• 한국통신학회논문지
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• 제38A권1호
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• pp.33-43
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• 2013

본 논문에서는 차세대 무선랜 환경으로 고밀도 fully-connected single hop 네트워크 구조를 고려하여 CSMA/CR이라 불리는 분산 MAC 프로토콜을 제안한다. 제안방안은 CSMA/CA 방식을 준수하여 기존 MAC 프로토콜과 호환성을 보장하며, CSMA/CD의 충돌 검출 방식을 무선 상황에 맞게 도입하여 RTS/CTS 사용 없이도 빠른 시간 내에 충돌을 검출할 수 있다. 또한 충돌이 검출되면 다음 전송 시에는 자원을 전용으로 할당하여 추가적으로 발생 가능한 충돌을 해결한다. 아울러 제안 CSMA/CR의 실용화를 위한 구현 이슈를 살펴보고, 대표적인 분산 무선 MAC 프로토콜과 성능비교를 수행한다. 시뮬레이션 결과 제안하는 CSMA/CR은 RTS/CTS 사용 없이 충돌을 발견할 수 있어 오버헤드가 적으며, 충돌 발생 시에는 다음번 전송에 대해서는 예약방식으로 충돌을 없애줌으로써 접속 노드 수에 상관없이 항상 가장 좋은 전송효율을 보여준다.

• Journal of Communications and Networks
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• 제17권3호
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• pp.275-285
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• 2015

To improve the efficiency of carrier sense multiple access (CSMA)-based medium access control (MAC) protocols, CSMA with collision resolution (CSMA/CR) has been proposed. In the CSMA/CR, a transmitting station can detect a collision by employing additional sensing after the start of a data transmission and then resolve the next collision that might occur by broadcasting a jam signal during a collision detection (CD) period. In this paper, we analyze the delay of a CSMA/CR based on a generic p- persistent CSMA model and obtain the minimum achievable delay of the CSMA/CR by finding the optimal length of the CD period according to the number of contending stations. Through this delay analysis, we also investigate the throughput-delay characteristics of the CSMA/CR protocol according to various parameters. Analysis and simulation results show that the CSMA/CR has a considerably lower delay and its throughput-delay characteristic is significantly improved than the conventional CSMA/CA and wireless CSMA/CD protocols.

• 한국정보통신학회:학술대회논문집
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• 한국정보통신학회 2013년도 추계학술대회
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• pp.1033-1036
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• 2013

무선랜을 통해서 대용량 파일, 비디오, 멀티미디어 정보들을 전송해야 함에 따라 quality of service(QoS)를 중요시 하는 응용 프로그램이 많아지므로 무선랜 네트워크에서의 충돌을 해결하기 위한 방법에 대해 연구가 필요하다. CSMA/CD의 충돌 검출 방식을 무선상황에 도입한 distributed MAC 프로토콜인 CSMA/CR[1]에서는 접속 단말 간 공평성은 보장하지만 서비스의 질(QoS)은 고려하지 않았다. 본 논문에서는 포화상태인 fully-connected single hop 네트워크 환경에서 CSMA/CR 프로토콜의 실용화를 위한 충돌 보상 방법을 제안한다. 기존의 CSMA/CR프로토콜은 단말 간 공평성만을 고려하여 CR Slot을 랜덤하게 선택하지만, 본 논문에서는 충돌을 경험한 단말에게는 우선순위를 주어 충돌 보상을 제공하기 위해 CR Slot의 앞쪽 번호를 부여한다. 충돌이 발생한 경우 jam 신호를 전송한 후 채널 우선 사용권을 가지게 되어 성공적인 전송을 보장받을 확률이 높아져 단말 간 우선순위를 보장하고 전송 효율을 높일 수 있다. 본 논문에서 제안하는 방법은 하드웨어 비용의 추가 없이 간단하게 충돌을 경험한 단말에게 혜택을 제공할 수 있다.

