I nte rna t io na l J o urna l o f   E lect rica l a nd   Co m p ute E ng in ee ring   ( I J E CE )   Vo l.   8 ,   No .   4 A u g u s t   201 8 ,   p p .   2 2 0 7 ~ 2 2 1 9   I SS N:  2 0 8 8 - 8708 DOI : 1 0 . 1 1 5 9 1 / i j ec e . v8 i 4 . p p 2 2 0 7 - 2219          2207       J o ur na l ho m ep a g e h ttp : //ia e s co r e . co m/ jo u r n a ls /in d ex . p h p / I JE C E   J o int  Ro uting a n d Cong estio n Con trol in Mul tipath  Cha nnel  b a sed o n S ig na l t o   N o ise  R a tio   w ith  Cro ss   L a y er Sc he m       I s t i k m a l 1 A dit  K urnia w a n 2 H endra w a n 3   1 , 2, 3 S c h o o o f   El e c tri c a En g in e e ri n g   a n d   I n f o rm a ti c s,  In stit u t   T e k n o lo g Ba n d u n g ,   In d o n e sia     1 S c h o o l   o f   El e c tri c a En g in e e ri n g ,   T e lk o m   Un iv e rsit y ,   In d o n e sia       Art icle  I nfo     AB ST RAC T   A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   No v   4 ,   2 0 1 7   R ev i s ed   J an   15 ,   2 0 1 8   A cc ep ted   Mar   30 ,   2 0 1 8     Ro u ti n g   p ro t o c o a n d   c o n g e stio n   c o n tro in   T ra n sm issio n   Co n tro P r o t o c o l   (T CP h a v e   im p o rta n t   ro les   i n   w irele ss   m o b il e   n e tw o rk   p e rf o rm a n c e .   In   w irele ss   c o m m u n ica ti o n ,   th e   st a b il it y   o th e   p a th   a n d   su c c e ss f u d a ta   tran sm issio n   w il b e   in f lu e n c e d   b y   th e   c h a n n e c o n d it io n .   T h i c h a n n e l   c o n d i ti o n   c o n stra in ts  c o m e   f ro m   p a th   l o ss   a n d   t h e   m u lt ip a th   c h a n n e f a d in g .   W it h   th e se   c o n stra in ts,   t h e   a lg o rit h m   in   th e   ro u ti n g   p ro t o c o a n d   c o n g e stio n   c o n tro is  c o n f ro n ted   w it h   th e   u n c e rtain ty   o f   c o n n e c ti o n   q u a li ty   a n d   p ro b a b il it y   o su c c e s s f u p a c k e t   tran sm is sio n ,   re sp e c ti v e l y .   It  i i m p o rtan to   in v e stig a te  th e   r e li a b il it y   a n d   ro b u stn e ss   o f   ro u ti n g   p ro to c o a n d   c o n g e stio n   c o n tro a lg o rit h m in   d e a li n g   w it h   su c h   si tu a ti o n .     In   th is  p a p e r,   w e   d e v e lo p   a   d e tailed   a p p ro a c h   a n d   a n a ly ti c a th ro u g h p u p e rf o r m a n c e   w it h   a   c ro ss   lay e r   sc h e m e   (C L S b e t w e e n   ro u ti n g   a n d   c o n g e st io n   c o n tr o m e c h a n ism   b a se d   o n   sig n a to   n o ise   ra ti o   (S NR)  in   Ricia n   a n d   Ra y leig h   a m u lt ip a th   f a d in g   c h a n n e l.   W e   p ro p o se d   jo in r o u t i n g   a n d   c o n g e stio n   c o n tr o T C P   with   a   c ro ss   la y e s c h e m e   m o d e b a se d   o n   S NR  (RT CP - S NR).  W e   c o m p a re   th e   p e rf o r m a n c e   o f   R T CP - S NR  w it h   c o n v e n ti o n a ro u ti n g - T CP   a n d   r o u ti n g - T CP   th a u se d   CL S   w it h   ro u ti n g   a w a r e   (RT CP - RA m o d e l.   T h e   a n a ly s e a n d   th e   sim u latio n   re su lt sh o w e d   th a RT CP - S NR  in   a   m u lt ip a th   c h a n n e o u t p e rf o rm s co n v e n ti o n a ro u ti n g - T CP   a n d   RT CP - RA .   K ey w o r d :   C o n g esti o n   c o n tr o l   C r o s s   la y er   R a y le ig h   R icia n   R o u ti n g   SNR   T C P   Co p y rig h ©   2 0 1 8   In stit u te o A d v a n c e d   E n g i n e e rin g   a n d   S c ien c e   Al rig h ts  re se rv e d .   C o r r e s p o nd ing   A uth o r :   I s tik m al   Sch o o l o f   E lectr ical  E n g i n ee r i n g ,   T elk o m   U n i v er s it y ,   J l.  T elek o m u n i k asi  n o   1   T e r u s an   B u ah   B at u   B an d u n g   4 0 2 5 7   I n d o n esia.   E m ail: i s ti k m a l@ te lk o m u n i v e r s it y . ac . id       1.   I NT RO D UCT I O N   W ir eless   m o b ile  ad   h o n et wo r k s   ar d y n a m ic  n et w o r k s   i n   w h ic h   d ev ice s   ar f r ee   to   m o v an d   co n n ec ea c h   o th er .   T h is   ca p ab ilit y   h a s   g r ea i m p ac o n   r o u ti n g   p r o t o co an d   co n g esti o n   co n tr o T C P   s tr ateg y .   T h i m p o r ta n i s s u e s   o f   t h r o u tin g   p r o to co an d   T C P   ar th p er f o r m an ce   d eg r ad atio n   a n d   lo w   ad ap tatio n   in   th w ir ele s s   m o b ile  ad h o n et w o r k .   C o n n ec tio n   f ai lu r es,  r o u te  c h an g a n d   m i s p er ce p tio n   o f   co n g es tio n   co n tr o m ec h an is m   m a y   ca u s ed   T C P   to   in ac cu r atel y   as s u m t h at  all  p ac k et  lo s s es  ar d u to   n et w o r k   co n g es tio n   w h ic h   h a s   b ee n   t h m ai n   ca u s to   n et w o r k   p er f o r m an ce   d e g r ad atio n .   T h cr o s s   la y er   s ch e m h as  b ec o m o n o f   m o s p r o m i s i n g   m et h o d s   t o   s o lv t h is   p r o b le m   [ 1 ] .   T h is   m et h o d   s h ar es   in f o r m atio n   b et w ee n   la y er s   a n d   j o in co o p er atio n s   to   ac h iev m a x i m u m   n et w o r k   u til it y   p er f o r m a n ce   w it h   g en er al  o r   s p ec if ic  s o lu t io n s   [ 2 ] ,   [ 3 ].   R ec en t l y ,   cr o s s   la y er   d esig n   w it h   in v o lv ed   r o u tin g   a n d   co n g esti o n   co n tr o i n   T C P   w as  p r esen t.  L i n k   q u alit y   an d   co n g es tio n   a w ar e n es s   w it h   cr o s s   la y er   m et h o d   w er e   in v est ig ated   i n   [ 4 ]   f o r   w ir eles s   r o u ti n g   o b tain ed   f r o m   M AC   ( Me d i u m   A cc e s s   C o n tr o l) - la y er .   A   c r o s s   la y er   d esi g n   f o r   j o in co n g es tio n   co n tr o l,  r o u tin g ,   a n d   s c h ed u l in g   w a s   p r o p o s ed   in   [ 5 ]   b y   ex p lo iti n g   p h y s ical   la y er   tech n iq u es.  An o th er   cr o s s   la y er   s ch e m f o r   j o in r o u tin g ,   s c h ed u lin g ,   an d   co n g esti o n   co n tr o w as  e v alu a ted   in   [ 6 ]   th r o u g h   n et w o r k   u tili t y   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                       I SS N :   2 0 8 8 - 8708   I n t J   E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.  8 ,   No .   4 A u g u s t 2 0 1 8   :   2 2 0 7     2 2 1 9   2208   m ax i m izatio n   ( NU M) .   T C P - a w ar s o u r ce   r o u ti n g   ( T SR )   w a s   p r o p o s ed   in   [ 7 ] ,   w h ic h   m in i m izes  T C P s   co n s ec u tiv t i m eo u ts   b y   r ed u cin g   t h n u m b er   o f   in v alid   i n   DSR   ( D y n a m ic  So u r ce   R o u t e)   r o u te.   