Journal of the Institute of Electronics Engineers of Korea CI (전자공학회논문지CI)

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

Priority Polling and Dual Token Bucket based HCCA Algorithm for IEEE 802.11e WLAN

IEEE 802.11e WLAN을 위한 우선순위 폴링 및 이중 토큰 버킷 기반의 HCCA 알고리즘

  • 이동열 (아주대학교 전자공학과) ;
  • 이채우 (아주대학교 전자공학과)
  • Published : 2009.07.25
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Abstract

IEEE 802.11e proposed by IEEE 802.11 working group to guarantee QoS has contention based EDCA and contention free based HCCA. HCCA, a centralized polling based mechanism of 802.11e, needs a scheduling algorithm to allocate the network resource efficiently. The existing standard scheduler, however, is inefficient to support for QoS guarantee for real-time service having VBR traffic. To improve these limit, in this paper, we First, we propose priority polling algorithm which additionally considers the size of MSI and TXOP based on EDD algorithm to increase number of QSTAs. We also propose a dual token bucket TXOP allocation algorithm to reduce congestion caused by stations which enters network with considerable delay variance. TSPEC parameters, Maximum Burst Size (MBS) and Peak Data Rate (PR), are applied to design depth and token generation rate of two buckets. Simulation results show that the proposed algorithm has much higher performance compared with reference and SETT-EDD scheduler in terms of throughput and delay.

무선 랜에서 다양한 QoS를 제공하기 위해 제안된 IEEE 802.11e는 경쟁기반의 EDCA와 비경쟁 기반인 HCCA모드를 가진다. 802.11e의 중앙제어 방식인 HCCA는 효율적인 자원분배를 하는 스케줄링 알고리즘을 필요로 한다. 그러나 기존의 HCCA스케줄러 알고리즘들은 VBR 트래픽 제공하는 실시간 서비스에 QoS를 보장하는데 있어 어려움이 있다. 본 논문에서는 이러한 단점을 극복하기 위해 폴링 알고리즘과 TXOP 할당 알고리즘을 제안하였다. 먼저 트래픽이 생성되는 정도와 작업량을 의미하는 MSI와 TXOP의 크기를 EDD알고리즘에 추가로 고려함으로써 QoS를 보장할 수 있는 QSTA의 수를 증가시키는 폴링 알고리즘을 제안한다. 또한 큰 지터를 가지고 들어오는 스테이션들로 인한 네트워크 혼잡을 줄이기 위해, VBR 트래픽의 패킷손실과 지터의 증가를 야기하는 버스트 트래픽의 크기와 최대속도를 고려하는 이중토큰 버킷 TXOP 할당 알고리즘을 제안한다. 버스트 트래픽의 크기와 최대속도를 고려하여 이중토큰 버킷을 만들기 위해 TSPEC 파라미터 중 VBR트래픽의 버스트 특성을 나타내는 파라미터인 버스트 트래픽 사이즈(MBS)와 최대 패킷 전송 속도(PR)를 사용하였다. 시뮬레이션 결과는 제안한 알고리즘의 성능이 참조 스케줄러와 SETT-EDD와 비교하여 전송률과 전송 지연면에서 성능이 좋음을 보여준다.

