In recent years wireless mesh network(WMN) has become a prime technology for the next generation wireless networks.
For example in a narrow sense, demand for WMN in home audio streaming is explosively increasing.
At this point, users expect ubiquitous streaming service through high quality streaming service anytime anywhere. By constructing WMN consists of audio speakers, all of mobile devices like smartphone and tablet PC can be connected to it and play a role as a streaming device. Our concern is to realize the WMN system with reliable and efficient service based on throughput while its quality of service(QOS) is being guaranteed.
In order to construct such a WMN, we focus on several issues :
1) WMN design problem to make any audio device can register and operate as a network element.
Specifically, we develop a DHCP forwarding technique, which can be utilized without IETF standard DHCP relay.
For the next, 2) multicast problem that makes devices of WMN efficiently and reliably
communicate with single source - multi destination situation is considered. To realize it, we develop a new solution named unicast transmission based multicast technique which uses unicast rather than multicast for packet transmission due to the problem of low throughput of multicast transmission in reality.
Lastly, it is necessary for 3) efficient routing protocol that can be applied to our specified unicast transmission based multicast in WMN. So we suggest the heuristic routing algorithm named maximal link sharing routing(MLSR), which is an interference aware algorithm by reducing the number of transmissions per packet and offers sub-optimized performance in terms of throughput in wireless home mesh network.
In the simulation and experiment parts, first we apply our heuristic algorithm into several grid topology. With single source-multi destination, we show that our heuristic is significantly better than shortest path tree(SPT) and close to the optimal. Also we investigate a tendency of when our heuristic is being close to the optimal by changing variable $\alpha$(ratio for comparison between before and after change the path), scale of topology, range of link capacity and the number of receivers(destinations). After it, we suggest the scenarios that our heuristic is best fitted in WMN with unicast based multicast transmission. Then we manually construct the topology for those scenarios and do the experiment with real APs. As well as previous simulation, the performance in experiment is also significantly better than SPT.
무선 메시 네트워크는 미래의 중요한 무선 네트워크 기술로 대두되고 있다. 구체적으로, 무선 메시 네트워크 기반의 오디오 스트리밍에 대한 수요가 증가하고 있다. 2020년에는 전세계 인구의 절반이 오디오 스트리밍 서비스를 받을 것으로 예상된다. 오디오 스트리밍 서비스 가입자는 매년 95\%씩 증가하고 있으며, 이는 곧 음악 시장의 주류를 차지할 것으로 보인다. 또한 이용자들의 가장 큰 관심사는 언제 어디서든 서비스를 받을 수 있는 유비쿼터스 서비스에 관한 것이며, 해당 서비스는 주로 거주지 혹은 사무실에서 이루어진다. 따라서 우리는 무선 홈 메시 네트워크를 디자인하고, 효율적인 멀티캐스트 서비스를 제공하는 데에 초점을 둔다.
현재의 멀티캐스트 서비스는 수율이 낮기 때문에 효율적이지 못하다. 따라서 우리는 무선 홈 메시 네트워크를 디자인함에 있어서 유니캐스트 형태로 패킷을 전송하는 방법을 제안한다. 패킷을 멀티캐스트 방식으로 라우팅한 다음 유니캐스트로 전송하게 되면, 수율을 극대화시킬 수 있다. 우리는 주어진 토폴로지에서 이러한 유니캐스트 기반의 멀티캐스트 전송을 통해 수율을 최대화하는 ILP 최적화가 NP-hard문제 군에 속한다는 것을 증명한 뒤에, 복잡도가 낮은 휴리스틱 알고리즘을 제안한다. 제안하는 MLSR(Minimal Link Sharing Routing) 알고리즘은 간섭을 최소화하기 위해 유니캐스트 전송의 횟수를 줄이는 방식을 이용하며, 시뮬레이션과 실제 AP들로 구성한 실험을 통해 기존의 SPT에 비해 훨씬 더 최적값에 가까운 것을 확인할 수 있다. MLSR 알고리즘은 홈 네트워크 형태의 토폴로지는 물론, 광범위한 토폴로지에서도 큰 효율을 보인다.
