بهبود استفاده از طیف رادیویی شبکه های توری بی سیم در مسیریابی ترافیک های چند پخشی

محورهای موضوعی : انرژی های تجدیدپذیر

زینب عسگری ¹ , آوید آوخ ² , سید محمود دانشور فرزانگان ³

1 - کارشناس ارشد - دانشکده مهندسی برق، واحد نجف‌آباد، دانشگاه آزاد اسلامی، نجف‌آباد، ایران
2 - دانشگاه ازاد اسلامی واحد نجف اباد
3 - استادیار - دانشکده مهندسی برق، واحد نجف‌آباد، دانشگاه آزاد اسلامی، نجف‌آباد، ایران

تاریخ دریافت : 1394/08/25 تاریخ پذیرش : 1395/07/04 تاریخ انتشار : 1396/02/01

کلید واژه: شبکه های توری بی سیم چند کاناله چند رادیویی, مسیریابی چند پخشی, آنتن های جهت دار, مزیت همه پخشی بی سیم,

چکیده مقاله :

در این مقاله، به طراحی الگوریتم های مسیریابی چندپخشی و عوامل ﻣﺆثر بر ظرفیت، جهت بهبود میزان منابع مصرفی در شبکه های توری بی سیم مجهز به آنتن های جهت دار، پرداخته می شود. کاهش تعداد ارسال ها در هر درخت چندپخشی و کاهش مقدار تداخل بین درخت های متمایز، از جمله اهداف اصلی در مسئله مذکور است. در این راستا، با به کارگیری مزیت همه پخشی بی سیم در الگوریتم مسیریابی، تعداد کل ارسال ها در هر درخت چندپخشی کاهش داده می شود. برای دستیابی به هدف دوم نیز با مجهز کردن گره ها به آنتن های جهت دار و رادیوهایی که روی کانال های مجزا تنظیم شده اند، تداخل بین درخت های مسیریابی به میزان قابل توجهی کاهش می یابد. در این راستا، نشان داده خواهد شد که با کم کردن پهنای بیم آنتن های جهت دار، میزان تداخل بین درخت های چندپخشی نیز کم می شود. همچنین، با شبیه سازی روش های فوق برای آنتن های جهت دار با پهنای بیم های مختلف، کارآیی مطلوب این روش ها به اثبات خواهد رسید. مقایسه نتایج به دست آمده برای آنتن های جهت دار با نتایج به دست آمده برای آنتن های همه جهته، گویای این حقیقت است که مجهز کردن گره ها به آنتن های جهت دار، راهکار بسیار مناسبی برای کاهش تداخل و در نتیجه، استفاده هرچه بهتر از منابع رادیویی و افزایش گذردهی شبکه است.

چکیده انگلیسی:

This paper addresses the cross-layer design for multicast routing in Multi-Radio Multi-Channel Wireless Mesh Networks (MRMC-WMNs) with directional antennas. WMNs have a limited capacity because of existence of interference between the wireless links. This issue becomes more crucial in the multicast communications. Directional antennas can focus the transmission power to the limited sector. Thus, equipping the wireless nodes with these antennas leads to degrade interference. This paper proposes two cross-layer algorithms named “Directional Multicast Tree Construction (DMTC)” and the “Directional Interference-aware Multicast Tree Construction (DIMTC)” to solve the aforementioned problems. In the first algorithm, we jointly consider the channel diversity; the wireless broadcast advantage and the directional antenna technology to reduce number of transmissions in the routing trees. In the second one, in addition to above factors we use interference aware path selection factor to eliminate the interference among the multicast sessions. This scheme is aiming at improving the utilization of radio resources reducing both number of transmissions and interference, at the same time. Simulation results demonstrate that our schemes are more efficient than other existing schemes as well.

منابع و مأخذ:

[1]  I.F. Akyildiz, X. Wang, W. Wang, “Wireless mesh networks: a survey”, Computer Networks, Vol. 47, No. 4, pp. 445-487, Mar. 2005.

[2]  P.H. Pathak, R. Dutta, “A survey of network design problems and joint design approaches in wireless mesh networks”, IEEE Communications Surveys & Tutorials, Vol. 13, No. 3, pp. 396-428, June 2010.

