[论文解读] Throughput Enhancement by Concurrent Transmission in WPAN with Multiple Antennas

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

Wireless Networks and Protocols参考文献 4被引用 4

一句话总结

本文提出了一种在60 GHz WPAN中使用多方向性天线进行并发传输的调度方案，以提升网络吞吐量。通过识别非干扰传输对并沿最优多跳路径路由流量，该方案提高了数据速率并实现了负载均衡，在不同路径损耗条件下均实现了显著的吞吐量增益。

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.

研究动机与目标

• 解决多媒体应用对个人网络中多吉比特每秒吞吐量的需求。
• 克服传统单链路传输在60 GHz WPAN中因高路径损耗和波束成形带来的局限性。
• 通过智能调度非干扰并发传输，提升网络层和用户层吞吐量。
• 通过使用轻量级多跳中继路径而非直接源-目的链路，实现网络负载均衡。
• 在不同路径损耗指数条件下评估所提方案的性能。

提出的方法

• 在60 GHz频段利用多根方向性天线，实现空间复用并减少干扰。
• 基于波束对准和干扰约束，识别非干扰传输对。
• 采用一种瞬时最优路径选择算法，包含多个低开销中继跳。
• 应用调度机制，允许在选定路径上并发传输非干扰流。
• 使用可变路径损耗指数建模路径损耗，以模拟真实传播效应。
• 将路由与调度决策集成，以在保持负载均衡的同时优化吞吐量。

实验结果

研究问题

• RQ1 在具有多根方向性天线的60 GHz WPAN中，如何有效调度并发传输？
• RQ2 路径损耗指数对并发传输调度性能有何影响？
• RQ3 与直接传输相比，多跳中继能否提升吞吐量和负载均衡？
• RQ4 选择包含多个中继的最优路径如何影响整体系统吞吐量？
• RQ5 在不同传播条件下，并发传输中空间复用与干扰之间的权衡是什么？

主要发现

• 所提方案通过启用非干扰流的并发传输，显著提升了网络吞吐量。
• 在所有测试的路径损耗指数值下均观察到吞吐量增益，且在低损耗环境中增益更高。
• 通过轻量级中继实现的多跳路由改善了负载均衡，并扩展了网络的有效覆盖范围。
• 通过仔细选择波束和路径，该方案通过最小化干扰保持了高频谱效率。
• 性能评估证实，并发传输与最优路径选择的结合优于传统的单跳方法。
• 该方法在不同传播条件下表现出鲁棒性，尤其在中等至高路径损耗环境中表现更优。