Journal of KIISE:Information Networking (한국정보과학회논문지:정보통신)

Korean Institute of Information Scientists and Engineers (한국정보과학회)
권호 표지

An Energy Efficient Transmission Scheme based on Cross-Layer for Wired and Wireless Networks

유.무선 혼합망에서 Cross-Layer기반의 에너지 효율적인 전송 기법

  • Published : 2007.12.15
Download PDF
⟨ Previous Next ⟩

Abstract

Snoop protocol is one of the efficient schemes to compensate TCP packet loss and enhance TCP throughput in wired-cum-wireless networks. However, Snoop protocol has a problem: it cannot perform local retransmission efficiently under the bursty-error prone wireless link. To solve this problem, SACK-Aware-Snoop and SNACK mechanism have been proposed. These approaches improve the performance by using SACK option field between base station and mobile host. However in the wireless channel with high packet loss rate, SACK-Aware-Snoop and SNACK mechanism do not work well because of two reason: (a) end-to-end performance is degraded because duplicate ACKs themself can be lost in the presence of bursty error, (b) energy of mobile device and bandwidth utilization in the wireless link are wasted unnecessarily because of SACK option field in the wireless link. In this paper, we propose a new local retransmission scheme based on Cross-layer approach, called Cross-layer Snoop(C-Snoop) protocol, to solve the limitation of previous localized link layer schemes. C-Snoop protocol includes caching lost TCP data and performing local retransmission based on a few policies dealing with MAC-layer's timeout and local retransmission timeout. From the simulation result, we could see more improved TCP throughput and energy efficiency than previous mechanisms.

Snoop 프로토콜은 유 무선 혼합망에서 무선 링크에서 발생하는 TCP 패킷 손실을 효과적으로 보상하여 TCP 전송률을 향상시킬 수 있는 효율적인 프로토콜이다. 하지만, 무선 링크에서 연집한 패킷 손실이 발생하는 경우에는 지역 재전송을 효과적으로 수행하지 못하여 전송 효율이 떨어진다는 문제점이 있다. 이러한 Snoop 프로토콜의 문제점을 개선하기위해 무선 구간에서 TCP-SACK의 장점을 활용한 SACK-Aware-Snoop, SNACK 메커니즘 등이 제안되었다. SACK-Aware-Snoop, SNACK 메커니즘은 연집한 패킷손실 환경에서도 Snoop 프로토콜보다 높은 전송률을 보장하지만 전송 계층의 ACK 패킷을 기반으로 재전송을 수행한다는 점은 ACK 패킷의 손실에 심각한 전송 성능 저하를 가져오며, 무선 구간에서 SACK 옵션의 사용은 무선망의 대역폭과 이동 단말의 한정된 에너지 자원을 불필요하게 낭비하는 문제를 초래하게 된다. 본 논문에서는 이러한 문제점을 개선하기 위해 Cross-layer 기법을 적용한 지역 재전송 기법인 C-Snoop(Cross-layer Snoop) 프로토콜을 제안한다. C-Snoop 프로토콜은 현재 유 무선 혼합망에서 가장 널리 사용되는 IEEE 802.11 MAC 프로토콜 기반의 지역 재전송 메커니즘으로서, MAC 계층의 ACK 패킷과 새로이 제안된 지역 재전송 타이머에 의해 효율적인 지역 재전송을 수행한다. ns-2 시뮬레이터를 이용한 실험을 통해 C-Snoop의 지역 재전송 기법은 무선 구간의 연집적인 패킷 손실에 대해 효율적인 보상을 수행하며, 이동 단말의 에너지 효율성을 향상시키는 것을 확인할 수 있었다.

Keywords

References

  1. V. Tsaoussidis and I. Matta, 'Open Issues on TCP for Mobile Computing,' The Journal of Wireless Communications and Mobile Computing, pp. 3-20, February 2002
  2. H. Balakrishnan, S. Seshan, and R.H Katz. 'Improving Reliable Transport and Handoff Performance in Cellular Wireless Networks,' ACM Wireless Networks, pp. 469-481, December 1995
  3. A. Bakre and B. Badrinath, 'I-TCP: Indirect TCP for Mobile Hosts,' Proceedings of International Conference on Distributed Computing System, 1995
  4. K. Brown and S. Singh, 'M-TCP: TCP for Mobile Cellular Networks,' Proceedings of ACM SIGCOMM Computer Communication Review, pp. 19-43, October 1997 https://doi.org/10.1145/269790.269794
  5. L. Brakmo and L. Peterson, 'TCP Vegas: Endto- end Congestion Avoidance on a Global Internet,' IEEE Communication, pp. 1465-1480, October 1995
  6. C. Peng Fu and S. Liew, 'TCP Veno: TCP En hancement for Transmission over Wireless Access Networks,' IEEE Journal of Selected Areas in Communications, pp. 216-218, February 2003
  7. H. Balakrishnan, V. Padmanabhan, S. Seshan, and R. H. Katz, 'A Comparison of Mechanisms for Improving TCP Performance over Wireless Links,' Proceedings of ACM Transactions on Networking, pp. 756-769, December 1997 https://doi.org/10.1109/90.650137
  8. M. Mathis, J. Mandavi, S. Floyd, and A. Romanov, 'TCP Acknowledgement option,' IETF RFC 2018, 1996
  9. S. Vagala and M. Vehicular, 'The TCP SACKaware Snoop Protocol for TCP over Wireless Networks,' Proceedings of Vehicular Technology Conference, pp. 2624-2628, October 2003
  10. F. Sun, Li. V.O.K. and S. Liew, 'Design of SNACK Mechanism for Wireless TCP with New Snoop,' Proceedings of IEEE Wireless Communications and Networking Conference, pp. 1051-1056, March 2004
  11. G. Xylomenos and G. Polyzos, 'Quality of Service Issues in Multi-service Wireless Internet Links,' Proceedings of The International Workshop on QoS in Multi-service IP Networks, pp. 347-364, 2001 https://doi.org/10.1007/3-540-44554-4_23
  12. V. Raisinghani and S. Iyer, 'ECLAIR: An Efficient Cross Layer Architecture for Wireless Protocol Stacks,' Fifth World Wireless Congress, May 2004
  13. K. Ratnam and I. Matta, 'WTCP: An Efficient Mechanism for Improving TCP Performance over Wireless Links,' Proceedings of Third IEEE symposium on Computer and Communications, pp. 74-78, June 1998
  14. The network simulator ns-2, http://www.isi.edu/nanam/ns/