• Journal of information and communication convergence engineering
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• 제19권1호
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• pp.1-7
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• 2021

Reinforcement learning is an area of machine learning that studies how an intelligent agent takes actions in a given environment to maximize the cumulative reward. In this paper, we propose a new MAC protocol based on the Q-learning technique of reinforcement learning to improve the performance of the IEEE 802.11 wireless LAN CSMA/CA MAC protocol. Furthermore, the operation of each access point (AP) and station is proposed. The AP adjusts the value of the contention window (CW), which is the range for determining the backoff number of the station, according to the wireless traffic load. The station improves the performance by selecting an optimal backoff number with the lowest packet collision rate and the highest transmission success rate through Q-learning within the CW value transmitted from the AP. The result of the performance evaluation through computer simulations showed that the proposed scheme has a higher throughput than that of the existing CSMA/CA scheme.

• 한국통신학회논문지
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• 제32권5A호
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• pp.460-466
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• 2007

IEEE 802.11의 DCF는 경쟁 기반 방식으로 폴링 기반 방식의 PCF에 비해 알고리즘이 단순하고 나쁘지 않은 성능을 보여주기 때문에 실질적으로 많이 쓰이고 있다. 하지만 DCF는 경쟁을 통하여 채널을 할당받기 때문에 데이터 전송 시에 다른 노드들과 충돌의 위험이 있다. 이러한 충돌을 줄이기 위해서 CSMA/CA의 충돌 회피 방식을 사용하지만 그 성능에는 한계가 있다. 본 논문에서는 이런 문제를 해결하기 위해 톤을 사용한 새로운 경쟁 기법 TAR(Tone-based Access scheme with Repetitive contention)를 제안한다. TAR에서는 데이터 전송 채널(data transmission channel)외에도 적은 구간의 경쟁 채널(contention channel)을 두어 데이터 전송과 경쟁을 병렬적으로 처리함으로써 기존의 CSMA/CA가 가지고 있는 충돌에 대한 문제를 줄이고자 하였다. 경쟁 기법의 큰 개념은 기존의 CSMA/CA 기법을 이용하지만 경쟁 채널이라는 개념을 도입하여 반복적인 경쟁을 통해 데이터 전송 채널에서의 충돌 확률을 크게 줄이는 장점이 있다. 제안한 TAR 기법은 모의실험을 통해 기존의 기법에 비해 크게 좋은 성능을 보임을 확인하였다.

• Journal of Communications and Networks
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• 제10권3호
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• pp.287-296
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• 2008

The IEEE 802.11 wireless standard uses the carrier sense multiple access with collision avoidance (CSMA/CA) as its MAC protocol (during the distributed coordination function period). This protocol is an adaptation of the CSMA/CD of the wired networks. CSMA/CA mechanism cannot guarantee quality of service (QoS) required by the application because orits random access method. In this study, we propose a new MAC protocol that considers different types of traffic (e.g., voice and data) and for each traffic type different priority levels are assigned. To improve the QoS of IEEE 802.11 MAC protocols over a multi-channel CSMA/CA, we have developed a new admission policy for both voice and data traffics. This protocol can be performed in direct sequence spread spectrum (DSSS) or frequency hopping spread spectrum (FHSS). For voice traffic we reserve a channel, while for data traffic the access is random using a CSMA/CA mechanism, and in this case a selective reject and push-out mechanism is added to meet the quality of service required by data traffic. To study the performance of the proposed protocol and to show the benefits of our design, a mathematical model is built based on Markov chains. The system could be represented by a Markov chain which is difficult to solve as the state-space is too large. This is due to the resource management and user mobility. Thus, we propose to build an aggregated Markov chain with a smaller state-space that allows performance measures to be computed easily. We have used stochastic comparisons of Markov chains to prove that the proposed access protocol (with selective reject and push-out mechanisms) gives less loss rates of high priority connections (data and voices) than the traditional one (without admission policy and selective reject and push-out mechanisms). We give numerical results to confirm mathematical proofs.

• 한국컴퓨터정보학회논문지
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• 제17권5호
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• pp.71-80
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• 2012

본 논문에서는 개인 영역의 저속 데이터 전송률을 요구하는 응용을 운용하기 위한 미래병사체계의 시스템 모델을 제안한다. 저속 데이터 전송률을 요구하는 응용들은 기존의 무선 센서 네트워크기술을 참조할 수 있지만, 상이한 데이터 전송률을 지원하기에 적합하지 않다. 이러한 기존 시스템의 문제점들을 해결하가 위하여 미래병사체계에 적합한 CSMA/CA 알고리즘을 제안하였다. 제안한 알고리즘은 데이터 전송률에 기반을 두어 CSMA/CA 알고리즘의 파라미터를 가변하도록 설계되었다. 제안한 시스템 모델 및 알고리즘은 Castalia를 이용하여 시뮬레이션 하였으며, 시뮬레이션 결과 제안한 시스템 모델이 기존 방식과 비교하여 데이터 처리량이 개선되고, 충돌 확률이 감소함을 확인할 수 있었다.