• 한국정보통신학회논문지
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• 제20권12호
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• pp.2259-2266
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• 2016

최근 꾸준히 증가하는 무선랜 셀 및 단말의 증가로 제한된 공간 내에 매우 많은 무선랜 접속이 발생하는 밀집 무선랜 환경이 도래하고 있다. 본 논문은 이러한 밀집 무선랜 환경에서 수많은 단말의 접속으로 인한 기존 매체접속제어 프로토콜의 성능 저하를 막기 위하여 새로운 분산 매체접속제어 프로토콜을 제안한다. 제안하는 프로토콜은 하나의 collision detection (CD) 단계만을 사용하는 기존 carrier sense multiple access with collision resolution (CSMA/CR) 프로토콜을 확장하여 여러 개의 CD 단계를 사용하여 높은 확률로 충돌을 해소한다. 각 CD 단계마다 충돌 검출 여부를 확인하는데 충돌이 검출되지 않은 CD 단계가 연속적으로 발생하여 임계치를 넘으면 CD 단계를 멈추는 방식으로 동작한다. 따라서 제안 방안은 접속하는 단말 수에 따라 적응적으로 CD 단계의 개수를 조절하여 다수의 CD 단계의 사용에 의한 전송 오버헤드를 줄이면서 충돌 해결 확률을 높일 수 있다. 모의실험 결과 제안하는 적응형 CSMA/CR 프로토콜은 단말 수에 따라 가변적으로 CD 단계를 운영하며 고정 개수의 CD 단계를 사용하는 기존 CSMA/CR 프로토콜보다 향상된 처리율을 보여준다.

• Journal of Communications and Networks
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• 제17권4호
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• pp.440-448
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• 2015

In this paper, we study the problem of selfish behavior of secondary users (SUs) based on cognitive radio (CR) with the presence of primary users (PUs). SUs are assumed to contend on a channel using the carrier sense multiple access with collision avoidance (CSMA/CA) and PUs do not consider transmission of SUs, where CSMA/CA protocols rely on the random deference of packets. SUs are vulnerable to selfish attacks by which selfish users could pick short random deference to obtain a larger share of the available bandwidth at the expense of other SUs. In this paper, game theory is used to study the systematic cheating of SUs in the presence of PUs in multichannel CR networks. We study two cases: A single cheater and multiple cheaters acting without any restraint. We identify the Pareto-optimal point of operation of a network with multiple cheaters and also derive the Nash equilibrium of the network. We use cooperative game theory to drive the Pareto optimality of selfish SUs without interfering with the activity of PUs. We show the influence of the activity of PUs in the equilibrium of the whole network.

• Journal of Communications and Networks
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• 제18권3호
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• pp.502-512
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• 2016

The wireless carrier sense multiple access with collision detection (WCSMA/CD) and carrier sense multiple access with collision resolution (CSMA/CR) protocols are considered representative distributed collision detection protocols for fully connected dense wireless local area networks. These protocols identify collisions through additional short-sensing within a collision detection (CD) period after the start of data transmission. In this study, we analyze their throughput numerically and show that the throughput has a trade-off that accords with the length of the CD period. Consequently, we obtain the optimal length of the CD period that maximizes the throughput as a closed-form solution. Analysis and simulation results show that the throughput of distributed collision detection protocols is considerably improved when the optimal CD period is allocated according to the number of stations and the length of the transmitted packet.

• Journal of Communications and Networks
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• 제15권1호
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• pp.77-86
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• 2013

Cognitive radio (CR) has emerged as one of effective methods to enhance the utilization of existing radio spectrum. Main principle of CR is that secondary users (SUs) are allowed to use the spectrum unused by primary users (PUs) without interfering PU's transmissions. In this paper, PUs operate on a slot-by-slot basis and SUs try to exploit the slots unused by PUs. We propose OSA protocols in the single channel and we propose an opportunistic spectrum access (OSA) protocols in the multi-channel cognitive radio networks with one control channel and several licensed channels where a slot is divided into contention phase and transmission phase. A slot is divided into reporting phase, contention phase and transmission phase. The reporting phase plays a role of finding idle channels unused by PUs and the contention phase plays a role of selecting a SU who will send packets in the data transmission phase. One SU is selected by carrier sense multiple access / collision avoidance (CSMA/CA) with request to send / clear to send (RTS/CTS) mechanism on control channel and the SU is allowed to occupy all remaining part of all idle channels during the current slot. For mathematical analysis, first we deal with the single-channel case and we model the proposed OSA media access control (MAC) protocol by three-dimensional discrete time Markov chain (DTMC) whose one-step transition probability matrix has a special structure so as to apply the censored Markov chain method to obtain the steady state distribution.We obtain the throughput and the distribution of access delay. Next we deal with the multi-channel case and obtain the throughput and the distribution of access delay by using results of single-channel case. In numerical results, our mathematical analysis is verified by simulations and we give numerical results on throughput and access delay of the proposed MAC protocol. Finally, we find the maximum allowable number of SUs satisfying the requirements on throughput and access delay.