A Selective Block ACK Transmission Scheme for Reliable Multicast in IEEE 802.11n WLANs

Abstract

스마트폰과 같이 무선통신이 가능한 휴대용 기기의 보급과 더불어 멀티미디어 서비스 사용이 증가하고 있다. 이에 따라 무선통신에서 멀미미디어의 효율적인 전송을 위해 멀티캐스트를 사용하고자 하는 노력이 진행 중이다. IEEE 802.11 의 링크 레이어의 멀티캐스트 전송은 피드백 없이 낮은 속도로 이뤄짐에 따라 많은 연구에서 신뢰성 향상을 위한 방법들을 제안하였다. 하지만 최근에 많이 사용되는 IEEE 802.11 의 높은 전송속도와 데이터 처리량을 IEEE 802.11 멀티캐스트에서 사용할 수 없다. 이전에 제안된 기법들은 IEEE 802.11n 을 고려하지 않아 패킷 어그리게이션에 대해서 효과적으로 동작하지 않는다. 이에 따라 본 학위논문에서는 IEEE 802.11n 에서 신뢰성을 보장하는 멀티캐스트 전송방법을 제안하며 더 나아가 멀티캐스트 수신 단말로부터의 피드백을 사용한 전송 속도 선택 알고리즘을 제안하였다. 제안하는 기법에서는 패킷 어그리게이션을 이용한 멀티캐스트 패킷에 대한 피드백을 받는 시간을 줄여 신뢰성과 효율성을 보장하고자 하였다. 피드백을 받기 위해서 멀티캐스트 송신 단말은 블락 ACK 요청 메시지를 멀티캐스팅하고 멀티캐스트 수신 단말은 패킷이 제대로 전송되지 않은 경우에만 블락 ACK 을 한다. 멀티캐스트 송신 단말 (일반적으로 AP)이 블락 ACK 전송 순서를 관리하며 수신한 피드백을 이용하여 패킷 재전송 또는 다음 멀티캐스트 패킷을 전송을 하게 되며 네트워크의 성능이 일정수준 이상 유지되도록 전송 속도를 선택하게 되며 최소 횟수의 재전송으로 모든 멀티캐스트 수신 단말이 패킷을 수신할 수 있도록 하였다. 제안한 기법을 IEEE 802.11aa 의 블락 ACK 사용기법과 기존의 신뢰성 향상의 멀티캐스트 기법과 비교하여 성능을 평가하였다. 본 학위논문에서 제안한 기법이 다른 기법에 비해 멀티캐스트 그룹의 크기에 잘 적응하며 피드백을 받기 위한 오버헤드가 적어 네트워크의 향상이 많이 이뤄지는 것을 확인 하였다.

Multicast over wireless medium is considered for multimedia service for mobile devices such as smartphones and tablet PC. Recently, IEEE 802.11n is widely deployed for hotspots and equipped on mobile devices due to the advantages of its high data rate and low cost. However, the multicast frames are sent in a low data rate without feedback in IEEE 802.11. This multicasting cannot guarantee the reliability due to the absence of feedback. In literature, many multicasting methods involve unexpected feedback overhead (e.g. multicast leader selection and a new frame for requesting acknowledgement) to guarantee the reliability. In addition, the low data rate of IEEE 802.11 multicast causes performance anomaly problem. In this paper, we proposed a feedback time reduction scheme to guarantee the reliability of multicast, and to sustain the high throughput in IEEE 802.11n. We also designed a rate adaptation algorithm based on the feedback. In our proposed scheme, multicast members selectively send acknowledgement frames when they missed packet receptions. Multicast transmitters retransmit data according to the acknowledgement. In our scheme, transmission rate is selected to reduce the number of retransmission. The attempt to shrink the overhead for the feedback and retransmission allows an opportunity to transmit more data. In simulations, results showed that our proposed scheme alleviated the degradation of the network throughput according to the increase of the multicast group size when the throughput of IEEE 802.11aa linearly decreased according to the number of multicast members.