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Cluster-Based Forwarding for Reliable End-to-End Delivery in
Wireless Sensor NetworksACE suzuk
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論文紹介
• Session– Routing/Forwarding in Ad Hoc Networks
• Author– Qing Cao, Tarek Abdelzaher (イリノイ大 ,
US)
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Table of Contents
1. Introduction
2. Related Work
3. Overview of Cluster-Based Forwarding
4. Cluster-Based Forwarding Architecture
5. Performance Evaluation
6. Conclusion and Future Work
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Abstract
• テーマ– ワイヤレスセンサネットワークにおける効率
的で信頼性のある通信手法• アプローチ
– Cluster-based forwarding• 各ノードは forwarding するクラスターを形成する• 再送信を減らすことで効率を上げる• 既存のルーティングプロトコルの拡張として設計
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Introduction
• 本論文のアタックする問題– 無線センサネットワークの End-to-End パケット通信
における効率性と信頼性の実現• 無線センサネットワークのリンクは 50% 以上の確率で切れ
る• 無線センサは省エネルギーでなければならない
• 既存の解決手法– 再送信– FEC : forward error correction
リンク品質に大きく影響される大きい
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そこで・・・
• ワイヤレスセンサネットワークにおける効率的で信頼性のある通信手法を提案する– ブロードキャストを用いた協調通信に着目
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Related work
• 協調通信により通信効率を向上させる研究– ExOR, MRD, ROMER
• ワイヤレスセンサネットワークを対象とする本研究とは異なる
– SPaC• 崩壊パケットを結合して正しいパケットにする
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ExOR, MRD, ROMERプロトコルの問題点
• 3つの点でWireless Sensor Networkに適していない1. 低コストサンサへの対応の問題
バッファが 128byeしかないところに、ヘッダだけで 114byteも要求する( ExORの場合 )
2. 通信パターンが適合しない WLANクライアントの効率性で通信しようとする
3. MANETの通信スタックは Sensor Networkとは異なる問題
MANETは 802.11 プロトコルスタックを使う Wireless Sensor Netoworkは独自のプロトコルを使うことが多い
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Cluster-Based Forwarding (CBF)
• 協調通信を行う– ノードのグループ間における協調通信を行い
パケットフォワードする• 拡張性に優れる
– 既存のワイヤレスルーティングプロトコルアーキテクチャの拡張である
• 既存のルーティングプロトコルとアプリケーションどちらも変更する必要がない
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CBF の主な Contribution
• 拡張性に優れる–既存のワイヤレスルーティングプロトコルアーキテクチャの拡張である
• Helper機能によりパケット再送を低減できる–弱いリンクからより強いリンクへパケットを移転させる
• 既存の 4つのルーティングプロトコルの拡張として実装し before&afterを比較し評価を行った
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予備実験
• パケット到達確立を調べる– MicaZを用いて 1Sender, 2Receiver(A,B)で距離を fe
et単位で変えて通信テストを行った
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予備実験結果
• 3 つの領域に分かれる– 100% パケットが届く領域– パケットが届くノードとなかなか届かないノ
ードが混在する領域– ほとんどパケットが届かない領域
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シナリオ
• リンク AB よりも CB の方がリンク品質がよく、B が A からのパケットをロスした場合– データ転送を AB から CB で行った方が良い
• リンク AB よりも AD の方がリンク品質が良かった場合– B をスキップして直接 AD 間で通信する
Sender Receiver
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シナリオ
Sender Receiver
Intermediate Helper Distant Helper
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設計するにあたって・・・
• Overhead が一番の関心事– Helper パターンを適応することで再送信は減
る一方、 Overhead も増える• C が Helper になることを A に通知するパケットな
ど
Helper パターン通信量 < 再送信量な必要がある
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Cluster-Based Forwarding アーキテクチャ
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CBF コントロールアルゴリズム
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Helper Admission Interface
• Link quality interface– MACレイヤーで提供される– Neighborからのパケット到達成功率の情報が提供される
• Snooping of packet sequence numbersによる
• Comparison interface– Networkレイヤーで提供される– Distant helperだけが使う– 次の関数が実装される
• Compare(NODE N1, NODE N2, NODE DESC)• Return: NODE1 or NODE2
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Helper Admission Algorithm Design
• Data packet transmitting cost– 1/pq + λ/q
• Intermediate Helper– 次式を満足するノード
• Distant Helper
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Address Translation
• next-hop の node address を cluster address に変換する– 各ノードは独自のクラスターを形成している
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Forward Resolution
• 2 重にパケットが送られないようにする– タイムスロットを使い、互いの電波干渉を防ぐ– 例:複数 Helper が同じ lost data パケットを受け取る
時
• Overhearing にする
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Forward Resolution の状態遷移図
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パフォーマンス評価
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パフォーマンス評価2
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パフォーマンス評価 3
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Conclusion and Future Work
• ワイヤレスセンサネットワークの通信手法として Cluster-based forwarding を実装し評価した