W h ile  [ 8 ] p r o p o s ed   th cr o s s - la y er   b etw ee n   t h M A C   a n d   n et w o r k   la y er s   lead   to   ea r l y   d etec tio n   o f   co n g est io n   b y   r o u tin g   a w ar e .   I n   [ 9 ] ,   th c r o s s   la y er   ap p r o ac h   w a s   p r o p o s ed   to   o p tim ize  t h T C P   th r o u g h p u t   w it h   co o p er ativ r elay i n g   n e t w o r k Ho w e v er ,   in   p r ev io u s   s tu d y ,   r o u ti n g   a n d   T C P   w it h   C L w er d e v elo p ed   w it h o u co n g e s tio n   co n tr o ad j u s t m e n at  cu r r en co n g est io n   w i n d o w   w h e n   m is p er ce p tio n   o cc u r   an d   u s ed   th e   co n v e n tio n al   co n g esti o n   co n t r o m ec h a n is m .   Fo r   ex a m p le,   [ 7 ] - [ 9 ]   u s ed   r o u tin g   a w ar b y   s e n d in g   t h d ata   th r o u g h   th a lter n ati v r o u te,   w h e n   t h n e t w o r k   h as a   p r o b lem   w i th   in v alid   r o u te,   co n g e s ti o n ,   b u f f er   o v er f lo o r   r elay   co n d itio n ,   th u s   w e   ca ll  t h is   C L S   m o d el  a s   r o u tin g - T C P   w it h   r o u t in g   a w ar ( R T C P - R A ) .   Un f o r tu n atel y ,   w ir eles s   n e t w o r k   n o o n l y   s u f f er   f r o m   t h r a n d o m   n et w o r k   co n d itio n ,   b u t   also   f r o m   r an d o m   v ar iatio n s   i n   c h an n el  co n d itio n ,   t h at  lead   to   p o o r   p er f o r m a n ce   [ 1 0 ] ,   esp ec iall y   i n   m u ltip ath   f ad in g ,   s u c h   a s   R icia n   an d   R a y lei g h   e n v ir o n m en t.    T h is   ch an n el  co n d it io n   co n s tr ain o cc u r s   d u to   p ath   lo s s   a n d   th m u ltip at h   ch a n n el  f ad in g .   W ith   th i s   co n s tr ain t,  t h al g o r ith m   i n   t h r o u ti n g   p r o to co an d   co n g esti o n   co n tr o h a v to   d ea with   t h u n ce r tain t y   co n n ec ti o n   q u ali t y   a n d   p r o b ab ilit y   o f   s u cc ess f u p ac k e tr an s m is s io n .   I n   t h is   s it u atio n ,   ch a n n el  f ad in g s   p r o d u ce   h ig h   p ath   b r ea k   a n d   b it  er r o r   r ate  ( B E R ) ,   an d   lead   th r o u ti n g   p r o to co an d   T C P   to   ch an g t h r o u te  f r eq u en tl y   a n d   en ter   a   lo s s   i n d icatio n   b y   p ac k et  lo s s   a n d   ti m e - o u th at   ar n o n ec e s s ar il y   r elate d   to   n et w o r k   co n g es tio n ,   r esp ec ti v el y .   I is   i m p o r tan to   i n v est ig ate  th r eliab ilit y   a n d   r o b u s t n es s   o f   r o u ti n g   p r o to co an d   co n g es tio n   co n tr o alg o r it h m s   in   t h d ea li n g   w it h   t h is   s it u a tio n .   T h er ef o r e,   in   t h is   p ap er ,   th at  b ec o m e s   o u r   co n tr ib u tio n s ,   f ir s t,   w e   d ev elo p   d etailed   ap p r o ac h   an d   an al y tical  t h r o u g h p u p er f o r m an ce   w ith   cr o s s   la y er   s ch e m b et w ee n   r o u ti n g   an d   co n g es tio n   co n tr o m ec h a n is m   b ased   o n   s ig n al  to   n o is r a tio   ( SNR )   in   R ic ian   an d   R a y lei g h   en v ir o n m en t.  Se co n d ,   b ased   o n   th is   an al y tical   m et h o d ,   w p r o p o s ed   jo in m ec h an i s m   b et w ee n   r o u tin g   an d   co n g es tio n   co n tr o in   T C P   b ased   o n   SNR   ( R T C P - S NR ) .   T h is   p r o p o s ed   m ec h an i s m   e m p lo y ed   cr o s s   la y er   s ch e m m o d el  b y   ex p lo itin g   p h y s ical  la y er   to   b u s ed   in   r o u ti n g   p r o to co m ec h a n is m   as  t h r o u tin g   m e tr ic  to   f i n d   th b est  p ath   an d   to   ad j u s t c o n g es tio n   w i n d o w   a co n g e s tio n   co n tr o l in   T C P .   T h p ap er   is   o r g an ized   as  f o llo w s .   Sectio n   2   p r o v id es  a n   o v er v ie w   o f   th m ec h an i s m   o f   r o u tin g   p r o to co an d   co n g es tio n   co n t r o in   T C P .   Sectio n   3   d escr i b es  th m u l tip ath   c h an n el  p r o p ag atio n   m o d el.   Sectio n   4   e x p lain s   t h a n al y tical  t h r o u g h p u t   p er f o r m a n ce   in   m u ltip at h   f ad in g   a n d   t h e   p r o p o s ed   m et h o d .   Sectio n   5   s h o w s   t h p er f o r m a n ce   r esu lt s   co m p ar w i th   t h th eo r y   an d   an o t h er   m et h o d .   Fin all y ,   S ec tio n   6   is   th co n cl u s io n   an d   f u t u r r ese ar ch   o p p o r tu n ities .       2.   RO UT I N G   P RO T O CO L   A ND  CO NG E S T I O CO N T RO L   I T CP   2 . 1 .   Ro uting   pro t o co l   R o u ti n g   is   t h i m p o r tan co n c ep in   w ir ed   an d   w ir ele s s   n e t w o r k   f o r   p ac k et  tr an s m i s s io n   [ 1 1 ]   an d   to   m ax i m ize  th p ac k et  s u cc es s f u ll y   p as s ed   to   th d esti n at io n   n o d [ 1 2 ] .   A   r o u tin g   p r o to co l   in   m o b ile  ad   h o c   n et w o r k   h as  a n   i m p o r tan r o le   in   f i n d in g   t h d ata  tr an s m is s i o n   p ath .   I n   w ir eles s   ad   h o n et w o r k ,   th r o u tin g   p r o to co ca n   b class if ied   i n to   f lat  r o u t in g ,   h ier ar ch ical  r o u ti n g ,   a n d   g eo g r ap h ic  r o u ti n g   [ 1 3 ] .   T h f lat  r o u ti n g   is   ca te g o r ized   b ased   o n   p r o ac tiv a n d   r ea cti v m ec h an i s m   in   f i n d in g   t h p at h .   I n   t h is   p ap er ,   w u s ed   a   f la t   r o u tin g   p r o to co w ith   r ea cti v m ec h a n i s m   a s   t h r o le  m o d el,   s u ch   a s   ad h o o n - d e m a n d   d is tan ce   v ec to r   ( A ODV )   [1 4 ]   r o u tin g   p r o to co l.  I n   th r ea cti v r o u ti n g   p r o to co l,  th p r o ce s s   o f   th r o u te  s ea r c h   is   s tar ted   w h e n   th s o u r ce   w an t s   to   s en d   th d ata.   Gen er all y ,   f lat  r ea ctiv r o u ti n g   p r o to co u s e s   m in i m u m   h o p   co u n as  th r o u ti n g   m etr ic  t o   f in d   th e   p ath .   Fi g u r 1   s h o w s   th e   r o u t in g   p r o to co m ec h a n is m   m o d el   in   ad h o n et w o r k ,   w h er S   is   t h s o u r ce ,   as   th d es tin a tio n ,   a n d   I N   is   t h i n ter m ed iate  n o d e .   W ith   m i n i m u m   h o p   co u n t,  r o u ti n g   p r o to co s elec t     S - (IN - 3) - as  t h p ath   to   d eliv er y   t h d ata.    I n   m o b ile  ad h o n et w o r k ,   esp ec iall y   i n   m u ltip ath   f ad i n g   en v ir o n m e n t,  t h ese  r o u ti n g   p r o to co ls   ca n n o w o r k   a n d   ad ap w ell,   an d   u s u a ll y   s h o w   s ig n if ican n et w o r k   p er f o r m a n ce   d e g r ad atio n .   