Keywords

References

  1. IEEE Std, 'IEEE standard for wireless LAN medium access control (MAC) and physical (PHY) specifications,' 1999
  2. IEEE Std 802.11e/D13.0, 'Draft supplement to standard for telecommunications and information exchange between systems-LAN/MAN specific requirements. Part 11: Wireless medium access control (MAC) and physical layer (PHY) specifications: Medium access control (MAC) enhancements for quality of service (QoS),' Apr. 2005.
  3. J. del Prado, A. Soomro and S. Shankar, 'Normative Text for TGe Consensus Proposal,' IEEE 802.11-02/612r0, Sept. 2002
  4. J. Prado, 'Mandatory TSPEC Parameters and Reference Design of a Simple Scheduler,' IEEE 802.11-02/705ar0, Nov. 2002
  5. J. del Prado, A Soomro and S. Shankar, 'TGe Scheduler - Minimum Performance Requirements,' IEEE 802.11-02/ 709r0, Nov. 2002
  6. Rashid, M.M., Hossain, E, and Bhargava, V.K. 'Queueing Analysis of 802.11e HCCA with Variable Bit Rate Traffic,' In Proc. of IEEE ICC, Vol. 10, pp. 4792-4798, Jun. 2006.
  7. J. Stankovic et al., Deadline Scheduling for Real-Time Systems: EDF and Related Algorithms, Kluwer, 1998
  8. D. Ferrari and D. Verma, 'A Scheme for Real-Time Channel Establishment in Wide-Area Networks,' IEEE JSAC, vol. 8, no. 3, pp. 368–79, Apr. 1990 https://doi.org/10.1109/49.53013
  9. A. Grilo, M. Macedo, and M. Nunes, 'A Scheduling Algorithm for QoS Support in IEEE 802.11E Networks,' IEEE Wireless Comm. vol. 10, pp. 36-43, Jun. 2003
  10. P. Ansel, Q. Ni, and T. Turletti, 'An Efficient Scheduling Scheme for IEEE 802.11e,' In Proc. of Modeling and Optimization in Mobile, Ad Hoc and Wireless Networks, 2004
  11. I. Inan, F. Keceli, E. Ayanoglu, 'An Adaptive Multimedia QoS Scheduler for 802.11e Wireless LANs,' In Proc. of IEEE ICC, Vol. 11, pp. 5263-5270, Jun. 2006
  12. D. Skyrianoglou, N. Passas, A.K. Salkintzis, 'ARROW : An Efficient Traffic Scheduling Algorithm for IEEE 802.11e HCCA,' Wireless Commun., IEEE Transactions on Volume 5, pp. 3558-3567, Dec. 2006 https://doi.org/10.1109/TWC.2006.256978
  13. N. Ramos, D. Panigraphi, and S. Dey, 'Quality of Service Provisioning in 802.1 le Networks: Challenges, Approaches, and Future Directions,' IEEE Networks, vol. 19, no. 4, pp. 14-20, Jul/Aug. 2005 https://doi.org/10.1109/MNET.2005.1470678
  14. D. Skyrianoglou and A. Salkintzis 'Traffic Scheduling for Multimedia QoS over Wireless LANs,' In Proc. of IEEE ICC, Vol 2, pp. 1266 - 1270, May 2005
  15. 양근혁, 옥치영, 이채우 'IEEE 802.11e 무선랜에서 MSI를 이용한 개선된 스케줄링 및 수락제어 알고리즘', 전자공학회 논문지, 제 44권, TC편, 10호, 99-109쪽, 2007년 10월
  16. 이현진, 김재현, 조성현 'HCCA의 CF-Poll 피기백 알고리즘의 성능평가' 한국통신학회 논문지, 제 31권, 제 9B호, 2006, 9 pp. 785 - 791, 2006년 9월
  17. Jinoo Joung, Jongho Kim 'Adaptive Wireless Schedulers based on IEEE 802.11e HCCA', 한국통신학회논문지 제33권 제9호(네트워크 및 서비스), 2008. 9, pp. 775 - 785, 2008년 9월
  18. 김영환, 석정봉 'IEEE 802.11e HCCA MAC의 다중 전송률을 이용한 멀티미디어 트래픽의 효율적 전송', 한국통신학회논문지 제33권 제4호(네트워크 및 서비스), 2008. 4, pp. 192 - 198, 2008년 4월
  19. J. S. Tunner, 'New Directions in Communicati- ons,' IEEE Communications Magazine, pp. 8-15, Oct. 1986
  20. http://www.isi.edu/nsnam/ns
  21. http://info.iet.unipi.it/-cng/ns2hcca/
  22. http://www.tkn.tu-berlin.de/research/trace/trace.html