Interplay of Spatial Reuse and SINR-determined Data Rates in CSMA/CA-based, Multi-hop, Multi-rate Wireless Networks

Interplay of Spatial Reuse and SINR-determined Data Rates in CSMA/CA-based, Multi-hop, Multi-rate Wireless Networks

1.Introduction

   在CSMA / CA的無線網絡，如廣泛部署的IEEE 802.11標準，有幾個部分的機制與相關的media access，collision resolution，protocol capacity optimization：（ⅰ）對物理載波偵聽檢測同時傳輸和減輕干擾;（ⅱ）二進制指數退避機構，用於解決contention;和（iii）根據該信號數據速率調整質量（如IEEE 802.11中的自動定速率函數）。

作者相信根據網路環境來動態的調整 carrier-sensing threshold(Tcs)可以達到更好的Spatial Reuse

還有Data rate的選擇(透過選擇最有可能的Data Rate來支持SINR的value)

2.Related Work:

作者在此章節提出各個不同paper的觀點來分別描述Spatial Diversity by Tuning the Carrier-sensing Threshold與Spatial Diversity by Tuning the Transmit Power。

在Spatial Diversity by Tuning the Carrier-sensing Threshold小節中，作者提出三點不同的觀點，第一，作者的分析模型會計算在Carrier Sense Range外多個節點同時傳輸造成的多重干擾。

第二，透過第一點計算的結果來選擇合適的Data Rate。

第三，假設在Carrier Sense Range內同時傳輸，會造成Collsion。

在Spatial Diversity by Tuning the Transmit Power中，作者依照SINR的Value來調整Tcs，來選擇適合的Data Rate傳輸。

3.Network Model And Signal Propagation/Interference Model

作者在本章節透過參數與Radio Propagation and Interference Model模型來推導出合適的SINR來選擇合適的Data Rate。

4.Network Capacity As A Function Of Tcs, SINR, And β[i]

在本章節，作者透過延伸Cal´i’s model成multi-hop,multi-rate wireless networks,然後使用SINR,

β[i],dcs,其他PHY/MAC的參數來推導出網路容量。

A. Cal´i’s Model and Changes That Need to be Made

將一個p-persistent model 延伸成 multi-hop,multi-rate wireless 環境，需要做以下幾點改變:

1)在p-persistent model中 attempt prob只由backoff timer value來決定，為了結合physical carrier sense在傳遞中的作用機會，作者重新定義了attempt prob在我們的分析模型

2)在p-persistent模型，碰撞被認為發生如果有一個以上的同步傳輸在一個單一的Cell。在作者的分析模型，認為信號的作用是捕獲不同的Data Rate（即我們定義了不同的最低SINR值來支持不同的Data Rate），和定義碰撞的概念區（CZ）。基本上碰撞區是區在另一個單獨的同時傳輸會損害感興趣的傳輸（和誘導碰撞）。所有內部在碰撞區域中的節點包括激活的節點。碰撞的計算概率也相應的修改。

3)在p-persistent模型中，Single Data Rate被用於對所有傳輸。我們將multi-rate結合到我們的分析模型。無線電收發器可能根據選擇的Data Rate而有不同的信號捕捉能力。

4)由於Cal'i Model是針對Single Cell的WLAN，他們不考慮Spatial Reuse。在作者的分析模型中，Spatial Reuse的程度是由調整Tcs和同時傳輸的節點數量。SINR決定出最可能與可支持的Data Rate。最後，網絡容量由同時傳送和Data Rate來決定。

B. Determination of Attempt Probability & C. Determination of Sustainable Data Rates & D. Definition of Collision Zone & E. Calculation of Network Capacity

在本三個章節，作者推導並重新定義了模型的Attempt Probability，由SINR推導出Sustainable Data Rates，並定義了所謂的Collision Zone，通過加入了所有的干擾來推算出CZ，如果CZ內的任何節點與所關注的發送同時發送，就會發生衝突，並計算模型的Network Capactty，分析Joint Effect of Tcs and CW on Network Capacity 與Impact of Node Density。

6.Conclusion

在本篇paper中，作者研究PHY-和MAC層參數，包括Carrier-sensing thrshold Tcs，CW大小，並且不同的Data Rate，在Multi-hop，Multi-rate wireless network之間的的相互作用。通過擴展Cal'i model，推導在802.11 DCF範疇內的Single-channel，Multi-hop，Multi-rate wireless network。網絡容量被推導為Tcs，SINR，β，和其他PHY / MAC的函數。特別是，不同的Spatial Reuse的程度通過調整Tcs合併。基於physical radio propagation model，我們理論上估計多重干擾與同時傳輸與合適的SINR。對於給定的SINR值，我們隨後確定適當的Data Rate傳輸可以支持。衍生的分析模型，能夠平衡兩個矛盾的因素：Spatial Reuse和可支持Data Rate。由理論分析結果發現，Protocol capacity並非單調增加/遞減的Tcs函數。相反，它表現一個傳輸點可以有多個Tcs選擇。此外，可以進一步選擇適當的backoff timer，雖然其效果不比直接調整 physical carrier sense好