Network Coding Based Reliable Broadcast Protocol in Multi-Channel Multi-Radio Wireless Mesh Networks

ABSTRACT

Multi-Channel Multi-Radio (MCMR) Wireless Mesh Networks (WMNs) have emerged as a new paradigm in multi-hop wireless networks. In a typical MCMR WMNs, each node has multiple radios with multiple available channels on each radio, which allows nodes to have simultaneous transmissions and receptions. Therefore, network performance is improved. As a key technology in WMNs, reliable broadcast can provide efficient data transmission. GreedyCode is a network coding based reliable broadcast protocol proposed by our group earlier, whose basic idea is to opportunistically select the forwarders with the highest transmission efficiency to transmit the encoded packets while the neighbors just listen. In this paper, we consider one-to-all broadcast scenarios and propose a novel GreedyCode based reliable broadcast protocol MCMR-GreedyCode, which is two-fold: channel assignment and link scheduling. Specially, we propose the Level Channel Assignment Strategy (LCAS) algorithm and determine the number of data packets to be sent each time according to the feedback information from onehop neighbor nodes. In addition, any intermediate node that receives complete data can forward data to those nodes that don’t. The process repeats until all destination nodes receive complete data. Simulation results show that MCMR-GreedyCode has lower network latency and greater throughput than some existing network protocols, such as GreedyCode, MCM, MLRM, etc.

INTRODUCTION

Multi-Channel Multi-Radio (MCMR) Wireless Mesh Networks (WMNs) have emerged as a new paradigm in multi-hop wireless networks. They enhance network-wide throughput by parallelizing packet forwarding on multiple channels and radios. They also can be used on the “last mile” problem for extending or enhancing Internet connectivity . As a key technology in WMNs, reliable broadcast can provide efficient data transmission, a fundamental problem for which is how to make sure each node receive complete message from the source node correctly despite the low-quality link. Proposed by Ahlswede et al. , Network Coding(NC) will bring a performance boost to the network. By mixing the contents of multiple packets before forwarding, and broadcasting different encoded packets through intermediate nodes, NC can reduce duplicate transmission apparently. And categorizing NC into intra-flow NC and inter-flow NC motivates us to apply it to WMNs.

چکیده

شبکه های شبکه بی سیم چند کانال (MCMR) (WMN ها) به عنوان یک پارادایم جدید در شبکه های بی سیم چند منظوره ظهور کرده اند. در یک MCMR معمولی WMN ها، هر گره دارای رادیو چندگانه با کانال های مختلف موجود در هر رادیو است که به گره ها امکان انتقال و دریافت همزمان را می دهد. بنابراین، عملکرد شبکه بهبود یافته است. به عنوان یک تکنولوژی کلیدی در WMN ها، پخش قابل اعتماد می تواند انتقال داده های کارآمد را فراهم کند. GreedyCode یک پروتکل پخش قابل اعتماد بر اساس برنامه شبکه است که پیشتر توسط گروه ما پیشنهاد شده است، ایده اصلی این است که به طور اپورتونیستی حمل و نقل را با بیشترین بهره وری انتقال برای انتقال بسته های کد شده در حالی که همسایگان فقط گوش می دهند را انتخاب کنید. در این مقاله، ما همه سناریوهای پخش را در نظر می گیریم و یک پروتکل پخش قابل اعتماد MCMR-GreedyCode مبتنی بر GreedyCode را پیشنهاد می دهیم که دو برابر است: تخصیص کانال و برنامه ریزی پیوند. به طور خاص، ما پیشنهاد الگوریتم استراتژی تخصیص کانال سطح (LCAS) و تعیین تعداد بسته های داده ای که هر بار با توجه به اطلاعات بازخورد از گره های همسایه ی اووو فرستاده می شود. علاوه بر این، هر گره متوسط که داده های کامل را دریافت می کند، می تواند داده ها را به گره هایی که نمی دهند ارسال کنند. این فرآیند تکرار می شود تا زمانی که تمام گره های مقصد اطلاعات کامل را دریافت کنند. نتایج شبیه سازی نشان می دهد که MCMR-GreedyCode دارای تأخیر شبکهای کمتر و توان بیشتر از برخی پروتکل های شبکه موجود مانند GreedyCode، MCM، MLRM و غیره است.

مقدمه

شبکه های شبکه بی سیم چند کانال (MCMR) (WMN ها) به عنوان یک پارادایم جدید در شبکه های بی سیم چند منظوره ظهور کرده اند. آنها با استفاده از موازی کردن حمل و نقل بسته در کانال های مختلف و رادیو، توان عملیاتی شبکه را افزایش می دهند. آنها همچنین می توانند بر روی “آخرین مسافت” برای گسترش یا افزایش اتصال به اینترنت مورد استفاده قرار گیرند. به عنوان یک تکنولوژی کلیدی در WMNs، پخش قابل اعتماد می تواند انتقال داده های کارآمد را فراهم کند، مشکل اساسی این است که چگونه مطمئن شوید که هر گره، هرچند با وجود لینک کم کیفیت، یک پیام کامل از گره منبع را دریافت می کند. پیشنهاد شده توسط Ahlswede و همکاران. ، رمزگذاری شبکه (NC) باعث افزایش کارایی شبکه می شود. با مخلوط کردن محتویات بسته های متعدد قبل از ارسال و پخش بسته های کدگذاری شده مختلف از طریق گره های متوسط، NC می تواند ظاهرا انتقال تکراری را کاهش دهد. و طبقه بندی NC به داخل جریان NC و inter-flow NC موجب می شود ما آن را به WMNs اعمال کنیم.

Year: 2013

Publisher : IEEE

By : Xiaobin Tan, Hong Wen, Kangqi Wang