• 한국경영과학회지
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• 제28권2호
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• pp.75-89
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• 2003

Media Access Control (MAC) Protocol in IEEE 802.11 Wireless LAN standard supports two types of services, synchronous and asynchronous. Synchronous real-time traffic is served by Point Coordination Function (PCF) that implements polling access method. Asynchronous nonreal-time traffic is provided by Distributed Coordination Function (DCF) based on Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance (CSMA/CA) protocol. Since real-time traffic is sensitive to delay, and nonreal-time traffic to error and throughput, proper traffic scheduling algorithm needs to be designed. But it is known that the standard IEEE 802.11 scheme is insufficient to serve real-time traffic. In this paper, real-time traffic scheduling and admission control algorithm is proposed. To satisfy the deadline violation probability of the real time traffic the downlink traffic is scheduled before the uplink by Earliest Due Date (EDD) rule. Admission of real-time connection is controlled to satisfy the minimum throughput of nonreal-time traffic which is estimated by exponential smoothing. Simulation is performed to have proper system capacity that satisfies the Quality of Service (QoS) requirement. Tradeoff between real-time and nonreal-time stations is demonstrated. The admission control and the EDD with downlink-first scheduling are illustrated to be effective for the real-time traffic in the wireless LAN.

• 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.

• 한국정보처리학회:학술대회논문집
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• 한국정보처리학회 2015년도 추계학술발표대회
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• pp.387-389
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• 2015

IEEE 802.11e EDCA(Enhanced Distributed Channel Access)는 4개의 AC(Access Category)를 이용하여 트래픽에 따른 우선순위를 부여하고 QoS(Quality of Service)를 제공하기 위해 표준화되었다. EDCA는 이진 백오프 알고리즘을 갖는 CSMA/CA(Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance) 방법을 이용한다. EDCA에서 패킷 전송에 실패할 경우 경쟁 윈도우 값은 두 배씩 증가 되고, 성공할 경우에는 최소 경쟁 윈도우 값으로 초기화된다. 따라서 경쟁 윈도우 값이 최적의 값을 유지하지 못해 많은 패킷 충돌을 야기하여 네트워크 성능을 감소시킨다. 이 문제를 해결하기 위해 기존에 제안된 논문에서는 패킷 전송 성공 후 경쟁 윈도우 값을 최소 경쟁 윈도우 값이 아닌 채널 혼잡 정도에 따라 계산된 값으로 설정한다. 그러나 이 방법은 트래픽 종류와 상관없이 같은 방법으로 동작하기 때문에 트래픽 종류에 따른 차별적 QoS를 보장하지 않는다. 또한 계산된 경쟁 윈도우 값은 현재 값에 비해 상대적으로 낮은 값을 갖기 때문에 여전히 높은 충돌율을 갖는다. 본 논문에서는 이 문제를 해결하기 위해 새로운 프로토콜을 제안한다. 제안된 방법에서는 네트워크의 혼잡 정도를 잘 반영하기 위한 새로운 경쟁 윈도우 계산 알고리즘을 제시한다. 또한 제안된 알고리즘은 트래픽 종류에 따른 QoS 보장을 위해 트래픽 종류에 따른 차별화 파라미터를 이용한다.

• 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.

• 한국정보처리학회:학술대회논문집
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• 한국정보처리학회 2015년도 추계학술발표대회
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• pp.393-395
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• 2015

IEEE 802.11 무선 랜은 단말들 간의 채널을 공유하기 위해 CSMA/CA(Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance) 기반의 DCF(Distributed Coordination Function) 프로토콜을 제공한다. DCF는 네트워크상의 단말수가 증가할수록 충돌 확률이 증가하여 전체적인 성능 감소를 야기한다. 이는 네트워크에 있는 모든 단말이 동시에 채널 경쟁을 하기 때문이다. 충돌 확률을 줄이고 성능을 향상시키기 위해 단말을 여러 그룹으로 나누고 각 그룹에 속하는 단말들간 채널 경쟁을 수행하는 가상 그룹 방법이 제안되었다. 그러나 가상 그룹 방법은 각 단말이 독립적으로 그룹 수를 결정하고 자신이 어느 그룹에 속해 동작할지 결정한다. 따라서 단말마다 서로 그룹 수가 다를 수 있고 단말이 하나도 포함되지 않은 그룹이 존재할 수 있다. 즉, 가상 그룹 방법은 단말간 공평성 문제가 있고 오동작 가능성이 있다. 이 문제를 해결하기 위해 본 논문에서는 비지톤과 타이머를 이용하여 단말간 동기화를 맞춰 그룹 수 및 자신의 그룹 번호를 독립적으로 결정하는 방법을 제안한다. 그룹 수는 현재 채널 경쟁 수준을 고려하여 결정한다. 단말들의 그룹화를 통해 충돌확률을 줄이고 네트워크 성능을 향상시킨다.

