Journal of KIISE:Information Networking (한국정보과학회논문지:정보통신)

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

Modeling End-to-End Throughput of Multiple Flows and Efficient Route Selection in Wireless Mesh Networks

무선 메쉬 네트워크에서의 다중 트래픽 흐름을 위한 종단간 처리량 모델링 및 효율적인 라우팅 경로 선택 기법

  • 왕효비 (서울대학교 컴퓨터공학부) ;
  • 권태경 (서울대학교 컴퓨터공학부) ;
  • 최양희 (서울대학교 컴퓨터공학부)
  • Received : 2008.09.16
  • Accepted : 2010.03.14
  • Published : 2010.08.15
Download PDF
⟨ Previous Next ⟩

Abstract

Wireless Mesh Networks (WMNs) have gained a lot of attention recently. Based on the characteristic of WMNs as a highly connected wireless infrastructure, many efforts from research organizations are made in order to improve the performance of the flow throughput in WMNs. Therefore, it is very critical issue to establish efficient routing paths for multiple concurrent ongoing flows. In this paper, we propose a general modeling methodology to analyze the end-to-end throughput of multiple concurrent flows by analytical calculation taking into account the carrier sensing behaviors, interference and the IEEE 802.11 Distributed Coordination Function mechanism. After the comparison of the average service time for each successful transmission at each node, we analyze the bottlenecks of flows, and hence obtain the maximum end-to-end throughput of them. By using our proposed model, it is possible to predicate the throughput of several candidate routing paths for multiple concurrent ongoing data flows, so we can select the most efficient route that can achieve the highest throughput. We carry out simulations with various traffic patterns of multiple flows in WMNs to validate our modeling and our efficient route selection mechanism.

무선 메쉬 네트워크는 최근 주목받는 연구 주제로 부상하고 있다. 무선 메쉬 네트워크는 대규모 무선 랜 장치와 AP들이 서로 연결된 무선 기반 구조로, 무선 메쉬 네트워크의 처리량(throughput)을 향상시키는 것을 목표로 한 수많은 연구가 이루어진 바 있다. 여기에서는 동시에 생겨나는 다수의 트래픽 흐름들을 전송하기 위한 적절한 라우팅 경로를 설정하는 작업이 매우 중요하다. 본 논문에서는 IEEE 802.11 DCF하에서 전송되는 다수의 트래픽 흐름에 대해 신호 감지(Carrier Sensing), 간섭 등의 정보를 이용하여 양 말단간 (end-to-end) 처리량을 수학적으로 모델화하기 위한 방법을 제시하고자 한다. 각 단말에 성공적으로 이루어지는 평균 서비스 시간을 비교하고, 한편으로는 트래픽 흐름 가운데 병목현상이 발생하는 부분을 찾아내어 그로부터 말단간 처리량의 최대치를 계산할 수 있다. 본 논문에서 제시된 모델을 사용하여 동시에 전송되는 다수의 트래픽 흐름을 전달하기 위한 전송 경로에 대한 후보 경로를 얻어낼 수 있으며, 얻어진 경로로부터 처리량을 최대로 높일 수 있는 효율적인 경로를 찾아낼 수 있다. 제시된 모델링 기법과 최적 경로 선택 메커니즘은 무선 메쉬 네트워크에서의 다양한 트래픽 흐름을 사용한 시뮬레이션을 통해 평가하였다.

Keywords

References

  1. Wireless LAN Medium Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY) Specification, IEEE Std. 802.11, 1999.
  2. S. Ray and D. Starobinski, "On False Blocking in RTS/CTS-Based Mul-tihop Wireless Networks," IEEE Transactions on Vehicular Technology, vol.56, no.2, March 2007.
  3. J.K. Lee, W.H. Kim, S.J. Lee, D.H. Jo, J.H. Ryu, T.K. Kwon and Y.H. Choi, "An Experimental Study on the Capture Effect in 802.11 Networks," in Proc. of WinTECH, 2007.
  4. G. Bianchi, "Performance Analysis of the IEEE 802.11 Distributed Coordination Function," IEEEJournal On Selected Areas In Communications, vol.18, no.3, March 2000.
  5. K. Duffy, D. Malone, and D. J. Leith, "Modeling the 802.11 Distributed Coordination Function in Non-saturated Conditions," IEEE Communications Letters, vol.9, no.8, pp.715-717, 2005. https://doi.org/10.1109/LCOMM.2005.1496592
  6. Mukesh M. Hira, F.A. Tobagi, "Throughput Analysis of a Path in an IEEE 802.11 Multihop Wireless Network," in Proc. Of IEEE WCNC, 2007.
  7. Y. Gao, D.M. Chiu, John C.S. Lui, "Determining the End-to-end Throughput Capacity in MultiHop Networks: Methodology and Applications," in Proc. Of ACM SIGMETRICS, pp. 39-50, 2006.
  8. T. Salonidis, M. Garetto, A. Saha and E. Knightly, "Identifying High Throughput Paths in 802.11 Mesh Networks: a Model-based Approach," IEEE International Conference on Network Protocol, ICNP2007, pp.21-30, 2007.
  9. M. Timmers, S. Pollin, A. Dejonghe, L. Van der Perre, F. Catthoor, "Throughput Modeling of Large- Scale 802.11 Networks," IEEE Global Telecommunications Conference, GLOBECOM 2008, pp.1-6, 2008.
  10. B. Wang, F. Song, S.D. Zhang, H.K. Zhang, "Throughput Modeling Analysis of IEEE 802.11 DCF Mechanism in Multi-Hop Non-Saturated Wireless Ad-Hoc Networks," in Proc. Of International Conference on Communications Circuits and Systems, ICCCAS 2008, pp.383-387, 2008.
  11. X.H. Ge, D. Yan, Y.T. Zhu, "Throughput Model of IEEE 802.11 Networks with Capture Effect," in Proc. Of International Conference on Wireless Communications, Networking and Mobile Computing, WiCOM 2006, pp.1-4, 2006.
  12. R. Khalaf, I. Rubin, J. Hsu, "Throughput and Delay Analysis of Multihop IEEE 802.11 Networks with Capture," in Proc.of IEEE International Conference on Communications, ICC2007, pp.3787- 3792, 2007.
  13. J.K. Lee, S.J. Lee, W.H. Kim, D.H. Jo, T.K. Kwon and Y.H. Choi, "RSS-based Carrier Sensing and Interference Estimation in 802.11 Wireless Networks," in Proc. of the IEEE SECON, 2007.