Link scheduling and multi-path routing in wireless mesh networks
Ordonnancement des liens et routage de multiple chemins pour les réseaux maillés sans fil
Résumé
We present algorithmic solutions for two problems related to the wireless network interference. The first one proposes to schedule the links of a given set of routes under the assumption of a heavy-traffic pattern. We assume some TDMA protocol provides a background of synchronized time slots and seek to schedule the routes' links to maximize the number of packets that get delivered to their destinations per time slot. Our approach is to construct an undirected graph G and to heuristically obtain node multicolorings for G that can be turned into efficient link schedules. In G each node represents a link to be scheduled and the edges are set up to represent every possible interference for any given set of interference assumptions. We present two multicoloring-based heuristics and study their performance through extensive simulations. One of the two heuristics is based on relaxing the notion of a node multicoloring by dynamically exploiting the availability of communication opportunities that would otherwise be wasted. We have found that, as a consequence, its performance is significantly superior to the other's. In the second proposal, we consider wireless mesh networks and the problem of routing end-to-end traffic over multiple paths for the same origin-destination pair with minimal interference. We introduce a heuristic for path determination with two distinguishing characteristics. First, it works by refining an extant set of paths, determined previously by a single- or multi-path routing algorithm. Second, it is totally local, in the sense that it can be run by each of the origins on information that is available no farther in the network than the node's immediate neighborhood. We have conducted extensive computational experiments with the new heuristic, using AODV and OLSR as well as their multi-path variants as the underlying routing method. For one TDMA setting running a path-oriented link scheduling algorithm and two different CSMA settings (802.11 protocol), we have demonstrated that the new heuristic is capable of improving the average throughput network-wide. When working from the paths generated by the multi-path routing algorithms, the heuristic is also capable to provide a more evenly distributed traffic pattern.
Nous présentons des solutions algorithmiques pour deux problèmes liés à l'interfé-rence de réseau sans fil. D'abord on propose de ordonnancer les liens d'un ensemble de routes données en vertu de l'hypothèse d'un modèle à fort trafic. Nous considérons un protocole TDMA qu'offre une source d'intervalles de temps synchronisés et cherchent à ordonnancer les itinéraires des liens afin de maximiser le nombre de paquets qui sont livrés à leurs destinations par chaque intervalle de temps. Notre approche consiste à construire un graphe non orienté $G$ et à obtenir multiples colorations pour les noeuds de $G$ qui peuvent induire aux ordonnancement de liens efficaces. En $G$ chaque noeud représente un lien à être ordonnancer et les arcs sont mis en place pour représenter toutes les interférences possibles pour un ensemble d'hypothèses d'interférence. Nous présentons deux heuristiques de multiples colorations et étudions leurs performances grâce à de nombreuses simulations. L'un des deux heuristiques est fondée sur l'assouplissement des dynamiques de multiples colorations en exploitant la disponibilité des possibilités de communication qui seraient autrement perdues. Nous avons constaté que, par conséquent, sa performance est nettement supérieure à la celle des autres. Dans la deuxième proposition, nous considérons les réseaux maillés sans fil et le problème de routage bout à bout du trafic sur les chemins multiples pour la même paire origine-destination avec un minimum d'interférences. Nous introduisons une heuristique pour la détermination des chemins avec deux caractéristiques distinctives. Tout d'abord, il fonctionne par le raffinage d'un ensemble existant de chemins, préalablement déterminée par un algorithme de routage de multiples chemins. Deuxièmement, il est tout à fait locale, dans le sens où il peut être exécuté par chacune des origines sur l'information qui est disponible plus loin dans le réseau de voisinage immédiat du noeud. Nous avons mené de nombreuses expériences avec la nouvelle heuristique, en utilisant le protocole OLSR et AODV ainsi que leurs variantes de chemins multiples. Nous avons démontré que la nouvelle heuristique est capable d'améliorer le débit moyen du réseau à l'échelle en utilisant un protocole TDMA sous l'exécution d'un algorithme de ordonnancement des liens orienté à routes et de deux différents paramètres de fonctionnement du protocole CSMA 802.11. En travaillent à partir des trajectoires générées par le chemin provenaient de algorithmes de multiples chemins, l'heuristique est également capable de fournir un modèle de trafic plus équitablement répartie.
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