동적인 Backoff 알고리즘을 적용한 IEEE 802.11 Multi-hop Ad Hoc 네트워크에 관한 연구

A Study on IEEE 802.11 Multi-hop Ad Hoc Networks with Dynamic Backoff Algorithm

기존 IEEE802.11 DCF 기반 멀티-홉 애드-혹 네트워크에서 지역기반으로 인한 자원 경쟁 및 숨겨진 단말기(hidden terminals)로 인한 충돌 증가로 인해 유선 네트워크와 비교하여 훨씬 더 높은 패킷 손실이 발생한다. 또한 IEEE 802.11 DCF에서 채널 capture에 의한 불공정(unfairness) 문제가 발생된다. 본 논문에서는 기존 IEEE802.11 기반 멀티-홉 애드-혹 네트워크가 갖는 처리량 저하 및 불공정성 문제를 해결하기 위하여, time-dependent priority 방식의 DBA(dynamic backoff algorithm)를 제안한다. 제안하는 DBA는 멀티-홉 애드-혹 네트워크의 채널 공유로 발생하는 intra-flow 경쟁 및 inter-flow 경쟁 상황과 혼잡 상황을 분리하여 처리한다. DBA는 경쟁 상황에서는 기다리는 시간에 따라서 우선순위를 올리고 혼잡 상황에서는 우선순위를 낮춘다. 또한 숨겨진 단말기 문제를 해결하기 위하여 signal capture 기법을 도입하였고, DBA는 귀중한 무선 자원을 낭비하지 않고 패킷 전송을 스케줄링 한다. 본 논문은 시뮬레이션을 통해 제안하는 DBA 알고리즘이 기존 IEEE 802.11과 비교하여 처리량 및 공정성을 향상시킴을 확인하였다.

In existing IEEE802.11 DCF based multi-hop ad-hoc network, much higher packet loss occurs compared to a wired network due to location based resource competitions and increased collisions due to hidden terminals. IEEE 802.11 DCF causes unfairness due to the channel capture. In this paper, we propose a dynamic backoff algorithm (DBA) with time-dependent priority scheme in order to solve the problem of throughput degradation and unfairness of existing IEEE802.11 based multi-hop ad-hoc network. The proposed DBA handles the congestion and the intra-flow contentions and the inter-flow contentions that arise as a result of channel sharing in a multi-hop ad hoc network separately. DBA increases priority according to waiting time in the contentions and decreases in the congestion. We also introduced a signal capture technique to solve the hidden terminals problem and DBA schedules packets without wasting precious wireless resources. In this paper, we confirmed through simulation that the proposed DBA algorithm improves throughput and fairness compared to the existing IEEE 802.11.