS 机制提升了 MAC 层的干扰检测精度。
• 仿真结果表明，CoRCiaR 有效减少了在 POC 环境下由相邻信道干扰引起的吞吐量下降。
• CoRCiaR 的跨层设计在高干扰条件下实现了更稳定高效的数据显示传输。