The wireless mesh networks consist of wireline backbone network, gateways and mobile stations. In wireless mesh networks, all nodes construct multi-hop networks that all can be relay nodes. At the gateway node, bottleneck problem can occur because of gathering of all packets from mobile stations in the local mesh network. Since the gateway node has large capacity compared to that of the mobile stations in the local mesh networks, every packet which are generated from the wireless mobile stations come together at the gateway node. Therefore, we propose an effective CSMA algorithm for reducing this bottleneck in IEEE 802.11 based wireless mesh network.
In this thesis, every node updates the relay information constantly in distributed manner. RTS/CTS messages which are used for medium access control (MAC) protocol contain the information of transmitter and destination ID. Therefore, the nodes can count the number of origin nodes dynamically by reading the control message. Based on the concept of relay count awareness, we proposed the modified version of the IEEE 802.11 DCF mode that proposes linear distribution and exponential distribution as a probability density function (pdf) of the contention window size selection rather than using uniform distribution. We analyze the proposed scheme and conventional scheme which use IEEE 802.11 DCF mode that operates on multi-hop wireless mesh networks and perform simulation and get results that our proposed scheme outperforms the conventional scheme.
메쉬 네트워크는 여러 종류의 네트워크의 장점을 살려 효율적인 통신이 가능하도록 설계되었다. 메쉬 네크워크는 크게 유선 부분과 무선 부분으로 나눌 수 있다. 무선 부분의 단말들은 유선 부분과 연결하는 gateway를 통하여 다른 단말들과 통신을 하게 된다. 유선 부분은 무선 부분에 비해 상당히 빠른 전송을 할 수 있다는 장점이 있지만, 이동성을 보장하지 못한다는 단점이 있다. 이에 따라, 협소한 지역의 무선 메쉬 네트워크는 다수의 단말과 하나의 gateway로 이루어진 통신을 수행하여 유선 부분에 접속해 광대한 용량을 사용할 수 있다. 하지만, 이 경우 협소한 지역에서 gateway 노드 주변에서는 통신정체가 발생할 수 있다. 기존의 IEEE 802.11 표준에서는 이러한 정체의 고려 없이 단순한 균일 분포를 사용하여 Backoff 구간의 Contention Window 크기를 선택하였다.
이에 따라 본 논문에서는 협소한 지역의 무선 메쉬 네트워크에서 단말들간의 통신 정체를 줄이기 위해 단순 균일 분포를 사용하지 않고, 선형, 지수형 분포를 상황에 맞게 사용하는 방안을 제시하였다. 여기서 말하는 상황이란, 각각의 단말들이 얼마나 많은 수의 단말의 패킷을 전달하는가를 말하는 것이다. 본 논문에서는 단말이 전달해야 하는 데이터를 생성하는 단말의 개수를 릴레이 개수 (Relay Count)로 정의하였다. 릴레이 개수가 크면 클수록 단말은 빠르게 데이터를 전달해야 통신 정체 현상을 줄일 수 있기 때문에, Contention Window 값의 선택에 있어서 확률 분포를 유리하게 가져가야 한다. 본 논문에서는 활성 릴레이 개수에 따른 확률 분포를 제안하고, 수식적으로 표현하였다.
수학적 분석과 시뮬레이션을 통하여 제안한 방안이 기존의 IEEE 802.11 의 분산 알고리즘에 비교하였을 때, 통신 정체가 심한 상황에서 큰 throughput의 상승을 얻음을 확인하였다. 비록 제한된 무선 통신환경에서 이루어지기 때문에 릴레이 개수가 많지 않은 단말들의 throughput이 감소하지만, 무선 메쉬 네트워크의 특성상 유선망에 접속하는 데이터들이 많아지기 때문에 메쉬 네트워크의 장점을 충분히 확보하여 무선 단말들에게 만족스러운 품질을 제공한다.
