본 논문에서는 수중 전파 지연을 고려한 매체 접근 제어 프로토콜을 제안하고 제안하는 프로토콜의 성능을 평가한다. 제안하는 수중 전파 지연을 고려한 매체 접근 제어 프로토콜은 한 슬롯 시간 내에 여러 개의 RTS(Request-To-Send) 프레임들이 싱크 노드에 수신되는 경우에 RTS 프레임들이 겹치지 않게 수신되면 이들을 복원할 수 있다. 본 논문에서는 제안하는 수중 전파 지연을 고려한 매체 접근 제어 프로토콜의 성능 평가를 다양한 환경에서 수행하고 기존의 매체 접근 제어 프로토콜과도 성능을 비교 분석한다.
VG-AnyLAN은 IEEE 802 위원회에서 제정한 100Mbps 근거리통신망 표준으로서 프레임 포맷은 기존 IEEE 802.3 이더넷의 형식을 그대로 유지한 반면에 매체접근제어 방식은 Demand Priority라 불리는 새로운 방식을 채택하였다. 이 방식에서 스테이션의 전송요청은 제어허브에 의하여 주기적으로 스캔되어 순서에 따라 전송된다. 이더넷의 매체접근제어방식인 CSMA/CD와 달리 이 방식은 네트워크 세그멘트 크기에 제한을 두지 않으며 패킷 지연시간에 최대 한계를 가진다. 본 논문에서 IEEE 802.12 VG-AnyLAN 매체접근제어 방식의 매체접근 지연시간과 채널 이용율(channel utilization)을 평가하였다. 각 스테이션에서 발생하는 트래픽의 우선순위가 모두 같으며, 패킷사이즈가 일정하다는 가정아래 시스템의 해석적 모델을 구축하고, 이를 이용하여 부하변동에 따른 시스템의 패킷 지연시간과 채널이용율의 순환 표현식을 얻었다. 또한 본 논문에서 얻은 결과를 뒷받침하기 위해 시스템 대한 시뮬레이션을 수행하여 주요 지표에 대하여 수치해석 결과와 비교 분석하였다.
매체공유기반 통신시스템은 매체접근제어 과정에서 단말기의 채널 점유 제약 조건에 따라 크게 완전매체공유 시스템과 불완전매체 공유 시스템으로 구분할 수 있다. 본 논문에서는 불완전매체공유 시스템의 채널활용효율을 향상시키기 위한 분산식 매체접근제어기법을 제안한다. 제안하는 매체접근제어기법은 IEEE 802.11 무선랜의 CSMA/CA 기법을 확장한 방법으로써 임의 지연 시간을(random backoff time) 채널에 대해 개별적, 집합적, 큐(queue)에 대해 개별적으로 적용함으로써 크게 3가지 형태로 제시되었다. 모의실험 결과 성능측면에서는 큐에 대해 개별적으로 임의 지연시간을 적용하였을 때 상대적으로 우월한 성능을 보였다. 또한 복잡도 측면에서는 채널에 대하여 집합적으로 임의 지연시간을 적용했을 때 상대적으로 낮은 복잡도를 보였다. 임의 지연시간을 분할된 채널에 대해 개별적으로 적용하는 방식은 성능과 연산복잡도의 trade-off관계에 있어서 앞서 제시된 방식들보다 우위에 있음을 보이고 있다.
응용분야를 계속 확장해가고 있는 무선 센서네트워크에서 매체접근제어 (MAC)에 관한 연구는 주로 에너지 효율을 높이는데 집중되어왔으며 전송지연(Latency)에 관한 연구는 상대적으로 적다. 그러나 센서 네트워크의 특성상 다중 홉(multi-hop) 전송이 빈번하게 일어나는 환경에서 종단 간 전송지연은 특히 시간 종속적인 응용분야에서는 중요한 성능상 제약이 될 수 있다. 본 논문에서는 분산적인 전송전력제어방식을 이용하여 다중 링크를 동시에 개설할 수 있도록 함으로써 센서네트워크의 전송 전력을 줄임과 동시에 네트워크의 공간 활용도를 향상시키고 전송지연시간을 개선 할 수 있는 매체접근제어(MAC) 방식을 제안하였다. 시뮬레이션을 통한 성능 검증 결과 제안하는 방식인 TPCS-MAC은 센서노드의 전력소모를 줄임과 동시에 특히 다중 홉(multi-hop) 센서네트워크에서 발생하는 종단 간 지연 (end-to-end latency) 문제를 개선하는 것으로 판명되었다.
무선 ATM의 MAC 프로토콜은 독립적으로 분산되어 있는 이동 단말기들을 대상으로 ATM이 추구하는 진정한 의미의 통계적 다중화 기능을 무선 매체를 통해 확장하는 역할을 한다. 이와 같은 매체 접근 제어 프로토콜을 통해서만 멀티미디어 서비스 특성에 따라 동적으로 변하는 대역 요구 사항과 지연 시간 및 셀 손실 등의 서비스 품질을 동시에 만족시킬 수 있으며, 이동 단말기들이 채널을 공평하면서도 효율적으로 사용할 수 있는 접속 환경을 제공할 수 있다. 따라서, 이와 관련한 유럽의 ACTS 프로젝트 및 제외국에서의 기술 개발 사례와 ATM Forum WATM-WG에서의 표준화 동향을 분석하여 향후 무선 ATM 구현에 필요한 요소 기술로서의 매체 접근 제어 방식의 설계 및 구현 방안에 대해서 고찰함으로써 향후 연구 방향을 제시하고자 한다.