I n   m u ltip ath   f ad i n g   e n v ir o n m e n t,  s u c h   a s   R icia n   a n d   R a y lei g h   f ad i n g ,   r o u ti n g   p r o to co l s   f ac u n ce r tain t y   in   f l u ct u atio n   co n n ec tio n   ch an n el  q u alit y .   W h en   t h r o u ti n g   p r o to co u s es   m i n i m u m   h o p   co u n t,  th p at h   w ill   co n s i s t h co n n ec tio n   w i th   m a x i m u m   r a n g tr an s m is s io n   to   g et  th e   m i n i m u m   h o p   p ath .   T h is   co n n ec tio n   co n s eq u e n tl y   h as  lo w   SN R   ch a n n el  q u alit y .   I f   th s ig n al  r ec eiv ed   b y   th r ec eiv er   v ar ies  r ap id l y   an d   th s u p er p o s itio n   o f   o v er all  a m o u n o f   t h r ef lec te d   s ig n a l,  th e n   t h is   co n n ec tio n   w it h   lo w   SNR   w i ll   b w ea k   a n d   o f ten   d is co n n ec t ed .     T h er ef o r e,   in   t h is   r esear ch ,   w e   p r o p o s r o u tin g   p r o to co m ec h a n is m   m o d el  w i th   c r o s s   la y er   s ch e m b ased   o n   SNR .   T h is   r o u tin g   p r o to co is   ch an n el  a war th at  u s e s   SN R   th r es h o ld   as  r o u tin g   m etr ic  to   f i n d   th b est  p ath .   T h is   SN R   t h r es h o ld   is   ca lcu lated   b ased   o n   m a x i m u m   a n d   th av er a g S NR   co n n ec tio n   i n   p ath .   T o   g ain   h ig h er   ad v a n ta g to w ar d   a   m o r s tab le  co n n ec ti v it y ,   w also   p r o p o s j o in T C P   co n g e s tio n   co n tr o m ec h a n i s m   m o d el  w it h   th r o u t in g   p r o to co l.  T h e   d et ail  m et h o d   is   d escr ib ed   in   S ec t io n   4 .       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J   E lec  &   C o m p   E n g     I SS N:  2 0 8 8 - 8708       Jo in t R o u tin g   a n d   C o n g esti o n   C o n tr o l in   Mu ltip a th   C h a n n el  b a s ed   o n   S ig n a l to   N o i s R a ti o   . ..   ( I s tikma l)   2209         Fig u r 1 .   R o u ti n g   p r o to co m e ch an i s m   m o d el   in   ad - h o n et wo r k       2 . 2 .   Co ng estio n c o ntr o l in TCP   T r an s m is s io n   C o n tr o P r o to co is   co m p o n e n o f   th tr a n s p o r lay er .   T C P   p r o v id es  r eliab le  p ac k et   d eliv er y   s er v ice s ,   w h ic h   is   en d - to - e n d   co m m u n ica tio n   a n d   co n n ec tio n   o r ien ted .   T h er ar cu r r en tl y   a   v ar iet y   o f   d at co m m u n ica tio n   ap p l icatio n s   th at   u s eT C P   as  th ei r   tr an s p o r p r o to co l.  T C P   is   w id el y   u s ed   a n d   d ev elo p ed ,   in clu d i n g   i n   t h ad - h o n et w o r k ,   b u s till   r eq u ir es  e v al u atio n   a n d   ad j u s t m en o n   t h ad - h o c   n et w o r k   c h ar ac ter is t ics  [ 1 0 ] ,   esp ec iall y   in   r ea li s tic  e n v i r o n m en m o d el   s u ch   as   in   R ic ian   an d   R a y lei g h   w it h   m u ltip ath   f ad i n g .   T C P   h as  co n g esti o n   co n tr o m ec h a n is m .   T h m a in   o b j ec tiv in   t h T C P   co n g esti o n   co n tr o m ec h a n i s m   i s   to   a v o id   co n g esti o n ,   w h ic h   p o ten tiall y   d e cr ea s e s   t h e f f ec ti v e n ess   o f   th n et w o r k .   T h i m ec h a n i s m   ai m s   to   co n tr o t h d y n a m ic  w i n d o w   s ize  in   ac co r d an ce   w it h   th lev e o f   co n g esti o n   o n   th n et w o r k .   Nea r l y   all  T C P   v er s io n s   as s u m t h at  p ac k ets  lo s s es  ar d u to   co n g e s tio n   i n   t h n et w o r k .   I n   t h is   s tu d y ,   w ap p lied   T C m o d el  th at  u s ed   lo s s   b ased   co n g esti o n   co n tr o tech n iq u e   [ 1 5 ] .   W h en   p ac k et  is   d etec ted   to   b e   lo s t,  eith er   b y   t i m eo u ( TO )    o r   b y   tr ip le - d u p licate  ( TD )   ac k n o w led g m e n ( AC K) ,   T C P   s lo ws   d o w n   t h s en d i n g   r ate  b y   ad j u s tin g   its   co n g est io n   w i n d o w   s ize.   I n   t h ca s th at  a n o th er   ti m e - o u o cc u r s   b ef o r s u cc es s f u l l y   r etr a n s m it tin g   t h p ac k et s   lo s d u r in g   t h f ir s ti m o u t,  t h p er io d   o f   T d o u b les  u n ti l   m ax i m u m   6 4 T is   r ea ch ed .   U n f o r t u n ate l y ,   w ir ele s s   n et w o r k s   s u f f er   f r o m   s ev er al  t y p es  o f   lo s s es  t h at  ar n o t   r elate d   to   co n g e s tio n ,   m ak in g   T C P   can n o ad ap t   w ell   to   t h i s   en v ir o n m e n t.  T h is   h ap p en s   b ec au s e   th e   b it  er r o r   r ate  in   m o b ile  ad h o n et w o r k   is   h i g h   t h at  ca u s p ac k et  lo s s ,   esp ec iall y   i n   ca s o f   s e v er f a d in g   an d   m u l tip ath ,   s u c h   as i n   R icia n   a n d   R a y le ig h .   T h is   m i s p er ce p tio n   r esu lt s   i n   lo w   p er f o r m an ce   o f   th n et w o r k s .     T h er ef o r e,   in   o u r   s tu d y ,   w p r o p o s ed   jo in co n tr o m ec h a n i s m   w it h   t h r o u t in g   p r o to co l.  W h en   t h e   r o u tin g   p r o to co l u s ed   SN R   t h r esh o ld   as t h r o u t in g   m etr ic,   a n d   lo s s   in d icatio n   o cc u r s   d u to   ch an n el  q u alit y   d eg r ad atio n ,   w ad j u s t h cu r r en co n g e s tio n   w i n d o w   b as ed   o n   SNR .   T h d etailed   ap p r o ac h   d escr ib ed   in   S ec tio n   4 .       3.   M UL T I P AT H   CH ANN E L   P RO P AG A T I O M O DE L   R ec eiv s ig n al  p o w er   i n   th d esti n a tio n   n o d c an   b ca lcu la ted   b y   p r o p ag atio n   m o d el.   P r o p ag atio n   m o d el  ca n     clas s i f y   i n to   lar g e - s ca le  an d   s m all - s ca le  ( f ad in g )   [ 1 6 ] ,   w h ile  in   i m p le m e n tatio n   it  ca n   also   d iv id e d   in to   d eter m i n i s tic  a n d   p r o b ab i lis tic  m o d els.  I n   t h lar g e - s ca l m o d el,   t h p ath   lo s s   is   th m ain   co m p o n en t   o f   a   p r o p ag atio n   m o d el  as  f u n ct io n   o f   d is ta n ce   an d   o th er   f ac to r s .     S m all - s ca le  f ad in g   r ef e r s   to   th d r am a tic   ch an g es i n   t h en v elo p o f   t h e   r ec eiv ed   s ig n al.   T h ese  ch a n g e s   in   t h s i g n al  a m p l itu d a n d   p h ase  ar d escr ib ed   s tatis t icall y   b y   s to ch a s tic  p r o ce s s .   P r o b ab ilis tic  m o d el  is   m o r r ea lis tic  p r o p ag atio n   m o d el.   F o r   ea ch   tr an s m i s s io n ,   th e   r ec eiv ed   p o w er   is   d escr ib ed   in   th d is tr ib u tio n .   T h is   lead s   to   m o r v ar ied   r esu lts   o b tain ed   f r o m   t h s u cc es s f u r ec ep tio n .   