CAPF: coded anycast packet forwarding for wireless mesh networks

ABSTRACT

In wireless mesh networks, delay and reliability are two critical issues in the support of delay-sensitive applications. Due to sleep scheduling designed for energy efficiency, a node along an end-to-end path needs to wait for its next hop to wake up before it can transmit, which incurs extra delay. In addition, because of unreliable wireless communications, a node may not successfully receive the packet even when it is in active mode. In this paper, we propose a coded anycast packet forwarding (CAPF) scheme for both unicast and multicast communications such that the delay can be reduced and the reliability can be improved. We  theoretically analyze the impact of nodes’ awake probability and the link loss probability on the end-to-end delay and the reliability. A tradeoff between the end-to-end delay and the reliability is also investigated.  Simulation results demonstrate that CAPF provides a flexible mechanism to make good delayreliability tradeoff and is effective to reduce the end-to-end delay and enhance the reliability.

INTRODUCTION

Recently, wireless mesh networks (WMNs) have emerged as a promising technology to provide the  broadband network services. Compared with infrastructure-based networks, WMNs have advantages such as easy deployment, flexible network architecture, self-configuration, and many more. With the increase in both wireless channel bandwidth and the computational capability of wireless devices, WMNs now can be used to support delay-sensitive applications such as video streaming or interactive gaming. Such delay- sensitive applications require that the data content should be propagated to the destination node(s) in a timely fashion. The wireless devices in WMNs, however, are usually powered by batteries, and as such energy consumption becomes a critical issue, particularly when low-end devices such as sensors or smartphones are used as mesh nodes. As a common practice to save energy, sleep scheduling (i.e., let the devices go to sleep whenever they become idle) has been broadly used, for example, in wireless sensor networks  and DigiMesh  or ZigBee  based WMNs. While sleep scheduling can save energy, it may incur extra delay because a node along an end-to-end path may need to wait for its next hop to wake up before it can transmit. Such a waiting delay could be intolerable for delay-sensitive applications.

چکیده

در شبکه های مشبک بی سیم، تأخیر و قابلیت اطمینان دو مورد مهم در حمایت از برنامه های حساس به تاخیر است. با توجه به برنامه ریزی خواب که برای بهره وری انرژی طراحی شده است، یک گره در طول مسیر به پایان می رسد تا قبل از اینکه بتواند از آن عبور کند، منتظر بیدار شدن از خواب است، که تاخیر اضافی را به همراه می آورد. علاوه بر این، به دلیل ارتباطات بی سیم بی اعتبار، یک گره حتی ممکن است حتی زمانی که در حالت فعال است، بسته را دریافت کند. در این مقاله، ما پیشنهاد یک بسته بندی حمل بسته بندی (CAPF) کد شده برای هر دو ارتباط یکپارچه و چند رسانه ای را ارائه می دهیم به طوری که تاخیر می تواند کاهش یابد و قابلیت اطمینان را می توان بهبود یافته است. ما از لحاظ تئوری، تأثیر احتمال بیداری گره ها و احتمالات از دست دادن پیوند را در تاخیر پایان دادن به پایان و قابلیت اطمینان بررسی می کنیم. یک توافق بین تاخیر پایان تا پایان و قابلیت اطمینان نیز بررسی شده است. نتایج شبیه سازی نشان می دهد که CAPF مکانیسم انعطاف پذیری را فراهم می کند تا راحت تر شدن اعتماد به نفس را بهبود بخشد و برای کاهش تاخیر پایان دادن به پایان و افزایش قابلیت اطمینان موثر است.

مقدمه

به تازگی، شبکه های مش بی سیم (WMNs) به عنوان یک فناوری امیدوار کننده برای ارائه خدمات پهنای باند ارائه شده است. در مقایسه با شبکه های مبتنی بر زیرساخت، WMN ها دارای مزایایی مانند استقرار آسان، معماری شبکه انعطاف پذیر، خودپیکربندی و بسیاری موارد دیگر هستند. با افزایش هر دو پهنای باند کانال بی سیم و قابلیت محاسبه دستگاه های بی سیم، WMN ها اکنون می توانند برای پشتیبانی از برنامه های حساس به تاخیر مانند جریان ویدئو یا بازی های تعاملی استفاده شوند. چنین برنامه های کاربردی حساس به تاخیر نیاز دارند که محتوای داده ها به موقع به مقصد گره (ها) ارسال شود. با این حال، دستگاه های بی سیم در WMN ها معمولا توسط باتری ها تامین می شوند و به همین ترتیب مصرف انرژی به یک مسئله مهم تبدیل می شود، به ویژه هنگامی که دستگاه های کم پایان مانند سنسورها یا گوشی های هوشمند به عنوان گره های مش استفاده می شوند. به عنوان یک روش معمول برای صرفه جویی در انرژی، برنامه ریزی خواب (به عنوان مثال، اجازه دهید دستگاه ها هر زمان که آنها بیکار می خوابند) به طور گسترده ای مورد استفاده قرار گرفته اند، به عنوان مثال در شبکه های حسگر بی سیم و WMN های DigiMesh یا ZigBee. در حالی که برنامه ریزی خواب می تواند انرژی را ذخیره کند، ممکن است به تأخیر زیاد منتهی شود زیرا یک گره در طول مسیر پایان به پایان ممکن است قبل از اینکه بتواند از خواب بیدار شود، صبر کند تا منتظر بماند. چنین تاخیری ممکن است برای برنامه های حساس به تاخیر غیر قابل تحمل باشد.

Year: 2011

Publisher : SPRINGER

By : Xiumin Wang ,Kui Wu ,Jianping Wang ,Yinlong Xu

File Information: English Language/ 13 Page / size: 716 KB

Download

سال : 1390

ناشر : SPRINGER

کاری از : Xiumin Wang ,Kui Wu ,Jianping Wang ,Yinlong Xu

اطلاعات فایل : زبان انگلیسی / 13 صفحه / حجم : KB 716

لینک دانلود