• KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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• 제11권7호
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• pp.3446-3464
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• 2017

Backoff mechanism serves as one of the key technologies in the MAC-layer of wireless mobile networks. The traditional Binary Exponential Backoff (BEB) mechanism in IEEE 802.11 Distributed Coordination Function (DCF) and other existing backoff mechanisms poses several performance issues. For instance, the Contention Window (CW) oscillations occur frequently; a low delay QoS guarantee cannot be provided for real-time transmission, and services with different priorities are not differentiated. For these problems, we present a novel Multi-Priority service differentiated and Adaptive Backoff (MPAB) algorithm over IEEE 802.11 DCF for wireless mobile networks in this paper. In this algorithm, the backoff stage is chosen adaptively according to the channel status and traffic priority, and the forwarding and receding transition probability between the adjacent backoff stages for different priority traffic can be controlled and adjusted for demands at any time. We further employ the 2-dimensional Markov chain model to analyze the algorithm, and derive the analytical expressions of the saturation throughput and average medium access delay. Both the accuracy of the expressions and the algorithm performance are verified through simulations. The results show that the performance of the MPAB algorithm can offer a higher throughput and lower delay than the BEB algorithm.

• 한국정보과학회논문지:정보통신
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• 제31권4호
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• pp.414-428
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• 2004

여러 휴대용 이동통신 장비들은 점점 상업적으로 성공하고 있으며, 이동중의 사용자들에게 유용한 서비스를 제공한다. 인터넷의 확장에 따라 이동통신장비들은 텍스트나 멀티미디어 데이타등과 같은 다양한 형태의 데이타를 요구하게 된다. 요구하는 데이타의 형태나 사용자의 등급에 따라서 데이타 서비스에 대한 처리 또한 달라져야 한다. 무선네트워크 상에서 서비스 차별화의 구현은 매우 어려운데, 그 이유는 무선장비 자체의 이동성과 무선채널의 충돌 때문이다. 무선채널의 충돌은 Binary Exponential Backoff(BEB) 알고리즘을 사용하여 해결할 수 있다. 우리는 금, 은, 동으로 명명된 세 가지 종류의 데이타의 흐름을 지원할 수 있는 backoff 알고리즘의 수정에 대하여 논한다. 예를 들어, 금급 데이타 흐름은 가장 높은 우선순위를 가지고 있어 요구되는 목표대역을 만족시켜야 하고, 은급 데이타흐름은 동급에 비하여 충분히 많은 양의 대역폭을 제공하도록 해야 한다. Ad Hoc 네트워크에서 사용되는 두개의 트랜스포트 프로토콜인 UDP와 TCP의 병행 사용은 backoff 알고리즘의 수정을 매우 어렵게 한다. UDP와 TCP의 서로 다른 특성 때문에 이를 해결하기 위해 각각의 프로토콜에 서로 다른 형태의 수정된 backoff 알고리즘을 제안한다. 제안한 알고리즘이 트랜스포트 프로토콜의 형태에 관계없이 서로 다른 급의 데이터 흐름간의 서비스를 차별화 시킴을 모의실험을 통하여 보였다.

• 한국정보통신학회논문지
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• 제19권6호
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• pp.1333-1340
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• 2015

IEEE 802.11의 MAC에서는 데이터 전송을 제어하기 위해 DCF(Distributed Coordination Function)를 사용한다. DCF의 BEB(Binary Exponential Backoff) 알고리즘은 경쟁하는 스테이션의 수가 일정 수가 넘을 경우 최소 경쟁윈도우(Minimum Contention Window)의 크기로 인해 백오프(backoff) 시 필연적으로 충돌이 발생하여 성능이 저하되는 문제점을 가진다. 본 논문에서는 백오프 스테이지(Backoff Stage)를 AP(Acess Point)에 접속된 스테이션의 수에 따라 가변 조정하는 VBS(Variable Backoff Stage)알고리즘을 제안하고 이를 통해 필연적으로 발생하는 충돌을 방지함으로써 네트워크의 사용량을 높이는 방안을 제시한다. 또한 제안된 알고리즘의 분석적인 모델을 도출하고 OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 기법이 적용된 BEB 알고리즘과 VBS 알고리즘을 비교하여 시뮬레이션을 수행하였다. 시뮬레이션 결과 VBS 알고리즘의 백오프 상태 증가율을 5와 10으로 적용한 결과 BEB 알고리즘보다 재전송 횟수가 1/5, 1/10로 줄었으며 네트워크 사용량은 19%, 18% 개선되었다. 패킷 지연은 두 경우 모두 약 1/12 수준으로 측정되었다.