T h is   h ap p en s   w i th   d i f f er en p r o b ab ilit ies  as  t w o   ad j ac en u s er s   ca n n o co m m u n icate .   T h o p p o s ite  ca n   o cc u r   o f   p r o b a b ilit y   o f   t w o   u s er s   ca n   co m m u n icate   o u ts id th e   r an g d eter m in i s tic  tr an s m i s s io n .   Dis tr ib u tio n   o f   t h i s   ef f ec d ep en d s   o n   p r o b ab ilit y   m o d els  a n d   p ar a m eter s   u s ed .   R icia n   an d   R a y leig h   ar p r o b ab ilis tic  m o d els.   Mo d el  o f   R ician   d is tr ib u tio n   t ak es  i n to   ac c o u n th e f f ec ts   o f   a   lin o f   s i g h ( L OS )   p at h   w it h   ce r tai n   s ca l e   f ac to r .   T h R icea n   d is tr ib u t io n   is   g i v en   b y   [ 1 6 ]   as :       (   )   ,           *                   +     (        )                                                                                                                                         ( 1 )     w h er     is   th am p lit u d o f   th en v elo p o f   th r ec eiv ed   s i g n al,         is   t h p ea k   a m p l itu d o f   t h d o m i n a n s ig n al  o r   th p o w er   in   L O co m p o n en t s ,   an d           is   th av er ag p o w er   in   n o n - L OS  m u lt ip ath   co m p o n en t s .   Den o te        as  th m o d i f ied   B ess e f u n ct io n   o f   0 t h   o r d er .   W h er th a v er ag r ec eiv ed   p o w er   i n   t h is   d is tr ib u tio n         Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                       I SS N :   2 0 8 8 - 8708   I n t J   E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.  8 ,   No .   4 A u g u s t 2 0 1 8   :   2 2 0 7     2 2 1 9   2210   ca n   b ca lcu lated   b y :                   (   )                                      ( 2 )     R icia n   d is tr ib u tio n   is   u s u all y   d escr ib ed   in   ter m   o f   f ad in g   p ar a m eter     ,   w h i c h   i s   t h r atio   b et w ee n   t h e   d eter m in i s tic  s ig n al  p o w er   a n d   th p o w er   n o n - L OS  m u ltip at h   co m p o n e n ts ,   a n d   is   d ef i n ed   b y                                         ( 3 )     Facto r       s h o w s   th s e v er it y   o f   th f ad in g w h er lar g v al u i m p lie s   m o r m ild   f ad i n g ,   an d   s m all  v a lu e   i m p lies   s e v er f ad i n g .   T h R i cian   d is tr ib u tio n   m o d el  ca n   b u s ed   to   p r ed ict  th e   s it u atio n   w h er m u l tip ath   a n d   L OS   co m p o n e n co - o cc u r .   W h en   t h d eter m in i s tic  s i g n al  p o w er   ( L OS  co m p o n en t)   b ec o m e s   w ea k er   o r           ,   ch an n el  w i th   n o   L O co m p o n en t s   an d   o n l y   m u ltip a th   w ill  b in   R a y lei g h   d is tr ib u tio n .   T h e   p r o b a b ilit y   d en s i t y   f u n ct io n   o f   th R a y lei g h   d is tr ib u tio n   g i v e n   b y   [ 1 7 ]   is   w r itre n   a s :       (   ) ,           *             +                                                                                                                         ( 4 )     T h s ig n als   r ec eiv ed   b y   th e   r ec ip ien t a r s u p er p o s itio n   o f   t h o v er all   a m o u n t   o f   th r e f le cted   s ig n a l   d u to   m u ltip ath .   T h is   ca u s e s   t h s ig n al  r ec ei v ed   b y   t h r ec ei v er   w ill   v ar y   r ap id l y .   T h is   s it u atio n   i s   s u itab le   in   m o b ile  to   m o b ile  co m m u n icat io n ,   s u c h   as  d ev ice  to   d ev ice  co m m u n icat io n .   T h en v elo p r ec eiv ed   s ig n a l   ca n   b d escr ib ed   in   th s tati s ti ca ti m v ar y in g   o f   f lat  f ad in g   s ig n al.   Fi g u r 2   s h o w s   t h b it  er r o r   r ate  ( B E R )   p er f o r m a n ce   o f   B P SK  in   R ician ,   R a y le ig h ,   an d   A W GN  f a d in g   ch a n n el,   w h er R ician   p ar a m eter     =4 .   W e   o b s er v th at  t h R a y lei g h   f ad i n g   h as t h w o r s t b it e r r o r   r ate  ( B E R ) .           Fig u r 2 .   B E R   p er f o r m a n ce   o f   B P SK in   R ician ,   R a y le ig h ,   an d   A W GN  f ad i n g   c h a n n el s       4.   ANALY T I CAL  T H RO U G H P UT   P E RF O RM ANCE   AND  T H E   P RO P O S E M E T H O D     RT CP - SNR   I n   t h is   s ec tio n ,   w d ev e lo p   an al y tical   r o u ti n g   an d   co n g e s tio n   co n tr o m ec h an i m s   t h r o u g h   th r o u g h p u p er f o r m a n ce   f o r m u latio n .   Net w o r k   th r o u g h p u p er f o r m an c d ep en d s   o n   t h av er a g n u m b er   o f   s u cc es s f u l   d ata  tr an s m itted   d u r in g   th e   o b s er v atio n   in ter v al.   I f   t h e   av er ag e   n u m b er   o f   p ac k et s   t h at  s u cc e s s f u ll y   tr an s m itted   is     [   ] ,   an d   th av er ag d u r atio n   o f   ti m r eq u ir ed   to   tr an s m i th d ata  is     [   ] ,   th en   w ca n   ca lcu late  t h th r o u g h p u           by :                   [   ]   [   ]                     ( 5 )     T h av er ag p r o p ag atio n   ti m e   is              an d   th p r o ce s s   av er ag tim at  a ll  n o d es  is            .   I f     ̅   is   th av er a g e   d ata  tr an s f er r ed ,   w it h   t h av er ag r ate  f o r   d eli v er y   o f   th d a ta  is     ,   th en   t h to tal  a v er ag t i m to   s e n d     ̅   is     ̅       s ec o n d s .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J   E lec  &   C o m p   E n g     I SS N:  2 0 8 8 - 8708       Jo in t R o u tin g   a n d   C o n g esti o n   C o n tr o l in   Mu ltip a th   C h a n n el  b a s ed   o n   S ig n a l to   N o i s R a ti o   . ..   ( I s tikma l)   2211   T h av er ag ti m to   tr an s m it t h d ata    [   ]   ca n   b ca lcu lated   as :       [   ]       ̅         (                       ) .               ( 6 )     Sin ce   t h q u alit y   o f   c h a n n el  lin k   an d   t h m o b ilit y   o f   n o d es  w ill  e f f ec o n   th p r o b ab ilit y   o f   b it  er r o r ,   th is   p r o b a b ilit y   o f   b it  er r o r   is   in f lu en ce d   b y   t h p r o b ab ilit y   o f   s u cc ess   in   co n n e ctio n   to   tr an s m it  t h d ata.   L et         is   th a v er ag p r o b ab ilit y   o f   p ac k ets  s u cc e s s f u ll y   d eli v er ed   in   th tr a n s m it ted   d ata  th r o u g h   th p ath .   