To improve performance over noisy wireless channels, mobile wireless networks employ forward error correction(FEC) techniques. The performance of static FEC algorithms, however, degrades by poorly matching the overhead of their correction code to the degree of the fluctuating underlying channel error. This paper proposes an adaptive FEC technique called FECA(FEC-level Adaptation), which dynamically tunes FEC strength to the currently estimated channel error rate at the data link layer. FECA is suitable for wireless networks whose error rate is high and slowly changing compared to the round-trip time between two communicating nodes. One such example network would be a sensor network in which the average bit error rate is higher than $10^{-6}$ and the detected error rate at one time lasts a few hundred milliseconds on average. Our experiments show that FECA performs 15% in simulations with theoretically modeled wireless channels and in trace-driven simulations based on the data collected from real sensor networks better than any other static FEC algorithms.
Wireless mobile networks tend to drop a large portion of packets due to propagation errors rather than congestion. To Improve reliability over noisy wireless channels, wireless networks can employ forward error correction (FEC) techniques. Static FEC algorithms, however, can degrade the performance by poorly matching their overhead to the degree of the underlying channel error, especially when the channel path loss rate fluctuates widely. This paper investigates the benefits of an adaptable FEC mechanism for wireless networks with severe packet loss by analytical analysis or measurements over a real wireless network called sensor network. We show that our adaptive FEC named FECA (FEC-level Adaptation) technique improves the performance by dynamically tuning FEC strength to the current amount of wireless channel loss. We quantify these benefits through a hybrid simulation integrating packet-level simulation with bit-level details and validate that FECA keeps selecting the appropriate FEC-level for a constantly changing wireless channel.
This paper analytically evaluates the FEC(Forward Error Correction) symbol size's effect on the performance and energy consumption of 802.11 protocol with the block FEC algorithm over WSN(Wireless Sensor Network). Since the basic recovery unit of block FEC algorithms is symbols not bits, the FEC symbol size affects the packet correction rate even with the same amount of FEC check bits over a given WSN channel. Precisely, when the same amount of FEC check bits are allocated, the small-size symbols are effective over channels with frequent short bursts of propagation errors while the large ones are good at remedying the long rare bursts. To estimate the effect of the FEC symbol site, the paper at first models the WSN channel with Gilbert model based on real packet traces collected over TIP50CM sensor nodes and measures the energy consumed for encoding and decoding the RS (Reed-Solomon) code with various symbol sizes. Based on the WSN channel model and each RS code's energy expenditure, it analytically calculates the transmission efficiency and power consumption of 802.11 equipped with RS code. The computational analysis combined with real experimental data shows that the RS symbol size makes a difference of up to 4.2% in the transmission efficiency and 35% in energy consumption even with the same amount of FEC check bits.
Proceedings of the Korean Information Science Society Conference
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2001.10c
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pp.733-735
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2001
본 논문에서는 Ad hoc 망에서 오류 발생률에 적응적인 LLC와 MAC 프로토콜은 설계하였다. 이 프로토콜은 무선 링크상에서 수신자의 피드백 정보에 의존한다. LLC 계층에서는 피드백 정보에 따라 적합한 FEC를 선택하여 부호화하고 MAC 계층에서는 이를 뒷받침하기 위해 오류 발생 패킷에 대한 새로운 재전송 메커니즘을 사용한다. 결과적으로 시간에 따라 변화하는 채널 환경에 적응하여 성공적으로 패킷을 전송함으로써 패킷 전달 지연시간을 단축시키고 제한된 채널의 대역폭을 효과적으로 사용한다.
