Wireless Network Coding for Uni-cast Packet Transport in a Star-Topology Network

摘要

本稿では，スター型無線ネットワークにおけるユニキャストパケット転送に，ネットワークコーディングを適用する場合のスループット特性について検討を行う．無線ネットワークコーディング方式としては，中継ノードが，受信・復号したパケットに対してXOR処理を施しパケット転送を行うXORベース方式と，複数のノードが同時送信した信号を中継ノードが増幅・転送する物理層ネットワークコーディング方式を取り上げる．本稿では，両方式のスループット特性を評価するため，まず、それぞれの方式をスター型ネットワークで用いるためのパケット送信スケジューリング法を定義する．そして，両方式を用いてユニキャストパケット転送を行う場合のスループット特性を計算機シミュレーションにより評価する．その結果，ネットワーク内のリンク品質や想定するトラフィックパターン，ノード数に応じて　優れた特性を示す方式が変化することを示す．また，無線ネットワークコーディングを用いてユニキャスト転送を効率的にサポートするためには，スケジューリング法が重要な役割を果たすことを示す．%In this paper, we investigate throughput performance of a star-topology wireless network when wireless network coding (WNC) is applied to uni-cast packet forwarding at a relay node. We focus on two WNC schemes: (1) XOR based WNC (XOR-WNC) where a relay node performs XOR operation for received packets, and broadcasts it to neighbors, and (2) physical layer WNC (PL-WNC) where two neighbors simultaneously transmit packets to a relay, followed by the amplification and forwarding of the received signal by the relay. We define scheduling strategies for XOR-WNC and PL-WNC to be applied to uni-cast transport over a star-topology network, and evaluate their achievable throughput by computer simulation. We show that the WNC scheme offering the best throughput differs depending on the network parameters such as channel conditions, traffic pattern and number of nodes in a network. We also show that scheduling strategies play an important role in order to improve throughput of a star-topology network with WNC.