W ith   t h i s   ap p r o ac h   w ca n   r e w r ite  th   [   ]   by :       [   ]     ̅       ,                   ( 7 )     w h ile  t h th r o u g h p u t a s   f u n c tio n   o f          an d       ca n   b w r itten   a s :                   ̅         ̅           (                         )                     ( 8 )     I n   th i s   s t u d y ,   w u s ed   s to ch asti m o d el  o f   T C P   co n g esti o n   co n tr o m ec h a n is m   t h at   y ield s   r elativ el y   s i m p le  a n al y tic  e x p r ess io n   f o r   th n u m b er   o f   p ac k ets   s e n i n   t h p er io d   [ 1 8 ] ,   w h er e   T C P s   b eh av io r   i s   p r esen ted   in   p ac k et  lo s s   ap p r o ac h .   T h is   m o d el  is   b ased   o n   T C P   th at  u s e s   tr ip le - d u p lic ate  ( T D)   A C a n d   ti m eo u ( T O)   in   co n g esti o n   co n tr o l,  s u c h   as  T C P   R en o .   C o n s id er in g   T p er io d   ( T D P )   to   b p er io d   b etw ee n   t w o   T lo s s   i n d icatio n s   a n d   ti m eo u lo s t   in d icat io n ,   t h is   ap p r o ac h   h as  b ee n   w id el y   u s ed .   B ased   o n   th i s   m ec h a n i s m   ap p r o ac h ,   th a v er ag d ata  tr an s f er r ed   is   ca lcu lat ed   b ased   o n   p r o b ab ilit y   o f   p ac k et  er r o r   o r   p ac k et  er r o r   r ate,   d ef in ed   b y :       ̅     [   ]     [   ]          [   ]                 ( 9 )       [   ]   is   t h av er a g n u m b er   o f   p ac k ets  s en i n   T p er io d   u p   to   an d   i n clu d i n g   t h f ir s t   p ac k et  t h at  is   lo s t.     [   ]   is   th a v er ag s ize  o f   t h T C co n g esti o n   w i n d o w   in   p ac k ets.  Den o te      is   th p r o b ab ilit y   t h at   lo s s   i n d icatio n   en d i n g   T DP  is   T O,   an d     [   ]   is   th a v er a g n u m b er   o f   p ac k ets   s e n d u r in g   t h ti m e - o u t   s eq u en ce .   B y   co n s id er i n g   lo s s   in d icatio n s   ar T D   an d   T O,   l et         d en o tes  th n u m b er   o f   p ac k ets  s e n in   T p er io d   u p   t o   an d   in clu d in g   t h f ir s p ac k et  th at  i s   lo s t.  I f   th p r o b ab ilit y   th a             is   th s a m to   th e   p r o b a b ilit y   th a t e x ac tl y           p ac k ets ar ac k n o w led g ed   b ef o r lo s s   o cc u r s ,   w ca n   ca lc u late    [   ]   as :       [   ]     (       )                                          ( 1 0 )     an d   th av er a g e   s ize  o f   T C P   c o n g es tio n   w i n d o w   e x p r ess ed   b y :       [   ]                     (       )          (           )                 ( 1 1 )     Fu r t h er ,   m in i m u m   p r o b ab ilit y   t h at  a   lo s s   i n d icatio n   e n d i n g   T DP   is   T w it h   a v er ag e   n u m b er   o f   p ac k et s   s en t d u r i n g   T s eq u en ce   is :        [   ]             (           )   (       )                 ( 1 2 )     w h er th n u m b er   o f   p ac k ets  ac k n o w led g ed   is     ,   an d         is   th cu r r en co n g esti o n   w in d o w   s i ze   in   p ac k ets.      is   th p r o b a b ilit y   o f   p ac k et  er r o r .   W ith   E q u atio n s   ( 1 0 ) - ( 1 2 ) ,   w ca n   f in d   t h n u m b er   o f   p a ck ets  s en b ased   o n   co n g es tio n   co n tr o m ec h a n i s m   in   E q u atio n   ( 9 ) ,   s o   w ca n   r ew r ite  E q u at io n   ( 8 )   as :                 (   [   ]     [   ]          [   ] )         [   ]     [   ]          [   ]           (                         )                 ( 1 3 )     I f         is   t h p r o b ab ilit y   o f   p ac k et   er r o r   o n   co n n ec tio n     ,   th en   t h p r o b a b ilit y   o f   s u cc es s   tr an s m itti n g   d ata  o n   co n n ec tio n       is   (         ) .   T h to tal   p r o b ab ilit y   o f   s u cc e s s   in   s e n d in g   t h d ata  f o r   a   p ath   d eliv er y   th a co n s is t s   o f   N   lin k s   co n n ec tio n   ca n   b w r itte n   as  f o llo w s :             (         )                           ( 1 4 )     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                       I SS N :   2 0 8 8 - 8708   I n t J   E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.  8 ,   No .   4 A u g u s t 2 0 1 8   :   2 2 0 7     2 2 1 9   2212   T o   an al y ze   t h co r r elatio n   b etw ee n   t h q u alit y   o f   t h c h an n el  SNR   w i th   t h t h r o u g h p u p er f o r m an ce ,   w u s e   th p r o b ab ilit y   o f   er r o r   as B it  E r r o r   R ate  ( B E R )   f u n ctio n   [ 1 9 ] ,   w h ic h   i s   g i v e n   b y :             (       )   ,                 ( 1 5 )     w h er     is   t h b it e r r o r   r ate  an d       is   th n u m b er   o f   b its .   W ca n   ca lcu late  B E R   b ased   o n   SN R   an d   m o d u lat io n   tech n iq u e.   T h p r o b a b ilit y   o f   b it  er r o r   o f ten   r ef er r ed   to   as  B E R   is   b etter   p er f o r m an ce   m ea s u r to   ev al u ate  m o d u latio n   s ch e m e.   I n   t h is   s t u d y ,   B in ar y   P h a s Sh if Ke y i n g   ( B P SK)   m o d u latio n   is   u s ed .   W ith   th i s   ap p r o ac h   w ca n   f i n d   t h n u m b er   o f   p ac k ets  s en t   b ased   o n   p r o b ab ilit y   o f   er r o r   w i th   co n g e s ti o n   co n tr o a n d   th e   p r o b a b ilit y   o f   er r o r   in   p ath   co n n ec t io n   as r o u ti n g   p r o to co l d ec is io n s .     Nex t,  to   f i n d   th co r r elatio n s   b et w ee n   t h r o u g h p u p er f o r m a n ce   w it h   r o u t in g   a n d   co n g esti o n   co n tr o l   th at  i n f lu e n ce   b y   t h f ad in g   ch an n el,   w ca lc u lated   t h p r o b ab ilit y   o f   er r o r   b ased   o n   SNR   i n   R icia n   a n d   R a y le ig h   f ad in g   c h an n el.   I n   R icia n   f ad i n g   ch a n n el,   w u s ed   th p r o b ab ilit y   o f   er r o r   as  B E R   f u n ctio n   i n   [ 2 0 ] ,   [ 2 1 ]   an d   is   g iv e n   as :       ̅                  (       )       *               +                 ( 1 6 )     w it h       (       )   is   th Ma r cu m     f u n ctio n   d ef in ed   as :         (       )       (                 ) (     )               (    )                       (       )     (       )                                     ( 1 7 )     an d             (                 )     (    )                 ( 1 8 )     w h er e         *     *               (       ) +   (       ) +             *     *               (       ) +   (       ) +                   ( 1 9 )     T h p ar am eter       is   th e   R ic ian   f ac to r   as  d escr ib ed   i n   E q u a tio n   ( 3 ) ,       (   )   is   th e   m o d i f ied   B ess e l   f u n c tio n   o f   ze r o   o r d er   an d   SNR   is   r ep r esen ted   in                   W h er e,             is   th r atio   o f   b it  en er g y   to   n o is p o w er   d e n s it y .   