Journal of the Institute of Electronics Engineers of Korea TC (대한전자공학회논문지TC)

The Institute of Electronics and Information Engineers (대한전자공학회)
권호 표지

Design of Adaptive DCF algorithm for TCP Performance Enhancement in IEEE 802.11 based Mobile Ad-hoc Networks

IEEE 802.11 기반 이동 ad-hoc 망에서 TCP 성능 향상을 위한 적응적 DCF 알고리즘 설계

  • Kim, Han-Jib (Division of Electrical and Computer Engineering, Chungnam National University) ;
  • Lee, Gi-Ra (Division of Electrical and Computer Engineering, Chungnam National University) ;
  • Lee, Jae-Yong (Division of Electrical and Computer Engineering, Chungnam National University) ;
  • Kim, Byung-Chul (Division of Electrical and Computer Engineering, Chungnam National University)
  • 김한집 (충남대학교 정보통신공학과) ;
  • 이기라 (충남대학교 정보통신공학과) ;
  • 이재용 (충남대학교 전기정보통신공학과) ;
  • 김병철 (충남대학교 전기정보통신공학과)
  • Published : 2006.10.25
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Abstract

TCP is the most widely used transport protocol in Internet applications that guarantees a reliable data transfer. But, in the wireless multi-hop networks, TCP performance is degraded because it is designed for wired networks. The main reasons of TCP performance degradation are contention for wireless medium at the MAC layer, hidden terminal problem, exposed terminal problem, packet losses in the link layer, unfairness problem, reordering problem caused by path disconnection, bandwidth waste caused by exponential backoff of retransmission timer due to node's mobility and so on. Specially, in the mobile ad-hoc networks, discrepancy between a station's transmission range and interference range produces hidden terminal problem that decreases TCP performance greatly by limiting simultaneous transmission at a time. In this paper, we propose a new MAC algorithm for mobile ad-hoc networks to solve the problem that a node can not transmit and just increase CW by hidden terminal. In the IEEE 802.11 MAC DCF, a node increases CW exponentially when it fails to transmit, but the proposed algorithm, changes CW adaptively according to the reason of failure so we get a TCP performance enhancement. We show by ns-2 simulation that the proposed algorithm enhances the TCP performance by fairly distributing the transmission opportunity to the failed nodes by hidden terminal problems.

TCP는 신뢰성을 보장하는 전송 프로토콜로서 인터넷 등에서 가장 널리 사용되고 있는 전송 방식이다. 하지만 TCP는 유선망에 적합하도록 설계되었기 때문에 무선망에서 TCP를 사용할 경우 성능 저하가 발생된다. TCP의 성능 저하 원인으로는 MAC 계층에서의 무선 매체 경쟁, hidden-terminal 문제와 exposed terminal 문제, 링크 계층에서의 패킷 손실, 불공정성의 문제들과 노드의 이동에 의한 경로 단절시 발생되는 패킷 순서 바뀜 문제와 경로의 단절로 인한 재전송 타이머의 exponential backoff에 의한 대역폭의 낭비 등이 있다. 특히 이동 ad-hoc 망에서는 전송 범위(transmission range)와 간섭범위(interference range)의 불일치로 인해 발생되는 hidden terminal 문제로 인해 동시에 전송할 수 있는 노드의 수가 제한되며 이로 인해 성능저하가 크게 발생된다. 본 논문에서는 IEEE 802.11 기반 이동 ad-hoc 망에서 발생되는 hidden terminal 문제로 인해 노드가 전송을 하지 못하고 CW(contention window)만 크게 증가되는 문제를 해결하기 위한 MAC 알고리즘을 제안한다. 기존의 802.11 MAC의 DCF(distributed coordination function)에서는 전송에 실패할 경우 CW를 지수적으로 증가시키지만 본 논문에서 제안하는 기법은 노드가 전송 실패를 하였을 경우 그 원인에 따라 CW를 적절하게 변화시킴으로 성능 향상을 얻을 수 있다. 이 기법을 사용하면 hidden terminal에 의해 전송을 실패하는 노드에게 공정한 전송 기회를 부여함으로써 TCP 성능 향상을 얻을 수 있음을 시뮬레이션을 통해 보였다.

Keywords

References

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