This work first seeks to develop an analytical model for the per-node throughput analysis of the IEEE 802.11 WLAN networks with hidden nodes by extending Bianchi’s model. With the analytic model we derive the per-node throughput of each node and quantify the impact of hidden nodes on per-node throughput. Through our analysis, we find that nodes having more hidden nodes are likely to have worse throughput performance than nodes having less hidden nodes, so resulting in unfairness in per-node throughput. We next propose a new algorithm, called the fake collision algorithm, to solve the unfairness due to hidden nodes. The proposed fake collision algorithm allows nodes with poor throughput to acquire more transmission opportunities by slightly modifying the Binary Exponential Backoff algorithm of the IEEE 802.11 Distributed Coordination Function. To this end, the fake collision algorithm uses a new control parameter called the fake collision probability which can be obtained from a computation algorithm that we develop based on our analytic model. We show that the fairness in per-node throughput can be achieved with the fake collision probability for each node through simulation.
The current contention mechanism of the IEEE 802.11 DCF is known to have some drawbacks, e.g., collisions and low short-term fairness induced by minimized backoff stages after every successful transmission. To solve the drawbacks we propose an adaptive contention window control scheme which uses a single backoff stage while maintaining the advantages of the current IEEE 802.11 DCF such as simplicity and distributivity. We first introduce the key concept called the optimal collision probability and explain the detailed procedure of the proposed scheme which is based on the optimal collision probability. The convergence of the proposed scheme is shown. The validation from simulation results shows that the proposed scheme provides higher throughputs and higher short-term fairness than the IEEE 802.11 DCF.
이 논문은 우선 히든 노드가 있는 IEEE 802.11 DCF 네트워크의 노드별 성능 분석 모델을 기존의 비앙키 모델을 확장하여 개발하였다. 개발된 분석 모델을 통해 노드별 성능을 알 수 있었고 히든 노드가 노드별 성능에 미치는 영향을 계량화할 수 있었다. 이 분석을 통해 히든 노드의 수가 많은 노드의 성능이 히든 노드의 수가 적은 노드의 성능보다 나빠지는 경향이 있고, 이로 인해 노드 간 성능이 균일하게 제공되지 않음을 발견하였다. 이 성능 불균형을 해소하기 위해 가상 충돌 알고리즘이라는 새로운 알고리즘을 제안하였다. 제안된 가상 충돌 알고리즘은 IEEE 802.11 DCF의 지수 백오프 알고리즘을 수정하여 성능이 낮은 노드에게 기존보다 많은 전송 기회를 제공한다. 이것을 위해 가상 충돌 알고리즘은 가상 충돌 확률이라는 새로운 제어 변수를 도입하였고, 가상 충돌 확률은 본 논문의 분석 모델을 기반으로 개발된 계산 알고리즘을 통해 구하였다. 시뮬레이션을 통해 노드별로 주어진 가상 충돌 확률이 노드별 성능을 균일하게 함을 보였다.
히든 노드 문제 외에도 IEEE 802.11 DCF 네트워크는 매 성공적인 전송마다 백오프 단계를 최소로 줄임으로 인해 충돌이 더 발생하고 짧은 시간 동안의 공정성이 낮아지는 단점을 가지고 있다. 이것을 해결하기 위해 단일 백오프 단계를 허용하면서 현재 IEEE 802.11 DCF의 장점인 단순함과 분배성을 유지하는 적응형 경쟁 윈도우 제어 알고리즘을 제안하였다. 최적 충돌 확률이라는 핵심 개념을 먼저 소개하였고 이를 기반으로 제안된 알고리즘의 세부 과정을 설명하였다. 제안된 알고리즘의 수렴성도 증명하였다. 시뮬레이션을 통해 제안된 알고리즘이 IEEE 802.11 DCF보다 높은 성능과 높은 짧은 시간 동안의 공정성을 제공한다는 것이 검증되었다.