B ased   o n   E q u atio n s   ( 1 5 )   an d   ( 1 6 ) ,   w ca n   ca lcu late  t h av e r ag p r o b a b ilit y   o f   er r o r   in   R ician   ch a n n e l   f ad in g   w it h   B P SK  m o d u lat io n   as:                        (         (       )       *               +   )             ( 2 0 )     T o   ev alu ate  m o d u latio n   s c h e m e,   u s u al l y   th e   p r o b ab ilit y   o f   b it  er r o r   r ef er r ed   as  B E R   [ 2 2 ] .   I n   R a y le ig h   f ad in g   c h an n el,   t h e   av er ag p r o b ab ilit y   o f   er r o r   [ 1 7 ] ,   [ 2 0 ]   ca n   b ca lcu lated   b y   th f o llo w i n g   in te g r al .       ̅               (   )         (   )                          ( 2 1 )     w h er           (   )   i s   th p r o b ab ilit y   o f   e r r o r   in   ad d itiv w h ite  Gau s s i an   n o is ( A W GN)   at  s p ec i f ic        (   )   an d           (   )   is   t h p r o b ab ilit y   d en s it y   f u n ctio n   o f        (   )   d u to   t h f ad in g   ch an n el.   Fo r   co h er en t   d etec tio n   o f   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J   E lec  &   C o m p   E n g     I SS N:  2 0 8 8 - 8708       Jo in t R o u tin g   a n d   C o n g esti o n   C o n tr o l in   Mu ltip a th   C h a n n el  b a s ed   o n   S ig n a l to   N o i s R a ti o   . ..   ( I s tikma l)   2213   B P SK,  w ca n   ca lc u late  B E R   o f   B P SK  m o d u la tio n   i n   AW GN  ch an n el  b y          (           )     (   ) w h er         is   th r atio   o f   b it  en er g y   to   n o is p o w er   d en s i t y .   I n   R a y lei g h   f ad in g   ch an n el s ,        (   )               w it h   th r an d o m   v ar iab le      is   th ch an n el  g ai n ,   an d         r ep r e s en t s   th in s ta n tan eo u s   p o w e r   o f   th f ad in g   ch an n el.   T h p r o b ab ilit y   d en s i t y   f u n ctio n           (   )   g i v en   b y   [ 1 7 ] ,   [ 2 2 ]   is   w r itte n   as :           (   )         ̅     (         ̅ )                   ( 2 2 )     w h er   ̅             [     ]   is   t h av er a g s i g n al - to - n o is r atio ,   an d   t h r an d o m   v ar iab le        r ep r esen ts   t h e   in s ta n ta n eo u s   p o w er   o f   t h f a d in g   c h a n n el.   No w ,   w ca n   r e w r ite  E q u atio n   ( 2 1 )   o r   R a y l eig h   f ad i n g   ch a n n e l   by :         ̅                      (   )       ̅             ̅                        ( 2 3 )     B y   i n te g r atin g             (   )   an d       (   )   in   E q u atio n   ( 2 3 )   an d   w i th   m at h e m a ti ca ap p r o ac h ,   w ca n   f i n d   th av er a g p r o b ab ilit y   o f   er r o r   in   R ay leig h   f ad in g   w it h   B P SK m o d u lat io n   as :       ̅                        *       ̅         ̅     +               ( 2 4 )     Th en ,   w it h   E q u atio n   ( 1 5 )   an d   E q u atio n   ( 2 4 ) ,   w e   ca n   r ew r ite   th e   p ac k et  er r o r   r ate  b ase  o n   th e   av er ag p r o b ab ilit y   o f   er r o r   in   R a y lei g h   f ad i n g   a n d   SN R ,   d ef i n ed   b y :                            (         *       ̅         ̅     + )               ( 2 5 )     P r o b ab ilit y   o f   p a c k et  er r o r   w il d ec r ea s w it h   i n cr ea s ed   av er ag SN R   a n d   s m aller   n u m b er   o f   b its   a s   s h o w n   in   Fi g u r 3 .   No w ,   w ith   E q u atio n s   ( 2 0 )   an d   ( 2 5 ) ,   w ca n   r ec alcu late  E q u at io n   ( 1 3 )   to   f in d   th r o u g h p u t   p er f o r m a n ce   w i th   r o u ti n g   a n d   co n g est io n   co n tr o m ec h an i s m   b ased   o n   S N R   w i th   cr o s s   la y er   s c h e m i n   R icia n   an d   R a y lei g h   f ad i n g   ch an n el s .   Fig u r 4   s h o w s   h i g h er   a v er ag t h r o u g h p u o f   th n et w o r k   w it h   in cr ea s i n g   av er a g SN R   i n   t h n e t w o r k   co n n ec tio n .   Fro m   Fi g u r 3   an d   F ig u r 4 ,   we  o b s er v th at   it  i s   i m p o r tan to   u s ed   p h y s ical   la y er   i n   ter m   o f   S NR   as   ch a n n el  co n d itio n   i n   r o u ti n g   p r o to co an d   co n g es tio n   co n tr o l a lg o r ith m   to   f ac c h an n el  f ad i n g   en v ir o n m en t.              Fig u r 3 .   P r o b ab ilit y   o f   p ac k et   er r o r   w it h   av er a g SNR   i n   R ic ian   a n d   R a y leig h   f ad in g   c h an n el s       Fig u r 4 .   Av er ag t h r o u g h p u t w it h   a v er ag SN R   i n   R icia n   an d   R a y lei g h   f ad i n g   c h an n el s       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                       I SS N :   2 0 8 8 - 8708   I n t J   E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.  8 ,   No .   4 A u g u s t 2 0 1 8   :   2 2 0 7     2 2 1 9   2214   B ased   o n   t h is   an a l y t ical  m o d el,   w p r o p o s ed   j o in r o u tin g   a n d   co n g est io n   co n tr o i n   T C P   b ased   o n   SNR   w it h   cr o s s   la y er   s c h e m e,   n a m el y   R o u tin g - T C P - SN R   ( R T C P - SNR ) .   Fig u r 5   s h o w s   t h cr o s s   l a y er   f r a m e w o r k   o f   o u r   p r o p o s ed   m et h o d .   I n   th is   s ch e m m o d el,   r o u tin g   p r o to co w il s ele ct  th p at h   b ased   o n     SNR   th r es h o ld   (       )   to   g et  h i g h er   av er a g d ata  tr a n s f er   w it h   co n g e s tio n   co n tr o i n   T C P   m ec h an i s m   a n d   to   av o id   lo w   c h an n el  q u alit y   co n n ec t io n ,   as  d escr ib ed   in   E q u atio n   ( 1 3 ) .   I n   o u r   p r o p o s ed   m et h o d ,   th SN R   th r es h o ld   as th r o u ti n g   m etr ic   is   ca lcu lated   b y :                                     (        (         )                           )             ( 2 6 )     w h er           is   SNR   i n   th p ath       at  lin k   n u m b er       an d         is   th n u m b er   o f   lin k s   o r   h o p s   in   p ath     .   Ma x i m u m   SNR   o r   h ig h est  SN R   co n n ec tio n   in   p ath       at  lin k   n u m b er       is   d ef in ed   as       (         )   Den o te             (         )   (                       )   as  r ed u ctio n   f ac to r   o f   SNR   th r es h o ld   (       ) ,   h as  th m a x i m u m   v al u e       ̅   .   Fo r   ex a m p le,   if   t h ca lc u lati o n   o f       ex ce ed in g   t h                         th en   t h e   r ed u ctio n   f ac to r   is   s et  to       ̅   T h p ath       ca n   b s elec ted   as  th p a th   to   d eliv er   th d ata  (           )   w h en   t h p ath   h a s   h i g h est  SN R   th r esh o ld        (       )   an d   all  th co n n ec tio n   i n   t h p ath   h as c o m p lied   w ith   t h S NR   th r e s h o ld ,   w h ic h   i s :                 ,      (       )                                   ( 2 7 )     w it h   t h is   m et h o d ,   r o u tin g   p r o to co in   R T C P - SNR   ca n   s e lect  th p ath   as  t h r o u te  w i th   h ig h est  ch a n n el  q u a lit y   an d   av o id   t h co n n ec tio n   w it h   lo w   S NR   c h a n n e q u ali t y .   