[3]  U.T. Nguyen, “On multicast routing in wireless mesh networks”, Computer Communications, Vol. 31, No. 7, pp. 1385-1399, May 2008.

[4]  T. Liu, W. Liao, “Multicast routing in multi-radio multi-channel wireless mesh networks”, IEEE Trans. on Wireless Communications, Vol. 9, No. 10, pp. 3031-3039, Oct. 2010.

[5]  A. Avokh, G. Mirjalily, “Interference-aware multicast and broadcast routing in wireless mesh networks using both rate and channel diversity”, Computers and Electrical Engineering, Vol. 40, No. 2, pp. 624-640, Feb. 2014.

[6]  F. Li, Y. Fang, F. Hu, X. Liu, “Load-aware multicast routing metrics in multi-radio multi-channel wireless mesh networks”, Computer Networks, Vol. 55, No. 9, pp. 2150-2167, June 2011.

[7]  R. Matam, S. Tripathy, “Improved heuristics for multicast routing in wireless mesh networks”, Wireless Networks, Vol. 19, No. 8, pp. 1829-1837, Nov. 2013.

[8]  X. Zhao, J. Guo, C.T. Chou, A. Misra, S.K. Jha, “High-throughput reliable multicast in multi-hop wireless Mesh networks”, IEEE Trans. on Mobile Computing, Vol. 14, No. 4, pp. 728-741, Apr. 2015.

[9]  Y. Shi, Y.T. Hou, J. Liu, S. Kompella, “How to correctly use the protocol interference model for multi-hop wireless networks”, Proceedings of the tenth ACM international symposium on Mobile ad hoc networking and computing, pp. 239-248, 2009.

[10]  P. Yeh, W. E. Stark, S.A. Zummo, “Performance analysis of wireless networks with directional antennas”, IEEE Trans. on Vehicular Technology, Vol. 57, No. 5, pp. 3187-3199, Sep. 2008.

[11]  P. Li, C. Zhang, Y. Fang, “The capacity of wireless ad hoc networks using directional antennas ”, IEEE Trans. on Mobile Computing, Vol. 10, No. 10, pp. 1374-1387, Oct. 2011.

[12]   G. Zhang, Y. Xu, X. Wang, M. Guizani, “Capacity of hybrid wireless networks with directional antenna and delay constraint”, IEEE Trans. on Communications, Vol. 58, No. 7, pp. 2097-2106, July 2010.

[13]    J. Zhang, X. Jia, “Capacity analysis of wireless mesh networks with omni or directional antennas”, Proceeding of the IEEE/INFOCOM, pp. 2881-2885, Rio de Janeiro, Brazil, 2009.

[14]      C.T. Chang, C.Y. Chang, T.L. Wang, Y.J. Lu, “Throughput enhancement by exploiting spatial reuse opportunities with smart antenna systems in wireless ad hoc networks”, Computer Networks, Vol. 57, No. 13, pp. 2483-2498, Sep. 2013.

[15]    Y. Chen, J. Liu, X. Jiang, O. Takahashi, “Throughput analysis in mobile ad hoc networks with directional antennas”, Ad Hoc Networks, Vol. 11, No. 3, pp. 1122-1135, May 2013.

[16]      Y. Chang, Q. Liu, X. Jia, K. Zhou, “Routing and transmission scheduling for minimizing broadcast delay in multirate wireless mesh networks using directional antennas”, Wireless Communications and Mobile Computing, Vol. 15, No. 1, pp. 87-99, Jan. 2015.

[17]   M. Li, L. Ding, Y. Shao, Z. Zhang, B. Li, “On reducing broadcast transmission cost and redundancy in ad hoc wireless networks using directional antennas”, IEEE Trans. on Vehicular Technology, Vol. 59, No. 3, pp. 1433-1442, Mar. 2010.

[18] Z. Li, D. Li, M. Liu, “Interference and power constrained broadcast and multicast routing in wireless ad hoc networks using directional antennas”, Computer Communications, Vol. 33, No. 12, pp. 1428-1439, July 2010.