한국통신학회논문지 (The Journal of Korean Institute of Communications and Information Sciences)

한국통신학회 (The Korean Institute of Commucations and Information Sciences)
권호 표지

생존성 향상을 위해 신뢰성 및 저피탐을 보장하는 멀티캐스팅 MAC 프로토콜 기법

Reliable Multicast MAC Protocol with Low Probability of Detection for Survivability in Tactical Ad-hoc Networks

  • 김정훈 (아주대학교 일반대학원 NCW공학) ;
  • 정준우 (아주대학교 정보통신전문대학원 정보통신공학) ;
  • 김중빈 (아주대학교 일반대학원 NCW공학) ;
  • 임재성 (아주대학교 정보통신전문대학원 정보통신공학)
  • 투고 : 2010.07.30
  • 심사 : 2010.10.21
  • 발행 : 2010.11.30
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초록

본 논문에서는 IEEE 802.11 기반의 군 전술 네트워크에서 신뢰성을 보장하면서 망 생존성 향상을 위해 저피탐 성능을 향상시킬 수 있는 멀티캐스팅 MAC 프로토콜을 제안한다. RTS-CTS 기법을 사용하는 IEEE 802.11 기반의 멀티캐스팅 MAC에서는 신뢰성을 보장하기 위해 송신측이 보낸 RTS와 DATA의 수신 확인을 위한 모든든 수신단말의 CTS와 ACK가 보내져야 한다. 제안하는 프로토콜에서는 연속적인 CTS와 ACK 대신 MC-DS/CDMA 기술을 이용하여 병렬적인 CTS와 ACK를 전송함으로써 전송 오버헤드를 낮출 수 있다. 또한 이 기법을 적이 아군의 신호를 탐지하려고 시도하는 전술환경에 적용시 코드를 통해 전송 파워를 제어함으로써 확산 이득을 통해 송신 단말은 다수의 수신 단말로부터 전송된 신호를 받을 수 있지만, 적 검파기에는 탐지 확률이 낮아짐으로 인해 저피탐 성능 역시 얻을 수 있는 장점이 있다. 제안하는 기법은 IEEE 802.11a 기반 시뮬레이션을 통해 기존에 연속적으로 CTS와 ACK를 전송하는 신뢰성 있는 멀티캐스팅 MAC 프로토콜보다 시스템 처리량, 메시지 전송 지연시간 저피탐 성능에서 신뢰성을 유지하면서 효율성과 생존성을 동시에 높일 수 있음을 보여준다.

In this paper, we propose a new reliable multicast MAC protocol over the IEEE 802.11-based tactical ad hoc networks. The major contribution compared to the previous reliable multicast schemes using consecutive CTSs/ACKs is that the proposed scheme can send multiple CTS/ACK messages concurrently assisted by MC-DS/CDMA mechanisms. When multiple receivers receive the RTS/DATA message from a sender, they respond with the CTS/ACK message spread with pre-assigned code in the same time interval. The proposed scheme can reduce the overhead of multiple CTSs/ACKs. It is also possible to alleviate the received signal strength at the enemy detector and thus it improves low probability of detection performance. Through simulations and analysis, the proposed scheme outperforms that of the multiple CTSs/ACks in terms of the throughput, transmission delay and low probability of detection.