에너지 하베스팅 센서네트워크에서는 노드의 전력상황을 고려하여 중계노드를 선택하는 매체접근제어 프로토콜이 요구된다. 기존의 EH-WSN (Energy harvesting wireless sensor network)의 연구들은 전력측면을 강조하다보니 센싱된 데이터의 긴급성과 같은 QoS (Quality of Service)를 크게 고려하지 못했다. 데이터의 긴급성에 따라 요구되는 전력 상황과 전송지연이 달라지도록 하여 데이터의 QoS에 맞는 매체접근이 이루어질 수 있도록 해야 한다. 중계노드의 경우 긴급하지 않은 상황에서 전력에 상관없이 모든 데이터를 중계하게 되면 막상 긴급 데이터가 발생할 경우 전력문제로 인해 지연이 크게 발생하는 상황이 생길 수 있다. 본 논문에서는 데이터의 긴급성에 따라 중계노드에 요구되는 전력상황을 다르게 설정함으로써 긴급데이터 발생 시에 발생할 수 있는 전력부족상황을 최소화하는 매체접근제어프로토콜을 설계하고 시뮬레이션을 통해 그 성능을 분석하였다. 성능분석결과 긴급데이터의 시간지연 및 신뢰성 성능이 향상됨을 확인할 수 있었다.
본 논문에서는 IEEE 802.11 기반의 네트워크에서 긴급 메시지 전송을 위한 효율적인 매체 접근 기법을 제안한다. 본 논문에서 제안한 기법의 주요한 특징은 다음과 같다. 첫째, 매체 접근에 있어서 높은 우선순위를 할당받기 위해 표준화 문서에서 정의한 것보다 짧은 기간의 프레임 간격을 갖는다. 둘째, 지수적으로 증가하는 백오프 윈도우가 아닌, 고정된 크기의 윈도우를 사용한다. 제안된 기법의 성능평가는 시뮬레이션을 통하여 이루어졌으며, 평가를 위한 비교대상은 표준화 문서에서 정의한 기법을 사용하는 노드이다. 성능평가 결과, 제안된 기법을 사용하는 노드는 경쟁에 참여하는 노드 수가 늘어남에 따라 기존의 기법을 사용하는 노드와 비교하여 보다 적은 매체 접근 지연시간을 갖는다. 또한 지연시간의 감소로 인하여 동일한 크기의 데이터를 전송하기 위한 시간이 줄어듦으로 처리량에서도 향상을 가져왔다.
본 논문에서는 실시간 유비쿼터스 센서 네트워크에 적합한 MAC(medium access control) 프로토콜을 제안한다. 기존의 DCF 프로토콜은 데이터 전송을 위한 슬롯(slot)을 선택할 때 패킷 충돌로 인한 재전송이 반복될 때 마다 크기가 변하는 경쟁 윈도우(contention window) 내에서 균등 확률 분포(uniform probability distribution)를 이용한 랜덤(random) 선택 기법을 사용하지만 제안한 프로토콜에서는 센서 데이터의 전송 지연을 최대한 감소시키기 위하여 경쟁 윈도우의 크기를 고정시키고, 전송 슬롯을 보다 효율적으로 선택하도록 비 균등(non-uniform) 확률 분포를 사용하여 전송 슬롯을 랜덤하게 선정한다. 제안한 방법의 성능을 입증하기 위하여 256개의 센서가 배치된 센서 네트워크 모델을 기반으로 ns-2를 이용하여 시뮬레이션을 시행하고, 전체 센서에 발생하는 전송 평균 지연 시간이 기존의 802.11 MAC 표준에 비하여 유비쿼터스 센서 네트워크의 최적 지연 한계점(best latency bound)에 가깝게 나타남을 확인한다.
본 논문은 무선 랜 상에서 전송 지연을 보장하기 위한 백오프 방식을 제안한다. 이 방식은 전송되는 트래픽의 종류에 따라 백오프 시간을 할당하도록 설계되었으며, 기존의 IEEE 802.11 매체접근제어 방식을 그대로 유지하며, 보다 향상된 서비스 품질을 지원한다. 제안된 백오프 방식에서는 모든 트래픽을 실시간 트래픽과 비실시간 트래픽으로 구분하여 처리된다. 실시간 트래픽은 제안된 백오프 방식으로 처리되고, 비실시간 트래픽은 기존의 IEEE 802.11 방식에 의해 처리된다. 본 논문에서는 컴퓨터 시뮬레이션을 사용하여 제안된 백오프 방식을 성능 평가하였으며, 시뮬레이션 결과는 전송지연 관점에서 기존의 IEEE 802.11e 방식보다 성능이 향상됨을 보여준다.
IEEE 802.11의 매체 접근 제어 MAC 프로토콜은 두가지 운영 방법을 제공한다. 하나는 실시간 응용 서비스가 아닌 데이터를 지원하기 위한 임의 접근 (random access)모드이고 다른 하나는 실시간 응용 서비스를 지원하기 위한 폴링 (polling) 모드이다. 폴링 모드는 PCF (Point Coordination Function) 라 불리우는 비경쟁 (non contention) 방식의 MAC 프로토콜이다. PCF 는 노드의 지연 (delay)의 증가와 처리율(throughput) 의 감소가 가장 큰 문제가 된다. 처리율 향상을 위해 ERR (Embedded Round Robin) 방식이 제안되었다. 그러나 ERR은 노드의 지연이 여전히 문제로 남아있다. 본 논문에서는 노드의 지연과 처리율을 동시에 향상시킬 수 있는 QRR (Request Round Robin)을 제안한다. 시뮬레이션에 의하여 제안한 QRR 이 ERR보다 성능향상이 됨을 보인다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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