Cluster-Based Forwarding for Reliable End-to-End Delivery in Wireless Sensor Networks ACE suzuk 論文紹介 • Session – Routing/Forwarding in Ad Hoc Networks • Author – Qing Cao, Tarek Abdelzaher (イリノイ大,US) Table of Contents 1. 2. 3. 4. 5. 6. Introduction Related Work Overview of Cluster-Based Forwarding Cluster-Based Forwarding Architecture Performance Evaluation Conclusion and Future Work 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 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 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 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 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 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 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 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feet単 位で変えて通信テストを行った 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 シナリオ Sender Receiver • 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 シナリオ Sender Receiver Intermediate Helper Distant Helper 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 Cluster-Based Forwarding アーキテクチャ CBFコントロールアルゴリズム 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 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 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 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 Forward Resolutionの状態遷移図 パフォーマンス評価 パフォーマンス評価２ パフォーマンス評価3 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
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