Wireless ad hoc networks comprise mobile devices that use wireless transmission for communication. They can be set up anywhere and anytime. Since the wireless ad hoc networks do not need the infrastructure and the centralized administration, the installation is easy and the management cost is low so that the commercial potential is very enormous. However, the wireless channel is the scarce resource, the improvement of the throughput in the network is an important issue. However, the quality of the wireless communication depends on the communication environments such as the location of the nodes, the transmission power, the network load, and so on. Thus, the collaboration of the layers in the protocol stack is needed to improve the network throughput. To this end, the concept of the cross layer design is introduced recently. However, in the cross layer design, each layer should consider the status of the other layers and react actively. It makes difficult to construct and the manage the networks. Therefore, we propose the independent algorithms that improve the network throughput by operating alone at each layer. At the same time, the proposed algorithm can yields better performance by collaborating one another. Especially, we deal with the congestion control algorithm in the transport layer, the channel access control algorithm in the MAC layer, and the power and data rate control algorithms in the physical layer. We model the systems for the congestion control, the channel access control, the transmission power control, and the data rate control as the discrete event systems and verify the usefulness of the proposed algorithms by showing the controllability of the specification languages on the supervisory control framework. We show that the performance improvements of the proposed algorithms through some simulations.
오늘날 WLAN (Wireless Local Area Network)의 MAC (Medium Access Control) 계층과 물리 계층에 대한 표준으로 IEEE 802.11 규격이 사용되고 있다. 본 논문에서는 IEEE 802.11 규격을 따르는 무선 애드 혹 네트워크에서 시스템 throughput을 향상시키는 다양한 방안을 다음과 같이 제안하였다. 첫째, 무선 애드 혹 네트워크에서는 전송계층의 프로토콜로 TCP가 사용될 경우, 패킷 손실이 무조건 혼잡 발생으로 인한 것으로 간주되어 불필요한 전송률 저하 현상이 발생한다. 본 논문에서는 패킷 손실의 원인을 세분함과 동시에 네트워크로부터 직접 전송률 정보를 전달받을 수 있는 방법을 제안함으로써, 무선 애드 혹 네트워크에서의 end-to-end throughput을 개선하였다. 둘째, 무선 애드 혹 네트워크에서는 MAC 계층에서 채널 공유를 위해 CSMA/CA (Carrier Sensing Multiple Access/Collision Avoidance)를 사용한다. 그러나 네트워크 부하가 높을 경우 CSMA/CA의 성능은 급격히 감소한다. 본 논문에서는 각각의 노드로 하여금 네트워크 부하가 일정 수준을 초과했다고 판단되면 MAC 계층에서의 패킷 전송 시도를 유보하도록 함으로써 적당한 네트워크 부하를 유지하게 하여 시스템 throughput을 향상시켰다. 셋째, IEEE 802.11 규격에서는 모든 노드가 최대 수준으로 고정된 전송파워를 사용하는 것을 전제하고 있어 항상 각 노드의 간섭 영역이 크게 유지된다. 본 논문에서는 각각의 노드가 신뢰성 있는 통신에 꼭 필요한 만큼의 전송파워를 결정하는 방안을 제안하여 보다 많은 노드들의 동시 전송을 가능하게 하였다. 넷째, IEEE 802.11 규격에서는 물리계층에서 다양한 data rate를 지원한다. 그러나 전송 중에 채널 상태에 따라 적절하게 data rate를 조절하는 방법에 대해서는 규정되어 있지 않다. 본 논문에서는 채널 상태에 따라서 data rate를 적절하게 조절하여 통신의 신뢰성을 높이고 전송 속도를 높여 시스템의 throughput을 향상시켰다. 본 논문에 제안된 모든 방안들은 관리제어 이론을 통해 신뢰성을 검증받는 과정을 거쳤으며, 제안된 모든 방식들이 동시에 적용될 경우 발생할 수 있는 문제에 대해서도 해결책을 제시하였다.
