Wireless mesh network is attracting researchers’ attention these days, due to its promising role as a widely deployed commercial wireless network in the future. However, wireless mesh network still faces some challenges. One of these challenges is implementing a routing protocol that guarantees high performance with acceptable usage of network resources. The routing protocol should tolerate the sensitivity of the wireless medium and balance the load on the network. Finally, it should handle congestion scenarios that often happen around the gateways.
We propose Autonomous Load-balancing Field-based Anycast routing (ALFA) which is based on an analogy to physics, using Poisson’s equation and finite difference method (FDM) to calculate a metric that reflects congestion degree as well as distance to a destination. In this analogy we try to make the packet movement in the network behave similar to the charge behavior in an electrostatic field.
The simulation results show the superiority of our protocol compared with the conventional routing protocols. Using ALFA we obtain an increase in the network throughput and delivery ratio with a decrease in the end-to-end delay. The results prove that ALFA achieves better load balancing, congestion avoidance, and gateway load sharing, especially when the traffic is not equally distributed over the network.
무선 메시 네트워크는 미래에 널리 이용될 상용 무선 네트워크로써 그것의 기대되는 역할 때문에 근래 많은 연구가 이루어지고 있다. 하지만, 무선 메시 네트워크는 여전히 몇 가지 해결되어야 할 이슈들을 가지고 있다. 그 이슈 중 하나는 네트워크 자원을 최적화하여 사용하여 고성능을 보장하는 라우팅 프로토콜을 구현하는 것이다. 그 라우팅 프로토콜은 무선 매체의 민감성을 견뎌내야 하고, 네트워크 상의 부하를 분산시킬 수 있어야 한다. 결국, 그것은 게이트웨이들 주변에서 자주 발생하는 혼잡 시나리오들에 대해 대처 가능해야 한다.
우리는 물리학으로부터 아이디어를 유추한 자동 부하 분산 필드 기반 애니캐스트 라우팅(ALFA)을 제안한다. 위와 같은 유추 근거를 기반으로, 우리는 네트워크 상에서의 패킷 움직임이 정전기학에서의 전하움직임과 유사하다고 해석할 수 있는 기반을 만들고자 한다. 하나의 양전하가 높은 포텐셜에서 더 낮은 포텐셜을 갖는 영역들로 움직일 때, 그 양전하는 경로들 중 가장 큰 변화폭을 보이는 경로를 통해 움직인다. 유사하게, 우리는 노드의 큐 안의 패킷들을 양전하로 고려하고, 각 노드들에게는 게이트웨이와 망의 경계 정보에 기반된 포텐셜 값이 할당된다. 이 때, 패킷들이 가장 낮은 포텐셜 값을 갖는 경로 또는 큐에 가장 적은 패킷수를 보이는 경로를 따라 게이트웨이에 도달될 수 있도록 게이트웨이에는 가장 낮은 포텐셜 값이 할당된다. 큐에 많은 패킷을 갖는 노드를 피하는 것은 모든 노드상에 트래픽들을 분산시키는 것을 의미하고, 우리는 이를 통해 부하 분산 및 혼잡 회피가 가능하게 한다.
위와 같은 것들을 구축하기 위해 우리는 필드상의 격자구조 샘플들에 대한 근사적 솔루션을 주는 유한차분법과 함께 정전계상의 전하 분포를 나타내는 포아송 방정식을 활용한다. 우리가 제안하는 프로토콜에 대한 라우팅 메트릭은 거리뿐만 아니라 혼잡 정도를 나타내는 포텐셜 값이다.
시뮬레이션 결과는 기존 라우팅 프로토콜들과 비교를 통해 우리가 제안하는 프로토콜의 우월함을 보여준다. ALFA을 이용하여 우리는 종단간 패킷전달 지연시간의 감소, 패킷 전달률 증가 및 네트워크 전송률의 증가를 얻는다. 그 결과는 트래픽들이 네트워크 상에 고르게 분포되지 않았을 때 ALFA가 더 좋은 부하 분산, 혼잡 회피 및 게이트웨이 부하 공유를 달성할 수 있게 함을 입증한다.