• 한국컴퓨터정보학회논문지
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• 제17권12호
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• pp.121-129
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• 2012

본 논문에서는 IEEE 802.15.4에서 저속 데이터 전송률을 요구하는 응용을 운용하기 위한 WBAN 시스템 모델을 제안한다. 의료용 응용서비스는 상이한 데이터 전송률과 응급 메시지 전송을 요구하기 때문에 기존의 무선 센서 네트워크 기술을 참조할 수 없다. 이러한 기존 시스템의 문제점들을 해결하기 위하여 WBAN에 적합한 시스템 모델과 WBAN MAC 프로토콜에 관한 내용을 제안하였다. 첫째, 경쟁 구간에 우선순위 큐잉을 적용하여 MAC 명령어 프레임의 전송을 보장할 수 있는 시스템 모델을 제안하였다. 둘째, 제안한 시스템 모델을 사용하기 위해 MAC 프레임을 새롭게 정의하였다. 셋째, 경쟁구간에서 우선순위가 없는 데이터 프레임의 처리량 및 전송 성공 확률을 향상시킬 수 있는 데이터 전송률을 고려한 WBAN CSMA/CA 백오프 알고리즘을 제안하였다. 제안한 WBAN CSMA/CA 백오프 알고리즘은 BAN(Body Area Network) 및 WSN(Wireless Sensor Network)의 시뮬레이션이 가능한 OMNeT++의 Castalia를 이용하여 구현하였다. 시뮬레이션 결과 제안한 시스템 모델이 기존 방식과 비교하여 데이터 처리량이 개선되고, 충돌 확률이 감소함을 확인할 수 있었다.

• 한국통신학회논문지
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• 제39C권6호
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• pp.457-465
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• 2014

본 논문에서는 수중음향센서네트워크의 수중 통신 프로토콜 시험을 위해 구축한 해상시험환경을 소개하고 상용 모뎀을 이용하여 실시한 및 매체접속제어기법(Medium Access Control: MAC)의 시험결과를 제시한다. 본 시험에서는 패킷 충돌을 회피하기 위해 기존 지상환경에서 많이 사용되는 반송파감지기반의 충돌회피기법(Carrier Sense Multiple Access/Collision Avoidance: CSMA/CA)을 사용하였으며 수중 통신 프로토콜로서의 가용성을 검증하였다. 시험에 사용된 네트워크 노드는 Benthos사의 상용 수중 모뎀과 ATmega2560 제어보드를 이용하여 구성하였다. 시험의 체계적 관리와 시험과정 관찰을 용이하게 하기 위해 각 노드가 GPS신호를 수신하여 자신의 위치를 파악할 수 있도록 하였으며 라디오주파수(Radio Frequency: RF) 인터페이스를 통해 위치정보 및 수중채널을 통해 송수신되는 패킷의 정보를 지상으로 보고할 수 있도록 했다. CSMA/CA 프로토콜을 수중환경에 적용하기 위해 4-way 핸드셰이킹동작에 사용되는 네 종류의 제어패킷 RTS(Request To Send), CTS(Clear to Send), DATA, ACK(Acknowledgement)을 수중환경에 맞게 설계했다. 시험을 통해 CSMA/CA 프로토콜의 실제 수중환경에서의 가용성을 검증할 수 있었다.

• 한국통신학회논문지
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• 제39B권5호
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• pp.251-259
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• 2014

본 논문은 IEEE 802.15.8 Peer Aware Communications (PAC) common 발견 모드를 위한 초절전 서비스 발견 프로토콜을 제안한다. 전력 소비를 최소화하기 위해서 Basic Repetition Block (BRB)를 정의한다. BRB를 통해서 단말은 동작모드를 선택할 수 있으며 다른 단말들과 동기를 맞출 수 있다. 제안한 MAC 절차는 overhearing기반의 Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance (CSMA/CA)이다. overhearing을 통해 단말이 요청 신호를 보낸 후 응답신호를 받지 못하더라도 동일 그룹의 단말을 발견할 수 있다. IEEE 802.15.8 PAC 에서는 common 발견모드의 성능을 시뮬레이션 시간동안 발견된 평균 단말 수, 발견 latency, 평균 전력소비에 관해서 제시할 것을 요구하고 있다. 그룹 당 단말의 수와 채널 환경을 고려하여 2가지 시나리오에 대해 시뮬레이션을 수행하고 제안한 기법의 결과를 CSMA/CA와 비교한다. 그 결과 제안한 기법은 단말은 높은 에너지 효율을 얻을 수 있을 뿐 아니라 제한된 영역에 단말의 수가 많을수록 시뮬레이션 시간 동안 발견된 평균 단말의 수가 증가함을 알 수 있다.