W h ile  i n   R T C P - R A ,   alt h o u g h   t h al g o r ith m   ca n   s elec p at h   w i th   g o o d   ch a n n el   q u alit y ,   b u w i th o u S NR   th r e s h o ld   i n   s elec ti n g   l in k   a s   t h e   p ath ,   o n e   o r   m o r e   lin k s   ca n   h av v er y   lo w   c h an n el  q u ali t y .   W ith   t h is   i s s u es,  R T C P - R A   m a y   f ac p ath   b r ea k ,   an d   th i s   f r eq u en tl y   o cc u r s   i n   m u ltip at h   f ad in g   e n v ir o n m en t.  T h is   s it u atio n   w ill  lead   to   n et w o r k   p er f o r m a n ce   d ec r ea s in   R T C P - R A .           Fig u r 5 .   P r o p o s ed   cr o s s - la y er   f r a m e w o r k       T h is s u es  i n   p r ev io u s   m e th o d   in   R T C P - R A   m o d el  ar p r esen t   w h e n   t h r o u te  h as  a   p r o b le m   w it h   in v a lid   r o u te,   b u f f er   o v er f lo w ,   o r   r elay   co n d itio n ,   t h i s   m et h o d   f in d   t h alter n ati v r o u te  o r   r ela y   to   g ai n   h ig h er   p er f o r m a n ce   w it h o u co n g e s ti o n   co n tr o ad j u s t m e n i n   T C P .   A l th o u g h   i s ee m s   li k m o r s i m p li f ied   C L S   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J   E lec  &   C o m p   E n g     I SS N:  2 0 8 8 - 8708       Jo in t R o u tin g   a n d   C o n g esti o n   C o n tr o l in   Mu ltip a th   C h a n n el  b a s ed   o n   S ig n a l to   N o i s R a ti o   . ..   ( I s tikma l)   2215   m ec h a n i s m ,   it  d o es  n o w o r k   as  ex p ec ted   in   m u l tip ath   e n v i r o n m e n s u ch   a s   R icia n   an d   R a y le ig h .   I n   R ician   an d   R a y leig h   m u ltip ath   c h a n n el,   p ac k et  lo s s   an d   r o u te  ch an g m a y   o cc u r   in   h i g h   r ate   an d   lead   to   lo s s   in d icatio n   in   co n g esti o n   co n tr o l.  B esid p ac k et  lo s s   o r   T as  co n g esti o n   i n d icatio n ,   th e   r o u te  ch a n g m a y   ca u s T Os  th at  al s o   in d icate   n et w o r k   co n g e s tio n . W h en   t h m et h o d   o n l y   co n s id er s   alter n a tiv r o u te,   t h is   ca n   co s m o r ti m i n   r e - r o u te  m e ch an i s m   a n d   ca u s e   T O.   T h m aj o r ity   o f   t h n et w o r k   p er f o r m an ce   d e g r ad atio n   d u to   T th an   T [ 1 8 ] ,   an d   co n g esti o n   co n tr o in   T C h as  m is in ter p r etatio n   ab o u n et w o r k   co n d itio n .   I n   s u c h   s it u atio n ,   p ac k et  lo s s   m o s tl y   i n d icted   as  n e t w o r k   co n g es tio n   i n d icatio n ,   m ea n w h ile  i n   R ician   a n d   R a y le ig h   p ac k et  lo s s   o cc u r s   d u to   h i g h   b it  er r o r   r ate.   T h is   m is p er ce p tio n   m ak e s   co n g es tio n   co n tr o w h ich   r ed u ce s   th co n g esti o n   w i n d o w   to   o n an d   d o u b les  th ti m o u p er io d   as  th r esu lt  n et w o r k   p er f o r m a n ce   d eg r ad atio n .   Fo r   th at  r ea s o n ,   w p r o p o s ed   co n g esti o n   co n tr o m o d el  t h at  ad j u s co n g esti o n   w i n d o w   b ased   o n   SNR .   I f   t h ch a n n el  co n d itio n   is   d eter io r atin g   a n d   lo s s   in d icatio n   o cc u r s ,   t h en   t h cu r r en co n g esti o n   w i n d o w   s ize  (     )   in   T C P c an   b ad j u s ted   b ased   o n   SNR .     T h m in i m u m         in   T DP   is   3   [ 1 8 ] .   W h en   th i s   s i tu atio n   h ap p en ,   w as s u m th s i g n al   v ar y   r ap id ly   th at  ca u s ch a n n el  q u alit y   f lu ctu atio n   o n   f o r w ar d   an d   b ac k w ar d   d ata  tr an s m is s io n   m ec h an is m .   T h is   s e v er e   f ad in g   a n d   m u ltip ath   ca n   ca u s SNR   d eg r ad atio n ,   a n d   i n cr ea s B E R   t h at  ca u s p ac k et   o r   AC lo s s   a n d   n o t   b y   n et w o r k   co n g es tio n .   B ased   o n   t h is   ap p r o ac h ,   w d e f i n   [   ]   as    t h a v er ag n u m b er   o f   p ac k ets   s e n i n   a   T p er io d   an d   th a v er ag n u m b er   o f   p ac k e ts   s en t   d u r in g   T s eq u en ce   b ased   o n   m i n i m u m   p r o b ab ilit y   o f   a   lo s s   in d icatio n   th a t e n d s   T DP   is   T O,   g iv en   b y :       [   ]     {               (       )       (       )               (       )                         ( 2 8 )     B y   t h is   p r o p o s ed   m et h o d ,   th co n g esti o n   w in d o w   ca n   b e   r ed u ce d   w h e n   th SN R   co n n ec tio n   h as   ch an n el  q u ali t y   d eg r ad atio n ,   a n d   in cr ea s t h av er ag co n g e s tio n   w i n d o w   w h e n     th p r o b ab ilit y   p ac k et  er r o r   g et  s m aller   b y   k ee p in g   u p   th cu r r en co n g est io n   w i n d o w   i n   E q u atio n   ( 2 8 ) .   T C P   ca n   g et  h i g h er     [   ] esp ec iall y   i n   th m in i m u m   p r o b ab ili ty   lo s s   in d icatio n   en d s   T D P   is   T an d   p r e v en t h co n g esti o n   w i n d o w   i s   r ed u ce d   to   o n a n d   p er io d   o f   ti m o u g et   d o u b led   b y   th e   co n g esti o n   co n tr o m ec h an is m .   T h e   cu r r en co n g es tio n   w i n d o w   ca n   b ad j u s ted   ac co r d in g   t o   ch an n el  co n d itio n ,   SN R ,   r ep r esen ted   as  th e   p r o b a b ilit y   o f   er r o r   (   )   as  d escr ib ed   in   E q u at io n s   ( 2 0 ) ( 25 ) ,   an d   ( 2 8 ) .   W ith   th is   j o in t   r o u ti n g   a n d   co n g esti o n   co n tr o m ec h a n i s m   w i th   C L S b ased   o n   SNR ,   w ca n   i m p r o v n et w o r k   p er f o r m a n ce .       5.   RE SU L T S AN AN AL Y SI   W ev alu ated   co n v e n tio n al  r o u ti n g   a n d   T C P   p er f o r m a n ce   with   co n g es tio n   co n tr o b ased   o n   T an d   T m o d el,   w h ic h   is   r o u ti n g - T C P ,   an d   co m p ar w it h   o u r   p r o p o s ed   m eth o d ,   r o u ti n g - T C P - S NR   ( R T C P - S NR ) ,   th at  u s ed   cr o s s   la y er   s c h e m f o r   j o in r o u tin g   an d   co n g e s ti o n   co n tr o b ased   o n   SN R .   W also   co m p ar th e   r esu lt  w i th   t h n et w o r k   p er f o r m an ce   th eo r y   a s   d escr ib ed   in   Sectio n   4 .   