• Journal of information and communication convergence engineering
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• 제5권3호
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• pp.205-208
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• 2007

The IEEE 802.11 is a MAC protocol which has been standardized by IEEE for Wireless Local Area Networks (WLANs). In the IEEE 802.11 WLANs, network nodes experiencing collisions on the shared channel need to backoff for a random period of time, which is uniformly selected from the Contention Window (CW). This contention window is dynamically controlled by the Binary Exponential Backoff (BEB) algorithm. However, the BEB scheme suffers from a fairness problem; some nodes can achieve significantly larger throughput than others. This paper proposes a new backoff algorithm for the IEEE 802.11 DCF scheme. This algorithm uses the hop count for considering fairness. It causes flows with high hop count to generate short backoff interval than those with low hop count, thus getting high priority. Therefore, when a collision occurs, the modified IEEE 802.11 DCF assigns higher priority to flow to be close to a destination.

• KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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• 제4권6호
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• pp.1098-1115
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• 2010

An inseparable challenge associated with every random access network is the design of an efficient Collision Resolution Algorithm (CRA), since collisions cannot be completely avoided in such network. To maximize the collision resolution efficiency of a popular CRA, namely Binary Exponential Backoff (BEB), we propose a reactive backoff algorithm. The proposed backoff algorithm is reactive in the sense that it updates the contention window based on the previously selected backoff value in the failed contention stage to avoid a typical type of collision, referred as cross-collision. Cross-collision would occur if the contention slot pointed by the currently selected backoff value appeared to be present in the overlapped portion of the adjacent (the previous and the current) windows. The proposed reactive algorithm contributes to significant performance improvements in the network since it offers a supplementary feature of Cross Collision Exclusion (XCE) and also retains the legacy collision mitigation features. We formulate a Markovian model to emulate the characteristics of the proposed algorithm. Based on the solution of the model, we then estimate the throughput and delay performances of WLAN following the signaling mechanisms of the Distributed Coordination Function (DCF) considering IEEE 802.11b system parameters. We validate the accuracy of the analytical performance estimation framework by comparing the analytically obtained results with the results that we obtain from the simulation experiments performed in ns-2. Through the rigorous analysis, based on the validated model, we show that the proposed reactive cross collision exclusionary backoff algorithm significantly enhances the throughput and reduces the average packet delay in the network.

• 한국통신학회논문지
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• 제30권6B호
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• pp.406-415
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• 2005

IEEE 802.11 무선 랜과 같이 단일 매체를 사용하는 무선망의 단말들은 경쟁을 통하여 매체를 점유하게 되며, 매체의 충돌이 발생하게 될 때 백오프 알고리즘을 사용하게 된다. 백오프 알고리즘은 매체의 충돌 확률을 줄임으로써 매체의 이용률을 높이고 효율적인 매체의 운영을 가능하게 하는 매체 접속 제어 방법의 중요한 요소이다. 본 논문에서는 QoS를 제공하기 위한 표준인 IEEE 802.11e를 기본으로 하여 네트워크의 매체 부하 및 혼잡 상태에 따라 능동적으로 경쟁 윈도우의 크기를 변화시키는 새로운 방법인 로드 기반 동적 매체 접속 제어 백오프 알고리즘을 제안한다. 제안된 부하 및 혼잡 상태의 예측과 우선순위에 따른 가중치의 차별화를 통한 동적 경쟁 윈도우 변경 방법이 기존의 IEEE 802.11e에서 사용하는 BEB 방법보다 매체의 이용률을 높이고 효율적으로 데이터의 충돌을 줄일 수 있음을 보인다.