• 한국통신학회논문지
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• 제40권8호
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• pp.1631-1636
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• 2015

무선 통신기술의 발전과 함께, 수중 통신 기술도 초기의 점대점 통신에서 벗어나 다수개의 노드를 연결하는 네트워크 구축으로 연구가 진행되고 있다. 수중의 통신환경은 전파지연, 도플러 효과, 다중경로, 그리고 전파손실의 측면에서 기존의 지상 무선 환경과 크게 차이가 있다. 따라서, 지상의 연구 결과가 수중에서 그대로 적용되기는 어려운 상황이다. 특히, 전파환경에 의존성이 큰 매체접속제어 프로토콜은 수중 통신망을 위해 새로 설계되어야한다. CSMA/CA는 데이터 패킷의 충돌을 피하고 숨겨진 노드 문제 등을 해결할 수 있으므로 이를 기반으로 한 여러 수중 매체접속제어 프로토콜들이 제안되어 왔다. 하지만 현실적으로는 RTS/CTS가 도달하는 전송범위 밖에서 발생한 간섭에 의해 수신신호의 성능이 저하되어 RTS/CTS의 효율이 감소될 수 있다. 본 논문에서는 수중 환경에서 전파반경 밖의 간섭 신호의 영향으로 인해 발생되는 신호대잡음비(SNR) 감소를 분석하여 RTS/CTS의 효율 감소를 도출하고, 기존 매체접속제어 프로토콜에 미치는 영향을 분석하였다. 또한, 수중 환경에서의 전파 간섭문제와 지상에서의 전파 간섭 문제를 비교 분석하여 지상과 차별화된 수중 통신환경에서 고려해야 할 사항들을 정리해 보았다.

• 인터넷정보학회논문지
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• 제10권1호
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• pp.51-61
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• 2009

무선 LAN상에서의 단말들의 기존의 처리율은 기지국과 단말간의 지연을 고려하지 않았으나 본논문에서는 CSMA/CA의 특성에 적합한 전송 지연을 고려할뿐만 아니라 DCF 처리율은 백오프가 발생될 확률과 관련되며 이는 각 단말에서의 충돌에 의한 재전송 확률을 고려하였다. 본 논문에서는 재전송 과정에 최대 백오프를 두어 최대한 패킷 간의 충돌을 방지하기 위함이며 이와 관련된 과정을 마르코프 체인 모델에 적용시켜 전송이 성공적으로 이루어질 확률을 구하고 이를 한 기지국에 대한 단말수별로 BER,Eb/No대 처리율을 속도별로 시뮬레이션하여 OFDM 기반 무선 LAN 환경에서 패킷 처리율이 최대가 되는 단말수,속도,패킷 크기에 따른 이상적인 환경이 아닌 무선 LAN의 최적 요소를 구할 수 있었다.

• 한국항행학회논문지
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• 제6권1호
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• pp.1-9
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• 2002

본 논문은 현재 무선 LAN 환경에서 적용되고 있는 매체접근제어 프로토콜인 IEEE 802.11 CSMA/CA를 이용함으로써, 음성 위주의 항공이동통신에서 음성과 데이터 채널을 통합하여 사용하도록 하고 있다. 또한, 표준으로 제정되어 있는 기존의 CSMA/CA 매체접근제어 프로토콜에 대한 이해를 바탕으로 성능 개선 방안을 제안하였으며, 이를 바탕으로 채널 효율을 향상시켰다. IEEE 802.11 매체접근제어(MAC, Medium Access Control) 프로토콜은 데이터 유형에 따라 채널을 두 개의 구간(PCF와 DCF 구간)으로 나누어 전송하도록 하고 있다. 본 논문에서는, 데이터 유형별로 적용되는 구간 중, DCF 구간에서의 패킷간의 충돌 가능성을 줄임으로써 데이터 전송 효율을 높이는데 주안점을 두고 있다. 제안 방안으로는 경쟁 구간에서의 전송에서 충돌에 따른 손실을 보완할 수 있도록 Wireless Window Protocol(이하, WWP)을 적용한 후 전송 과정을 제어하였다. Hidden 터미널의 영향이 적으므로 가시권내 통신에 적합한 기존의 2-Way CSMA/CA 프로토콜을 항공통신에 적용하여 상태 천이 과정을 5개에서 6개로 세분화하였고, 주어진 확률에 의하여 나누어진 두 개의 그룹별로 상태 천이 과정을 다르게 적용하였다. 따라서, 채널이 한 항공기에 의해 점유되는 PCF를 제외한, DCF 구간에서의 데이터 전송 효율을 높일 수 있었다. 시뮬레이션은 채널 대역폭과 패킷 크기 등을 파라미터 값으로 하여 수행하였으며, 시뮬레이션 결과 CSMA/CA에 비해 새로 제안한 알고리즘이 데이터 전송 과정에서 발생하는 충돌 가능성을 감소시킴으로써 성능이 향상됨을 알 수 있었다.