Jung, Jongwug;Kang, Minjae;Noh, Dong Kun;Cho, Sang Hoon
KIISE Transactions on Computing Practices
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v.23
no.2
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pp.122-127
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2017
The data link layer operates reliable internode communication in the OSI reference model. Generally, the forward error correction (FEC) method is used in the data link layer of the wireless sensor network (WSN) environment that has a high frequency of errors. However, the FEC method consumes a significant amount of energy due to its high error correction rate, which negatively affects the networks' lifespan. In contrast with battery-based technology, energy is regularly recharged in the solar-powered WSN to meet higher energy needs than required for basic operation of existing nodes. By efficiently utilizing this surplus energy, the proposed energy-aware FEC method can reduce the data loss rate with no decrement of the network lifetime. The method employs a trade-off relationship between the energy and data loss rate by adjusting the parity length in the FEC method to the energy state in each node. The performance of the proposed scheme was verified through a simulation.
This study discusses Application-layer FEC using erasure codes. Because of the simple decoding process, erasure codes are used effectively in Application-layer FEC to deal with Packet-level errors. The large number of parity packets makes the loss rate to be small, but causes the network congestion to be worse. Thus, a redundancy control algorithm that can adjust the number of parity packets depending on network conditions is necessary. In addition, it is natural that high-priority frames such as I frames should produce more parity packets than low-priority frames such as P and B frames. In this paper, we propose a redundancy control algorithm that can adjust the amount of redundancy depending on the network conditions and depending on data priority, and test the performance in simple links and congestion links.
The Journal of Korean Institute of Communications and Information Sciences
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v.23
no.5
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pp.1173-1183
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1998
This paper proposes an SS-PRMA protocol for the integrated voice and data services in the packet radio networks. In this protocol, the uplink logical channels are provided by combining the time slots and the spreding codes. SS-PRMA protocol contains some features of existing protocols such as PRMA, slotted ALOHA, and CDMA. In the proposed protocol, the voice terminals use a reservation mechanism, and the dta terminals use a slotted ALOHA scheme. The analysis and the simulation results show that most of the performances for the voice traffic can be achieved by employing a few distinct spreading codes and the data traffic throughput is closely related to the number of spreading code channels. Also it shows that the data traffic performance can be significantly improved by applying an FEC scheme to the data link layer.
The Journal of Korean Institute of Communications and Information Sciences
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v.25
no.4A
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pp.451-463
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2000
In this paper, we design the radio data link protocols with QoS provisioning for mobile multimedia such as voice, data, and video in CDMA-based ATM networks, and analyze the performance of the data link protocols. To support mobile multimedia traffic, the required QoS parameters and the characteristics are analyzed, and wireless protocol stacks are proposed for integrating the wireless access network and ATM transport networks, and radio data link protocols are designed for provisioning QoS Control. The data link protocols are analyzed assuming that the system is supporting voice and data traffic simultaneously. In case of data traffic, the delay and throughput of SREJ ARQ and Type-1 Hybrid ARQ scheme are compared, and in case of voice traffic, the packet loss rate of BCH coding is analyzed according to the varying data traffic loads. The results indicate that the adaptive radio link protocols are efficient to support QoS requirements while the complexities are increased.
As wireless mobile networks have been widely adopted due to their convenience for deployment, the research for improving their performance has been actively conducted. Since their throughput is restrained by the packet corruption rate not by congestion as in wired networks, however, network simulations for performance evaluation need to select the appropriate wireless channel model representing the behavior of propagation errors for the evaluated channel. The selection of the right model should depend on various factors such as the adopted frequency band, the level of signal power, the existence of obstacles against signal propagation, the sensitivity of protocols to bit errors, and etc. This paper analyzes 10-day bit traces collected from real sensor channels exhibiting the high bit error rate to determine a suitable sensor channel model. For selection, it also evaluates the performance of two error recovery algorithms such as a link layer FEC algorithm and three TCPs (Tahoe, Reno, and Vegas) over several channel models. The comparison analysis shows that CM(Chaotic Map) model predicts 3-time less BER variance and 10-time larger PER(Packet Error Rate) than traces while these differences between the other models and traces are larger than 10-time. The simulation experiments, furthermore, prove that CM model evaluates the performance of these algorithms over sensor channels with the precision at least 10-time more accurate than any other models.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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