• 한국컴퓨터정보학회논문지
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• 제14권5호
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• pp.77-83
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• 2009

본 논문은 IEEE 802.11 무선 LAN에서 DCF나 EDCF 방식이 사용하는 기존의 이진 지수함수 백오프 알고리즘이 네트워크의 트래픽 양이 증가할 경우 잠재적 충돌 가능성이 높아지고 트래픽별 차별화 서비스에 대한 단점이 있어 이를 보완하고자 한다. 이를 위해 일정 계수에 PF를 곱한 값을 적용시켜 성능을 개선시킨 다음에 이것의 성능을 기존의 BEB 알고리즘의 성능과 비교 분석하여 보았다. 개선된 백오프 알고리즘의 성능 분석은 채널이용률, 충돌율, Goodput 관점에서 이루어졌으며 이것을 기존의 알고리즘과 비교한 결과 일정 계수에 PF를 곱한 값을 적용시켜 성능을 개선시킨 PFA 백오프 알고리즘이 기존의 백오프 방식보다 스테이션 수 n값이 40과 같은 큰 값일 경우 채널이용률, Goodput 성능 등이 10%이상 더 향상됨을 볼 수 있었다.

• KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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• 제17권3호
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• pp.1035-1048
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• 2023

The IEEE 802.11 WLAN adopts a random backoff algorithm for its collision avoidance mechanism, and it is well known that the contention-based algorithm may suffer from performance degradation especially in congested networks. In this paper, we design an efficient backoff algorithm that utilizes a reinforcement learning method to determine optimal values of backoffs. The mobile nodes share a common contention window (CW) in our scheme, and using a Q-learning algorithm, they can avoid collisions by finding and implicitly reserving their optimal time slot(s). In addition, we introduce Frame Size Control (FSC) algorithm to minimize the possible degradation of aggregate throughput when the number of nodes exceeds the CW size. Our simulation shows that the proposed backoff algorithm with FSC method outperforms the 802.11 protocol regardless of the traffic conditions, and an analytical modeling proves that our mechanism has a unique operating point that is fair and stable.

• 한국통신학회논문지
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• 제31권12A호
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• pp.1229-1237
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• 2006

DCF에서는 백오프 스테이지(backoff stage), 백오프 카운터(backoff counter), 경쟁 윈도우(contention window)의 세 가지 매개변수를 사용하여 충돌이 발생하면 백오프 스테이지를 하나씩 증가시키고 백오프 카운터를 선택하는 범위인 경쟁 윈도우를 두 배씩 증가시키는 이진 지수적인 백오프(BEB : Binary Exponential Backoff) 방식을 사용하여 전송 프레임간의 충돌 발생 가능성을 줄이고 있다. 그러나 무선 자원을 공유하는 단말의 수가 증가 할수록 충돌 발생 가능성이 증가하여 비효율적으로 자원을 사용하는 문제점이 있다. 따라서 본 논문에서는 무선 자원을 효율적으로 사용하고 무선 랜의 성능을 향상시키기 위해 충돌발생 시 경쟁 윈도우를 최대로 유지하고 전송 성공 시 경쟁 윈도우를 반으로 줄이는 이진 음지수적인 백오프(BNEB : Binary Negative-Exponential Backoff) 방식을 제안하고 IEEE 802.11, 802.11a, 802.11b의 세 가지 표준에 대해서 포화상태 및 정상 트래픽 상태에서의 성능 평가를 수행하였다.

• 디지털콘텐츠학회 논문지
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• 제12권3호
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• pp.299-307
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• 2011

IEEE 802.11 WLAN의 MAC에서는 데이터 전송을 제어하기 위한 방법으로 DCF와 PCF를 사용하며, DCF의 경우 CSMA/CA를 기반으로 한다. DCF의 BEB 백오프 알고리즘은 경쟁하는 스테이션이 적은 상황에서는 비교적 우수한 성능을 보이나 경쟁하는 스테이션의 수가 많은 경우 처리율, 지연 관점에서 성능이 저하되는 문제점이 있다. 본 논문에서는 패킷 전송 후 충돌이 발생하면 경쟁윈도우를 2배로 증가시키고 패킷의 정상적인 전송 후에는 경쟁윈도우를 반으로 감소함으로써 패킷 충돌 확률을 낮추는 MIMD 백오프 알고리즘을 패킷 재전송 횟수까지 고려하여 수학적으로 분석한다. MIMD 백오프 알고리즘의 효율성을 입증하기 위해 시뮬레이션을 수행하여 분석하였다.