• ETRI Journal
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• 제34권1호
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• pp.24-34
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• 2012

In this paper, the directional carrier sense multiple access/collision avoidance (CSMA/CA) protocol in the immediate acknowledgement mode for IEEE 802.15.3c is analyzed under saturation environments. For the analysis, a sensing region and an exclusive region with a directional antenna are computed probabilistically and a Markov chain model in which the features of IEEE 802.15.3c and the effects of using directional antennas are incorporated is analyzed. An algorithm to find the maximal number of concurrently transmittable frames is proposed. The system throughput and the average transmission delay are obtained in closed forms. The numerical results show the impact of directional antennas on the CSMA/CA media access control (MAC) protocol. For instance, the throughput with a small beamwidth of antenna is more than ten times larger than that for an omnidirectional antenna. The overall analysis is verified by a simulation. The obtained results will be helpful in developing an MAC protocol for enhancing the performance of mmWave wireless personal area networks.

• 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.

• 한국통신학회논문지
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• 제36권4B호
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• pp.391-398
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• 2011

본 논문에서는 LED 조명 기반의 우선 LAN 통신을 위한 MAC 프로토콜을 설계하였다. 본 논문에서 제안하는 MAC 프로토콜은 LED 조명과 단말기의 송수신 방향을 자동으로 최적화할 수 있는 특정이 있다. 또한, 방송메시지 송신 및 단말기 등록을 위한 초기통신 시간이 주기적으로 할당되어 있는 특징이 있다. 데이터 통신방식으로는 carrier의 센싱 및 충돌감지가 어려운 LED 가시광의 특징을 감안하여 기존의 무선 LAN 통신에서 사용되는 CSMA/CA(carrier sense multiple access with collision avoidance) 기반이 아닌 polling 기법을 사용하였으며, MAC 프레임 형식으로는 기존의 무선 LAN에 통신용 프레임을 수정하여 우선 가시광 LAN 통신에 적합한 MAC 프레임을 제안하였다. 이렇게 제안하는 MAC 프로토콜의 성능수치를 구하였으며, 무선 가시광 PHY 통신단의 데이터 전송속도를 100 Mbps로 가정하였을 때에 여러 가지 오버헤드를 제외하고 순수하게 데이터를 보낼 수 있는 데이터 전송량은 94.386 Mbps에 달하였다.

• 디지털콘텐츠학회 논문지
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• 제9권1호
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• pp.61-67
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• 2008

본 논문에서는 IEEE 802.11 WLAN의 MAC인 DCF의 성능을 개선하는 알고리즘을 제안하고 이를 시뮬레이션으로 분석한다. IEEE 802.11 WLAN의 MAC에서는 데이터 전송을 제어하기 위한 방법으로 DCF와 PCF를 사용하며, DCF의 경우 CSMA/CA를 기반으로 한다. CSMA/CA는 스테이션간의 충돌을 줄이기 위해서 임의의 Backoff time을 각 스테이션의 CW(Contention Window) 범위에서 결정한다. 스테이션은 패킷 전송 후 충돌이 발생하면, 윈도우 크기를 두 배로 증가시키며, 패킷을 성공적으로 전송하면 윈도우 크기를 최소 CW로 감소한다. DCF는 경쟁 스테이션이 적은 상황에서는 비교적 우수한 성능을 보이나 경쟁 스테이션의 수가 많은 경우 처리율, 지연 관점에서 성능이 저하되는 문제점이 있다. 본 논문에서는 패킷 전송 후 충돌이 발생하면 윈도우 값을 최대 CW로 증가시키고 패킷의 정상적인 전송후에는 윈도우 값을 서서히 감소함으로써 현재 WLAN의 망 상태정보를 계속 활용함으로써 패킷 충돌 확률을 낮추는 알고리즘을 제안한다. 제안하는 알고리즘의 효율성을 입증하기 위해 시뮬레이션을 수행하여 그 타당성을 제시하였다.

• 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.