A Minimum Interference Channel Assignment Algorithm for Performance Improvement of Large-Scale Wireless Mesh Networks

대규모 무선 메쉬 네트워크의 성능 향상을 위한 최소 간섭 채널 할당 알고리즘

  • 류민우 (광운대학교 컴퓨터과학과) ;
  • 차시호 (청운대학교 멀티미디어학과) ;
  • 조국현 (광운대학교 컴퓨터과학과)
  • Published : 2009.10.31

Abstract

Wireless mesh network (WMN) is emerging a future core technology to resolve many problems derived from exist wireless networks by employing multi-interface and multi-channel. Ability to utilize multiple channels in WMNs substantially increases the effective bandwidth available to wireless network nodes. However, minimum interference channel assignment algorithms are required to use the effective bandwidth in multi-channel environments. This paper proposes a cluster-based minimum interference channel assignment (MI-CA) algorithm to improve the performance of WMN. The MI-CA algorithm is consists of Inter-Cluster and Intra-Cluster Intrchannel assignment between clusters and in the internal clusters, respectively. The Inter-Cluster channel assignment assigns a barebone channel to cluster heads and border nodes based on minimum spanning tree (MST) and the Intra-Cluster channel assignment minimizes channel interference by reassigning ortasgonal channels between cluster mespann. Our simheation results show that MI-CA can improve the performance of WMNs by minimizing channel interference.

무선 메쉬 네트워크(Wireless Mesh Network, WMN)는 다중 인터페이스와 다중 채널을 지원함으로써 기존의 무선 네트워크에서 발생되는 여러 문제점을 해결할 수 있는 핵심적인 미래기술로 대두되고 있다. WMN에서 다중 채널의 사용은 무선 네트워크 노드들이 사용하는 대역폭을 본질적으로 증가시켜준다. 그러나 이러한 대역폭을 충분히 사용하기 위해서는 다중 채널 환경에서 발생할 수 있는 채널 간 간섭을 최소화하는 채널 할당 기법이 요구된다. 본 논문에서는 WMN의 성능 향상을 위하여 클러스터링 기반의 최소 간섭 채널 할당(Minimum Interference Channel Assignment, MI-CA) 알고리즘을 제안한다. MI-CA 알고리즘은 클러스터 간의 Inter-Cluster 채널 할당과 클러스터 내부의 Intra-Cluster 채널 할당으로 구성된다. Inter-Cluster 채널 할당에서는 전체 WMN을 위한 베어본 채널을 MST(Minimum Spanning Tree) 기반으로 클러스터 헤더와 보더 노드에 할당하고, Intra-Cluster 채널 할당에서는 클러스터 멤버들 간에 직교채널을 재 할당함으로써 간섭을 최소화 한다. 시뮬레이션 결과 본 논문에서 제안한 MI-CA 알고리즘이 채널 간섭을 최소화함으로써 WMNs의 성능을 향상시킬 수 있음을 입증하였다.

Keywords

References

  1. J. H. Huang, L.-C. Wang, and C.-J. Chang, 'Chapter 2: Architectures and Deployment Strategies for Wireless Mesh Networks', in Wireless Mesh Networks, Springer US, 2008
  2. Timo Vanhatupa, Marko Hannikainen, Timo D. Hamalainen, 'Performance model for IEEE 802.11s wireless mesh network deployment design', Elsevier Computer Networks, 2007 https://doi.org/10.1016/j.jpdc.2007.05.001
  3. BelAir Networks, 'Capacity of Wireless Mesh Networks', BelAir Networks, 2006
  4. P. Gupta and P. R. Kumar, 'The Capacity of Wireless Networks', IEEE Transactions on Information Theory, 2000
  5. A. Amis, R. Prokash, T. Vuong, and D. T. Huynh, 'Max-Min D-Cluster Formation in Wireless Ad Hoc Networks', Proceedings of IEEE Infocom, 2000
  6. M. Marina, S. Das, 'A topology control approach for Utilizing multiple channels in multi-radio wireless mesh networks', in IEEE Broadnets, 2005
  7. A. P. Subramanian, H. Gupta, and S. R. Das, 'Minimum Interference Channel Assignment in Multi-Radio Wireless Mesh Networks', in mesh, and Ad Hoc Communications and Networks (SECPM2007), 2007
  8. M. Alicherry, R. Bhatia, and L. Li, 'Joint Channel Assignment and Routing for Throughput Optimization in Multi-radio Wireless Mesh Networks', in ACM MobiCom, 2005
  9. IEEE Std. 802.11, 'Wireless LAN Medium Access Control(MAC) and Physical Layer(PHY) Specifications', 1999
  10. A. Raniwala and T. Chiueh, 'Architecture and Algorithms for an IEEE 802.11-Based Multi- Channel Wireless Mesh Network', IEEE Infocom, 2005
  11. Sadeq Ali Makram, Mesut Gunes, 'Distributed Channel Assignment for Multi-Radio Wireless Mesh Networks', IEEE Computers and Communications, 2008
  12. Thomas H. Cormen, Charles E. Leiserson, Ronald L. Rivest, Clifford Stein, 'Introduction to Algorithms (2nd Edition)', MIT Press, 2001
  13. A. Nasipuri, J. Zhuang, and S.R. Das, 'A Multichannel CSMA MAC Protocol for Multihop Wireless Networks', in WCNC, 1999
  14. A. Nasipuri and S.R. Das, 'Multichannel CSMA with Signal Powerbased Channel Selection for Multihop Wireless Networks', in VTC, 2000
  15. N. Jain, S. Das, and A. Nasipuri, 'A Multichannel CSMA MAC Protocol with Receiver-Based Channel Selection for Multihop Wireless Networks', in IEEE International Conference on Computer Communitions and Networks (IC3N), 2001
  16. 'The ns-2 network simulator', [Online] Available: http://www.isi.edu/nsnam/ns
  17. 'ns-2 modifications', [Online] Available: http://www-i4.informatik.rwth-aachen.de/mcg/p rojects