An ad hoc network is a distributed network with no centralized arbitration. Ad hoc nodes contend to get access to the channel in a distributed manner. The DCF of IEEE 802.11 is the basic MAC protocol for wireless ad hoc networks.
All the packets in 802.11 DCF are transmitted at fixed maximum power. When a node hears control message, it is enforced to defer the channel access. If a node transmits data after hearing a channel reservation, the transmitted packet could be interfere the on-going transmission and channel utilization could be decreased. It is easily founded that fixed maximum power for any transmission induces low channel utilization. Moreover, it makes communication nodes consume high energy even in the case they are close each other.
Power controlled MAC protocol draws attraction to solve the problems of power consumption and channel utilization. However, in a single channel, a node is still demanded to transmit control packets at maximum transmit power to avoid asymmetric link problem. Most researches are focused on power control to reduce node’s consumption.
We propose a new MAC protocol to support parallel data transmission in a single channel. In the proposed scheme, when a node sends control packet to reserve the channel, neighbor nodes creates virtual cluster. The virtual cluster gives another chance of channel access to neighbors, while 802.11 DCF makes neighbors defer. Thus, we improve the network throughput by about 40% in a high node density, and about 10% when node density is low. In addition, we observe the average service delay becomes lower and energy efficiency is improved.
무선 채널을 분산화된 방식으로 공유하며 중재기 없이 단말간에 통신을 수행하는 무선 애드혹 네트워크에서는, 단말이 채널을 통해 데이터를 보내기 전에 미리 채널을 예약하는 과정이 필요하다. 802.11 DCF는 무선 애드혹 네트워크에서의 기본 MAC 프로토콜로, 단말은 최대 전송 파워를 사용하여 모든 패킷을 송신하고, 제어 패킷을 수신했을 경우 채널 접속 시도를 중지하여 충돌을 회피하고 있다. 이러한 경우 단말의 전력 소모와 네트워크 성능 면에서 문제를 가지는데, 이를 해결하기 위해 단말의 전송 전력을 조절하는 MAC 프로토콜들이 제안되고 있다.
단말들의 전력 소모를 줄이기 위해서 데이터 패킷의 전송 전력을 줄이는 방식들이 제안되었다. 그러나, 하나의 무선 채널을 통해 모든 패킷을 전송하는 경우, 제어 패킷의 송신 전력 조절은 비대칭 링크 형성으로 인한 충돌을 야기하게 된다. 현재까지 많은 연구들이 단말의 전력 소모를 줄이기 위해 진행되었으나, 여러 개의 통신을 동시에 지원하여 네트워크 성능을 향상 시키고자 하는 연구는 미약하다.
제안된 MAC 프로토콜은 하나의 무선 채널을 사용하는 네트워크에서 여러 개의 통신을 동시에 지원하는 방식으로, 단말의 전력 소모를 줄임과 동시에 네트워크의 성능을 향상 시킨다. 처음 채널을 획득한 단말 이외의 주변 단말들은 가상 클러스터를 형성함으로써, 통신의 새로운 기회를 받을 수 있다. 가상 클러스터를 형성한 단말은 기존 통신 노드에게 방해가 되지 않도록 자신의 최대 전송 전력을 조절하고, 채널을 엑세스 하기 전에 자신의 통신이 이미 진행중인 통신이 끝나기 전에 마칠 수 있는지를 확인한다. 이렇게 주변 단말이 기존 통신을 방해하지 않고 자신의 통신을 수행할 수 있다면 단말은 줄여진 최대 전송 파워로 채널 접속을 시도한다.
기존 방식이 진행 중인 통신 이외의 다른 통신은 허용하지 않는 데 반해, 제안하는 방식은 주변 단말이 채널 접속 조건을 확인하고 통신을 시도할 수 있다. 이런 방식은 하나의 채널을 가진 네트워크가 동시에 여러개의 통신을 지원할 수 있게 되어 네트워크 성능을 향상시킨다. 제안하는 방식은 단말의 조밀도가 높은 경우 약 40%, 낮은 경우 약 10% 정도의 네트워크 성능 향상을 보임을 시뮬레이션을 통해 확인할 수 있다.
