• KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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• 제10권12호
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• pp.5286-5306
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• 2016

Emerging applications in automation, medical imaging, traffic monitoring and surveillance need real-time data transmission over Wireless Sensor Networks (WSNs). Guaranteeing Quality of Service (QoS) for real-time traffic over WSNs creates new challenges. Rapid penetration of smart devices, standardization of Machine Type Communications (MTC) in next generation 5G wireless networks have added new dimensions in these challenges. In order to satisfy such precise QoS constraints, in this paper, we propose a new cross-layer QoS-provisioning strategy in Wireless Multimedia Sensor Networks (WMSNs). The network layer performs statistical estimation of sensory QoS parameters. Identifying QoS-routing problem with multiple objectives as NP-complete, it discovers near-optimal QoS-routes by using evolutionary genetic algorithms. Subsequently, the Medium Access Control (MAC) layer classifies the packets, automatically adapts the contention window, based on QoS requirements and transmits the data by using routing information obtained by the network layer. Performance analysis is carried out to get an estimate of the overall system. Through the simulation results, it is manifested that the proposed strategy is able to achieve better throughput and significant lower delay, at the expense of negligible energy consumption, in comparison to existing WMSN QoS protocols.

• Journal of Communications and Networks
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• 제13권2호
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• pp.149-159
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• 2011

In this paper, we study the problem of how to design a medical-grade wireless local area network (WLAN) for healthcare facilities. First, unlike the IEEE 802.11e MAC, which categorizes traffic primarily by their delay constraints, we prioritize medical applications according to their medical urgency. Second, we propose a mechanism that can guarantee absolute priority to each traffic category, which is critical for medical-grade quality of service (QoS), while the conventional 802.11e MAC only provides relative priority to each traffic category. Based on absolute priority, we focus on the performance of real-time patient monitoring applications, and derive the optimal contention window size that can significantly improve the throughput performance. Finally, for proper performance evaluation from a medical viewpoint, we introduce the weighted diagnostic distortion (WDD) as a medical QoS metric to effectively measure the medical diagnosability by extracting the main diagnostic features of medical signal. Our simulation result shows that the proposed mechanism, together with medical categorization using absolute priority, can significantly improve the medical-grade QoS performance over the conventional IEEE 802.11e MAC.

• Journal of Communications and Networks
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• 제13권2호
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• pp.132-141
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• 2011

IEEE 802.15.4 networks are a feasible platform candidate for connecting all health-care-related equipment dispersed across a hospital room to collect critical time-sensitive data about patient health state, such as the heart rate and blood pressure. To meet the quality of service requirements of health-care systems, this paper proposes a multi-priority queue system that differentiates between various types of frames. The effect of the proposed system on the average delay and throughput is explored herein. By employing different contention window parameters, as in IEEE 802.11e, this multi-queue system prioritizes frames on the basis of priority classes. Performance under both saturated and unsaturated traffic conditions was evaluated using a novel analytical model that comprehensively integrates two legacy models for 802.15.4 and 802.11e. To improve the accuracy, our model also accommodates the transmission retries and deferment algorithms that significantly affect the performance of IEEE 802.15.4. The multi-queue scheme is predicted to separate the average delay and throughput of two different classes by up to 48.4% and 46%, respectively, without wasting bandwidth. These outcomes imply that the multi-queue system should be employed in health-care systems for prompt allocation of synchronous channels and faster delivery of urgent information. The simulation results validate these model's predictions with a maximum deviation of 7.6%.

• 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.

• 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.

• 대한전자공학회논문지TC
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• 제43권10호
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• pp.79-89
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• 2006

TCP는 신뢰성을 보장하는 전송 프로토콜로서 인터넷 등에서 가장 널리 사용되고 있는 전송 방식이다. 하지만 TCP는 유선망에 적합하도록 설계되었기 때문에 무선망에서 TCP를 사용할 경우 성능 저하가 발생된다. TCP의 성능 저하 원인으로는 MAC 계층에서의 무선 매체 경쟁, hidden-terminal 문제와 exposed terminal 문제, 링크 계층에서의 패킷 손실, 불공정성의 문제들과 노드의 이동에 의한 경로 단절시 발생되는 패킷 순서 바뀜 문제와 경로의 단절로 인한 재전송 타이머의 exponential backoff에 의한 대역폭의 낭비 등이 있다. 특히 이동 ad-hoc 망에서는 전송 범위(transmission range)와 간섭범위(interference range)의 불일치로 인해 발생되는 hidden terminal 문제로 인해 동시에 전송할 수 있는 노드의 수가 제한되며 이로 인해 성능저하가 크게 발생된다. 본 논문에서는 IEEE 802.11 기반 이동 ad-hoc 망에서 발생되는 hidden terminal 문제로 인해 노드가 전송을 하지 못하고 CW(contention window)만 크게 증가되는 문제를 해결하기 위한 MAC 알고리즘을 제안한다. 기존의 802.11 MAC의 DCF(distributed coordination function)에서는 전송에 실패할 경우 CW를 지수적으로 증가시키지만 본 논문에서 제안하는 기법은 노드가 전송 실패를 하였을 경우 그 원인에 따라 CW를 적절하게 변화시킴으로 성능 향상을 얻을 수 있다. 이 기법을 사용하면 hidden terminal에 의해 전송을 실패하는 노드에게 공정한 전송 기회를 부여함으로써 TCP 성능 향상을 얻을 수 있음을 시뮬레이션을 통해 보였다.

