IEEE 802.11 MAC Protokolünün VANET ağlardaki performans modellemesi ve analizi

Abstract

IEEE 802.11 standardı, araçsal tasarsız ağlar (Vehicular Ad Hoc Networks, VANETs) için ortam erişim kontrolü (Medium Access Control, MAC) ve fiziksel (PHY) katmanının özelliklerini tanımlamaktadır. IEEE 802.11 standardında, dağıtılmış koordinasyon işlevi (Distributed Coordination Function, DCF) MAC katmanında kullanılan bir tekniktir. DCF, ortama erişmek için çarpışmadan kaçınma ile taşıyıcı duyarlı çoklu erişim (Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance, CSMA/CA) tekniğini kullanmaktadır. Ayrıca, gönderim isteği (Request To Send, RTS)/ gönderime uygun (Clear To Send, CTS) mekanizması gizli araç düğümleri problemlerinin üstesinden gelmek için kullanılır. CSMA/CA ve RTS/CTS mekanizmalarının algoritmaları sunulmuştur. Markov zincir modeline dayalı analitik analiz, performansı araştırmak için sunulmuştur. Araç hızı, araç yoğunluğu, çekişme penceresi (Contention Window) ve yeniden iletim limiti (Maximum Retransmision Limit) gibi performansı etkileyebilecek parametreler göz önünde bulundurulmuştur. Performans ölçüleri ve parametreleri arasındaki ilişki incelenmiştir. Veri hızı, paket bırakma oranı (Packet Dropping Rate, PDR) ve gecikme ifadeleri elde edilmiştir. Ayrıca, benzetim sonuçları ile performans analizi doğrulanmıştır. CSMA/CA ve RTS/CTS mekanizmalarının karşılaştırılması sunulmuştur.

The IEEE 802.11 standard defines the specifications of the media access control (MAC) and physical (PHY) layers for vehicular ad hoc networks (VANETs). In IEEE 802.11, distributed coordination function (DCF) is the fundamental access technique, which employs a carrier sense multiple access with collision avoidance (CSMA/CA) mechanism to access the medium. In addition, request to send (RTS)/ clear to send (CTS) mechanism is used to overcome hidden vehicular nodes problem. In this paper, an analytical model is developed to evaluate the performance of the IEEE 802.11 MAC for VANETs. The algorithm of CSMA/CA and RTS/CTS mechanism are presented. Markov chain model based analytical analysis is presented to investigate the performance. Parameters that can influence the performance such as vehicles velocity, vehicle density, contention window size, maximum retransmission limit etc. are considered. The relationship between the performance metrics and parameters are derived. Throughput, packet dropping rate (PDR) and delay expressions are obtained. Moreover, numerical results are demonstrated to verify the analysis. The comparison between CSMA/CA and RTS/CTS access mechanisms is presented.