A cooperative MAC protocol to improve the performance of in-home broadband PLC systems

In this work, we discuss the use of cooperative medium access control (CMAC) protocols to reduce packet loss rate and to improve goodput of in-home broadband power line communication (PLC) systems. To support this discussion, we, for the first time, present a statistical packet error rate (PER) analysis of measured in-home PLC channels by adopting a single relay model. Additionally, we outline a simple CMAC protocol that is capable of exploiting the diversity offered by in-home electric power grids. Using this protocol, we aim to show the impact of bandwidth variation, PER variation and of relative relay location on system performance. Thus, we show that packet loss rate and goodput improve when frequency bandwidth increases. Also, results show that cooperation at the link layer does not offer advantages if the PER values of direct and relayed links are very high or very low. Furthermore, we note that the improvements depend on the location of the node relay in relation to the nodes source and the destination (i.e., network improves if the relay is located near the source or in the midway between the source and the destination). Finally, a comparison between orthogonal frequency division multiple access - time division multiple access (OFDMA-TDMA) and time division multiple access - orthogonal frequency division multiplexing (TDMA-OFDM) schemes show that the simple CMAC protocol is more effective when it is used together with the former scheme than the latter.Nesse trabalho, discutimos o uso de protocolos de cooperação na subcamada de controle de acesso ao meio (CMAC) para reduzir a taxa de perda de pacote e aumentar o goodput em um sistema de comunicação banda larga via rede elétrica (PLC) de ambientes residenciais. Para apoiar essa discussão, nós, pela primeira vez, apresentamos uma análise estatística da taxa de erro de pacote (PER) de canais PLC residenciais a partir de dados medidos em um modelo com um único relay. Adicionalmente, nós esboçamos um simples protocolo CMAC capaz de explorar a diversidade oferecida por uma rede elétrica doméstica. Usando esse protocolo, nosso objetivo é mostrar o impacto da variação da largura de banda, da variação da PER e da posição relativa do relay no desempenho do sistema. Sendo assim, nós mostramos que a taxa de perda de pacote e o goodput melhoram quando a largura de banda de frequência aumenta. Além disso, resultados mostram que a cooperação na camada de enlace não oferece vantagens caso os valores de PER do enlace direto e do enlace intermediado pelo relay sejam muito altos ou muito baixos. Nós também notamos que as melhorias estudadas dependem da posição do nó relay em relação ao nó fonte e ao nó destino (i.e., notamos melhoras na rede nos casos em que o relay estava situado próximo à fonte e no meio do caminho entre a fonte e o destino). Finalmente, uma comparação entre os esquemas de acesso múltiplo por divisão de frequências ortogonais - acesso múltiplo por divisão de tempo (OFDMA-TDMA) e acesso múltiplo por divisão de tempo - multiplexação por divisão ortogonal de frequência (TDMA-OFDM) mostra que o simples protocolo CMAC é mais eficaz quando usado juntamente com o primeiro esquema do que com o último. Em suma, a nossa contribuição é dividida em duas etapas: primeiramente, desenvolvemos um simples protocolo MAC de cooperação que traz melhorias de desempenho na rede quando comparado com um sistema sem a cooperação; em segundo lugar, nós realizamos uma análise sistemática de diferentes cenários, mostrando os benefícios e limitações da cooperação na camada de enlace de redes PLC.CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superio