• 정보처리학회논문지C
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• 제15C권5호
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• pp.419-428
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• 2008

IEEE 802.15.4에서는 실시간 전송을 위해 GTS 요청 패킷을 조정자에게 전송하여 전송 시간을 미리 예약한다. 본 논문에서는 GTS 예약 지연 시간을 감소하기 위해 802.11e와 같이 일반 데이터와 GTS 요청 패킷의 전송 우위를 차별화하기 위해 두 개의 전송 큐를 사용하는 GTS-FAT 방안을 소개한다. 즉 기존 방식은 이 두 종류의 패킷을 하나의 경쟁 윈도우에 의해 전송하였으나, GTS-FAT 방안은 두 종류의 패킷을 서로 다른 큐에 저장하고 서로 다른 경쟁 윈도우에 의해 전송한다. 또한 본 논문에서는 GTS-FAT의 서비스 지연시간을 분석하기 위해 기존의 802.15.4의 모델과 802.11e의 성능 모델을 결합한 수학적 모델을 제안한다. 제안된 모델의 수치 분석에 의하면 GTS-FAT 방안은 일반 데이터가 GTS 요청 패킷보다 4배 정도 많은 경우에 데이터 전송지연은 6.1%정도 증가하였으나 예약 요청 지연시간을 최대 50%까지 줄였다.

• KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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• 제9권4호
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• pp.1337-1358
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• 2015

In this paper, we present an analytical and simulated study on the performance of adaptive vehicular ad hoc networks (VANET) priority based on Transmission Distance Reliability Range (TDRR) and data type. VANET topology changes rapidly due to its inherent nature of high mobility nodes and unpredictable environments. Therefore, nodes in VANET must be able to adapt to the ever changing environment and optimize parameters to enhance performance. However, there is a lack of adaptability in the current VANET scheme. Existing VANET IEEE802.11p's Enhanced Distributed Channel Access; EDCA assigns priority solely based on data type. In this paper, we propose a new priority scheme which utilizes Markov model to perform TDRR prediction and assign priorities based on the proposed Markov TDRR Prediction with Enhanced Priority VANET Scheme (MarPVS). Subsequently, we performed an analytical study on MarPVS performance modeling. In particular, considering five different priority levels defined in MarPVS, we derived the probability of successful transmission, the number of low priority messages in back off process and concurrent low priority transmission. Finally, the results are used to derive the average transmission delay for data types defined in MarPVS. Numerical results are provided along with simulation results which confirm the accuracy of the proposed analysis. Simulation results demonstrate that the proposed MarPVS results in lower transmission latency and higher packet success rate in comparison with the default IEEE802.11p scheme and greedy scheduler scheme.

• 한국통신학회논문지
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• 제41권7호
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• pp.783-788
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• 2016

본 논문은 비면허대역을 위한 LTE 통신 기술인 LAA(Licensed Assisted Access)가 복수의 주파수 채널을 사용해 하향링크 전송을 수행하기 위한 액세스 기법을 설명하고, 액세스 기법의 세부 동작 설계에 따른 Wi-Fi와의 공존 특성 및 각 통신 기술의 성능 변화를 시뮬레이션을 통해 보인다. 이를 위해 LAA의 채널 본딩 규칙 적용 여부, LBT(Listen Before Talk)를 수행하는 채널, LBT 채널을 동적으로 변경 시 CW(Contention Window)의 설정방법, 그리고 Wi-Fi의 대역폭 설정 방식과 CW 조절 방식을 고려한다. 각 요소를 변경하였을 때 상호 간의 성능 변동 경향을 확인하고, 이를 통해 두 기술의 공존을 위해 다양한 요소가 복합적으로 고려되어야 함을 보인다.

• 한국정보통신학회논문지
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• 제10권9호
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• pp.1551-1557
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• 2006

서비스 가입자는 어떤지역에 위치하고 있더라도 유사한 형태의 서비스를 동일한 가격에 제공받고 싶어하는 강한 욕구를 가지고 있기 때문에 단말기의 위치에 따라 채널전송환경이 변하는 무선 통신 환경에서 단말기 별 Fairness를 유지하는 것은 서비스 처리량을 극대화해야 하는 목표와 함께 매우 중요한 목표 중의 하나이다. 따라서 본 논문에서는 무선 LAM 시스템에서 유사한 단말기 들 간의 fairness를 유지하기 위한 패킷 스케줄링 기법을 제안하고 성능분석을 수행하였다. 제안된 알고리즘의 주요 내용은 채널 전송오류에 의해 패킷 전송에서 실패한 무선 LAN 단말의 채널상태가 차후에 양호한 상태로 바뀌면 CW (Contention Window) 값을 감소시켜 채널경쟁에서 높은 우선순위를 갖게 하는 방법으로 보상서비스를 수행하여 것이다. 제안된 알고리즘은 네트워크 시뮬레이터인 NS-2를 이용하여 성능평가를 수행하였고, 수치 결과를 통해 제안된 알고리즘을 적용하였을 경우 유사한 단말 간의 서비스 처리량 차이를 줄일 수 있음을 확인하였다.