키워드

참고문헌

  1. 한국국방연구원, "국내외 Network Centric Warfare 추진 전략", 국방 정보보호컨퍼런스, 2006.
  2. 박형원, 노홍준, 임재성, "한국형 합동전술데이터 링크 구축을 위한 Link-16 PHY/MAC 기술 분석", 한국통신학회지, Vol.26, No.3, pp.60-68, Feb., 2009.
  3. I. Chlamtac, M. Conti, and J. Liu, "Mobile ad hoc networking:imperatives and challenges," Ad Hoc Networks J., Vol.1, No.1, Jan.-Mar., 2003.
  4. M.C.C. De, H. Gossain and D.P. Agrawal, "Multicast over wireless mobile ad-hoc networks: present and future directions," IEEE Network (2003).
  5. K. Obraczka, "Multicast transport protocols: A survey and taxonomy," IEEE Commun. Mag., Vol.36, No.1, pp.94-102, Jan., 1998. https://doi.org/10.1109/35.649333
  6. A. El-Sayed, V. Roca, and L. Mathy, "A survey of proposals for an alternative group communication service," IEEE Netw., Vol.17, No.1, pp.46-51, Jan./Feb., 2003. https://doi.org/10.1109/MNET.2003.1174177
  7. M. T. Sum, L. Huang, A. Arora, and T. H. Lai, "Reliable MAC layer multicast in IEEE 802.11 wireless networks," Wireless Commun. Mob. Comput., Vol.3, No.4, pp.439-453, Jun., 2003. https://doi.org/10.1002/wcm.129
  8. Ki-Ho Lee and Dong-Ho Cho. "A Multiple access collision avoidance protocol for multicast service in mobile ad hoc networks." Vehicular Technology Conference, 2003. VTC 2003-Spring., The 57th.
  9. J. Kuri and S. K. Kasera, "Reliable multicast in multi-access wireless LANs," Wireless Netw., Vol.7, No.4, pp.359-369, Jul., 2001. https://doi.org/10.1023/A:1016631911947
  10. B. Kim, S. W. Kim, and R. L. Ekl, "OFDMAbased reliable multicasting MAC protocol for WLANs," IEEE Transactions on Vehicular Technology, Vol.57, No.5, pp.3136-3145, September, 2008. https://doi.org/10.1109/TVT.2008.917226
  11. A. B. Glenn, "Low Probability of Intercept", IEEE Communications Magazine, Vol.21, pp.26-33, 1983.
  12. L. L. Gutman and G. E. Prescott, "System quality factors for LPI communications", IEEE AES Magazine, Vol.4, pp.25-28, Dec., 1989.
  13. G. M. Dillard and R. A. Dillard, "A metric for defining low probability of detection based on gain differences", IEEE Thirty-Fifth Asilomar Conference on Signals, Systems and Computers, Vol.2, pp.1098-1102, Nov., 2001.
  14. G. D. Weeks, J. K. Townsend, and J. A. Freebersyser, "A method and metric for quantitative defining low probability of detection", IEEE Military Communications Conference, Vol.3, pp.821-826, 1998.
  15. R. F. Mills and G. E. Prescott, "Waveform design and analysis of frequency hopping LPI networks", IEEE Trans. AES, Vol.36, pp.848-858, July, 2000.
  16. R. F. Mills and G. E. Prescott, "Detectability models for multiple access low probability of intercept networks", IEEE Trans. AES, Vol.36, No.3, July, 2000.
  17. CH Liao, MK Tsay, ZS Lee "Secure communications system through concurrent AJ and LPD evaluation", Wireless Pers Commun, Vol.49, No.1, April, 2009.
  18. S. Kondo and L. B. Milstein, "Performance of multicarrier DS CDMA," IEEE Commun., Vol.44, No.2, pp.238-246, Feb., 1996. https://doi.org/10.1109/26.486616
  19. S. Hara and R. Prasad, "Overview of multicarrier CDMA", IEEE Commun. Mag., Vol.35, No.12, pp.126-133, 1997. https://doi.org/10.1109/35.642841
  20. G. Bianchi, "performance analysis of the IEEE 802.11 distributed coordination function," IEEE J. Select. Areas Commun., Vol.18, pp.535-547, Mar., 2000. https://doi.org/10.1109/49.840210
  21. P. Chatzimisios, A.C. Boucouvalas, and V. Vitsas, "IEEE 802.11 packet delay - a finite retry limit analysis," Proc. IEEE Globecom, San Francisco, USA, Dec., 2003.
  22. Wireless LAN medium access control (MAC) and physical layer (PHY) specifications: higherspeed physical layer in the 5 GHz band, IEEE Std. 802.11a-1999.