Fo r   s i m u lat io n ,   w e   u s ed   Ma tlab   w it h   n et w o r k   m o d el  as  f o llo w s .   A ll  n o d es  (   )   in   th n et w o r k   ar u n if o r m l y   d is tr ib u ted   o v er   an   ar ea   o f   s id   len g th   2     an d   h as e q u al  tr a n s m i s s io n   r a n g e,       .   W s et          0 m   an d             m .     T h n o d d en s it y   is           (     )   p er       ,   an d   th a v er ag n u m b er   o f   n ei g h b o r s   is                    W ev al u ated   t h t h r o u g h p u p er f o r m a n ce   w it h   v ar io u s   n u m b er s   o f   n o d an d   v elo cit y   o f   th e   n o d e.   Ma x i m u m   n o d s p ee d s   w er 2 m / s ,   4 m /s ,   6 m / s ,   8 m /s   a n d   1 0 m /s   a n d   n u m b er s   o f   n o d es  w er 2 0 ,   2 5 ,   3 0 ,   3 5 ,   4 0 ,   4 5   an d   5 0 ,   r esp ec tiv ely .   T h en v ir o n m en u s ed   R icia n   w it h   co m p l etel y   r an d o m   ch a n n el  [ 2 1 ] ,           a n d   R a y lei g h   f ad in g   p r o p ag atio n   m o d el.   W u s ed   m o b ile - to - m o b ile  c h an n el   m o d el  a s   d escr ib ed   i n   [ 2 3 ] - [ 2 5 ] .   Do p p ler   f r eq u en c y   i s   a f f ec ted   b y   t h tr an s m itter   a n d   r ec eiv er   m o v e m e n ts ,   w h er i n   t h is   s i m u latio n   w u s ed                   GHz   an d                .   T h d ata  p ac k ets  w er 5 1 2   b y tes,  tr a n s m itted   at  r ate  o f   1 0   p ac k ets  p er   s ec o n d ,   an d   ch a n n el  b a n d w id th   2   Mb /s .     Fig u r 6   s h o w s   th e   av er a g th r o u g h p u p er f o r m a n ce   o f   c o n v e n tio n al   r o u ti n g - T C P ,   r o u tin g - T C P   th eo r y ,   R T C P - R A ,   an d   R T C P - SN R   w it h   i n cr ea s i n g   n u m b er   o f   n o d es  i n   R icia n   en v ir o n m e n t.  L ar g er   n et w o r k ,   w it h   i n cr ea s ed   n o d d en s i t y   will  d ec r ea s th t h r o u g h p u in   ea ch   n o d e.   Fro m   t h r esu l t,  th p r o p o s ed   m et h o d   R T C P - SNR   m a in ta in ed   h i g h er   av er a g t h r o u g h p u co m p ar ed   to   th co n v en tio n al   r o u ti n g - T C P   an d   R T C P - R A .   T h av er ag t h r o u g h p u R T C P - SNR   at  2 0   n o d es  d en s it y   h a s   ad v a n ta g es  ab o u 5 8 . 8 3   an d   2 4 . 1 4   h ig h er   co m p ar ed   to   co n v e n tio n al  r o u ti n g - T C P   an d   R T C P - R A ,   r esp ec ti v el y .   At  5 0   n o d es,  in   h ig h er   d en s it y   n et w o r k ,   R T C P - SN R   g ai n ed   i m p r o v e m e n t   ab o u 5 0   %   a n d   2 3   co m p ar ed   to   r o u ti n g - T C P   an d   R T C P - R A ,   r esp ec tiv el y .   T h av er a g t h r o u g h p u i n   R o u ti n g - T C P   th eo r y   h as  th e   s a m s e m b la n ce   w i t h   t h r o u t in g - T C P ,   th is   r es u lt c o m p lies   w it h   t h a n al y tical  m o d el  ap p r o ac h ,   as d escr ib ed   in   Se ctio n   4 .         Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                       I SS N :   2 0 8 8 - 8708   I n t J   E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.  8 ,   No .   4 A u g u s t 2 0 1 8   :   2 2 0 7     2 2 1 9   2216       Fig u r 6 .   Av er ag t h r o u g h p u t Ro u ti n g - T C P ,   R o u ti n g - T C P   th eo r y ,   R T C P - R A   a n d   R o u t in g - T C P - SNR   ( R T C P - SNR )   w it h   n u m b er s   o f   n o d es in   R ician               I n   R a y leig h   f ad i n g   en v ir o n m en t,  th n et w o r k   p er f o r m a n c g ettin g   w o r s r ath er   in   R i cian .   T h is   p er f o r m a n ce   d e g r ad atio n   o cc u r r ed   b ec au s i n   R a y lei g h ,   t h s ig n al  r ec ei v ed   b y   t h r ec ei v e r   w i ll  v ar y   r ap id l y   an d   s u p er p o s itio n   o f   t h o v e r all  a m o u n o f   t h r ef lecte d   s ig n al  to o k   p lace   d u to   m u l tip ath .   T h av er ag th r o u g h p u o f   th p r o p o s ed   m eth o d   R T C P - SNR   o u tp er f o r m ed   th co n v en tio n al  r o u ti n g - T C P   an d   R T C P - R as  s h o w n   i n   Fi g u r 7 .   Fo r   e x a m p le,   in   s m aller   n et w o r k s   w it h   n u m b er   o f   n o d es  2 0 ,   R T C P - SNR   ca n   g ai n   ad v an ta g es  ab o u 7 2 h i g h er   th an   R T C P - R an d   h ad   al m o s t w ice  s i g n i f ica n i m p r o v e m en co m p ar to   t h e   co n v e n tio n al   r o u ti n g - T C P .   I n   lar g er   n et w o r k ,   w i th   5 0   n o d es,  th e   i m p r o v e m e n w a s   ab o u 6 9 b etter   t h a n   R T C P - R A .   I n   R a y lei g h   en v ir o n m e n t,  w h er b it  er r o r   r ate  a n d   th p r o b ab ilit y   o f   m is p er ce p tio n   lo s s   i n d icatio n   ar h ig h ,   t h p r o p o s ed   m et h o d   ca n   d ea w i th   t h s it u atio n   m o r ef f ec ti v el y   th a n   R T C P - R A .   T h a v er ag e   th r o u g h p u R o u tin g - T C P   th eo r y   i n   R a y lei g h   h ad   th s a m s e m b la n ce   w ith   t h r o u ti n g - T C P   th at  co m p lies   w it h   th e   an al y tica m o d el   ap p r o ac h .     I n   n et w o r k s   w it h   h i g h er   d e n s it y   o f   n o d es  w i ll  i n cr ea s th e   av er a g e   n u m b er   o f   n ei g h b o r s .   T h is   s itu atio n   p r o d u ce d   p ath   w it h   h ig h er   n u m b er   o f   li n k   co n n ec tio n   a n d   lo w er   p r o b a b ilit y   o f   s u cc es s   i n   s e n d in g   th e   d ata  as   m en t io n   i E q u atio n   ( 1 4 ) .   An   i n cr ea s i n g   n u m b er   o f   lin k   co n n ec tio n   i n d u ce d   h ig h er   p ath   b r ea k   p r o b ab ilit y .   R T C P - SNR   m ai n tai n s   li n k   in   p at h   w it h   b etter   SNR   co n n ec tio n   th a n   R T C P - R A   an d   ac h iv h ig h er   th r o u g h p u t.           Fig u r 7 .   Av er ag t h r o u g h p u t Ro u ti n g - T C P ,   R o u ti n g - T C P   th eo r y ,   R T C P - R A   a n d   R o u t in g - T C P - SNR   ( R T C P - SNR )   w it h   in cr ea s es  n u m b er   o f   n o d es in   R a y lei g h   f a d in g       R T C P - SNR   ca n   g a in   h i g h er   p er f o r m a n ce   w it h   b etter   SN R   co n n ec tio n   in   t h r o u ti n g   an d   m in i m ize   f alse  co n g es tio n   co n tr o w h e n   lo s s   in d icatio n   o cc u r .   W an al y ze   t h at  b etter   SNR   co n n ec tio n   ca n   g ai n   ad v an ta g es  i n   m i n i m izi n g   th av er ag p r o b ab ili ty   o f   er r o r ,   as  m e n tio n ed   in   E q u at io n s   ( 2 0 )   an d   ( 2 5 ) .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.