IEEE 802.11 기반 무선 멀티홉 네트워크의 성능 향상을 위한 MAC 프로토콜 개발
MAC Protocol Development for Improving Throughput of IEEE 802.11 based Wireless Multihop Networks
- 주제(키워드) 멀티홉 네트워크 , MAC 프로토콜 , IEEE 802.11 기반 , Multihop Networks , MAC Protocol
- 주제(KDC) 567
- 주제(DDC) 621
- 발행기관 아주대학교 정보통신전문대학원
- 지도교수 고영배
- 발행년도 2007
- 학위수여년월 2007. 8
- 학위명 석사
- 학과 및 전공 정보통신전문대학원 정보통신공학과
- 본문언어 한국어
초록/요약
본 논문에서는 IEEE 802.11 기반의 무선 멀티홉 네트워크에서의 성능 감소 문제를 고찰한 후, 이를 보다 개선시킬 수 있는 새로운 기법들을 설계하고 그 성능을 평가하였다. 기존의 유선 네트워크에서 TCP는 혼잡 윈도우를 적절히 조절함으로써 네트워크에 유입되는 데이터 량을 제어하여 네트워크의 혼잡 상태를 막는다. 그러나 무선 멀티홉 네트워크에서 기존의 TCP혼잡 조절 방법은TCP가 최적의 성능을 낼 수 있는 데이터 량보다 훨씬 더 많은 데이터가 네트워크 안에 유입되도록 하여 적절치 못하다. 결국 이렇게 과도하게 네트워크 안에 유입된 패킷들은 무선망을 차지하기 위한 링크 계층 경쟁을 증가시켜 잦은 패킷 드롭을 유발하게 되며 연쇄적으로 네트워크 계층에서 라우팅 에러를 일으킨다. 이러한 문제들은 결과적으로 TCP 처리량의 상당한 감소를 초래한다. 본 논문에서는 이를 해결하기 위해 패킷이 한 홉씩 지날 때마다 일어나는 MAC 계층에서의 재전송 정보를 이용하여 MAC 계층에서 패킷의 재전송을 제한하는 기법을 제안한다. 또한 IEEE 802.11 MAC 프로토콜에서는 패킷 충돌을 막기 위하여 physical carrier sensing 기법과 RTS와 CTS 프레임을 사용하는 virtual carrier sensing 기법을 사용한다. 그러나 이러한 기법들은 단일홉 통신에서는 잘 작동하지만 멀티홉 통신에서는 나쁜 성능을 보인다. 이는 carrier sensing 기법이 실제 동시에 전송이 가능한 데이터의 전송을 막고, 완벽하게 데이터의 충돌 문제를 해결하지 못하기 때문이다. 본 논문에서는 virtual carrier sensing 정보를 이용하여 실제 데이터를 동시에 전송하여도 문제가 없는 환경에 있는 노드의 데이터 전송을 허용하고, 또한 자신의 전송이 실제 충돌을 일으킬 수 있는 상황에 있는 노드의 데이터 전송은 금지 시킴으로써 네트워크의 전체 성능을 향상 시키는 기법을 제안한다.
more초록/요약
This paper deals with the problem of performance degradation in wireless multihop networks using IEEE 802.11 MAC and designs new schemes that enhance performance. In this research, I first show that the symptom of TCP performance decrease in wireless multihop networks. In wired networks, TCP controls offered load by controlling window size. But, in wireless multihop networks, this congestion control scheme makes TCP traffic be overloaded in shared wireless medium. This overloaded TCP traffic causes frequent packet drop by link layer contention and this unnecessary link layer contention decreases spatial reuse in mesh networks, leading to TCP instability problem and considerable throughput reduction. And then, we present the simple resolution of this problem. The main idea of this solution is controlling of 802.11 MAC retransmission count. Additionally, in the IEEE 802.11 MAC, virtual carrier sensing mechanism with RTS/CTS handshake and physical carrier sensing mechanism are used to prevent collision by hidden node. But the IEEE 802.11 MAC works mostly well in single-hop based wireless networking environments, but shows relatively poor performance in multi-hop wireless environments. This is because these carrier sensing mechanisms sometimes make unnecessary blocking of transmissions, causing some undesirable cases when simultaneous communications that can actually be supported in the network is in fact not allowed. Furthermore, it does not perfectly resolve collisions caused by the hidden node problem, due to some possible interference of other transmissions. This paper proposes the new scheme, which is a new MAC protocol for effectively using VCS information to solve these problems. The basic idea of new scheme is that the nodes in the specific range are able to decide whether their attempt to transmit can simultaneously occur without causing collisions in any on-going transmissions, even though these nodes cannot decode the RTS/CTS packet.
more목차
제 1 장 서론 = 1
제 2 장 MAC 계층의 재전송 정보를 이용한 TCP 성능 향상 프로토콜 = 3
제 1 절 서론 = 3
제 2 절 관련연구 = 4
제 3 절 IEEE 802.11 기반 무선 멀티홉 네트워크에서의 TCP 성능 감소 원인 분석 = 6
제 4 절 MAC 재전송 제한 (MRL) 기법 = 9
제 5 절 시뮬레이션 및 성능 평가 = 11
제 6 절 결론 = 13
제 3 장 VCS(Virtual Carrier Sensiong) 정보를 이용한 새로운 MAC 프로토콜 = 14
제 1 절 서론 = 14
제 2 절 관련연구 = 15
제 3 절 Effect of Carrier Sensing with Interference = 17
제 1 항 Radio Propargation 모델과 Captuer Effect = 17
제 2 항 Carrier Sensing 기법의 제약 = 20
제 4 절 Signal Aware MAC 기법의 제안 = 22
제 1 항 Acquisition of virtual carrier sensing information = 23
제 2 항 Releasing Unnecessary Blocking and Removing Hidden Node Problem = 24
제 5 절 시뮬레이션 및 성능 평가 = 26
제 6 절 결론 = 31
제 4 장 결론 = 32
참고문헌 = 34
