• 정보처리학회논문지:컴퓨터 및 통신 시스템
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• 제4권7호
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• pp.235-238
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• 2015

IEEE 802.15.4는 무선 센서노드들 사이의 연결을 가능하게 하는 대표적인 표준이다. 그러나 이 IEEE 802.15.4를 기반으로 하는 무선 센서네트워크는 기본적으로 숨은노드 충돌에 매우 취약하다는 약점을 갖고 있는데 이는 무선 센서네트워크 자체가 제한된 통신 반경과 짧은 배터리 수명을 갖고 있기 때문이다. 본 논문에서는 IEEE 802.15.4 기반의 무선 센서네트워크에서 노드들의 클러스터링을 통한 숨은노드 충돌 회피 및 성능향상 기법을 제안하다. 이 방법에서 사용되는 클러스트링은 각각의 무선 센서노드들이 갖고 있는 채널 품질 정보를 바탕으로 수행된다. 그리고 클러스터에 어느 정도의 무선자원을 할당해야 하는 문제도 다룬다.

• 정보처리학회논문지C
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• 제16C권3호
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• pp.393-406
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• 2009

본 논문에서는 IEEE 802.15.4의 성능을 정확하게 평가하기 위하여 ns-2에 추가한 두 가지 기능을 소개한다. 첫째는 전체 노드의 수와 은닉 노드의 수가 정해짐에 따라 노드들의 배치를 자동으로 결정하는 은닉 노드 배치 방안과 은닉 노드로 인한 신호 충돌을 구별하는 방안이다. 둘째는 2003 표준만 구현되어 있는 현재의 ns-2 2.33 버전에 2006 표준에 기술된 CCA 지연 처리 방안을 구현하였다. 기능이 확장된 ns-2를 이용하여, 802.15.4 네트워크의 성능에 은닉 노드와 CCA 지연에 대한 처리 방안이 미치는 영향을 정확하게 분석할 수 있게 되었다. 시뮬레이션 결과 은닉 노드가 없을 때에 비하여 은닉 노드가 단 하나 존재할 때 네트워크 처리량이 약 66% 감소하며, 충돌율은 65%에서 90%로 급증한다. CCA 지연 처리 알고리즘의 2003 표준과 2006 표준에 따르면, 충돌 확률은 약 19%까지 차이를 보이고, 처리량은 약 38% 차이를 보이며 2006 버전이 우수한 성능을 보인다.

• Journal of Communications and Networks
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• 제16권1호
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• pp.81-91
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• 2014

This paper proposes hidden-node aware grouping (HAG) algorithm to enhance the performance of institute of electrical and electronics engineers (IEEE) 802.15.4 networks when they undergo either severe collisions or frequent interferences by hidden nodes. According to the degree of measured collisions and interferences, HAG algorithm dynamically transforms IEEE 802.15.4 protocol between a contention algorithm and a contention-limited one. As a way to reduce the degree of contentions, it organizes nodes into some number of groups and assigns each group an exclusive per-group time slot during which only its member nodes compete to grab the channel. To eliminate harmful disruptions by hidden nodes, especially, it identifies hidden nodes by analyzing the received signal powers that each node reports and then places them into distinct groups. For load balancing, finally it flexibly adapts each per-group time according to the periodic average collision rate of each group. This paper also extends a conventional Markov chain model of IEEE 802.15.4 by including the deferment technique and a traffic source to more accurately evaluate the throughput of HAG algorithm under both saturated and unsaturated environments. This mathematical model and corresponding simulations predict with 6%discrepancy that HAG algorithm can improve the performance of the legacy IEEE 802.15.4 protocol, for example, even by 95% in a network that contains two hidden nodes, resulting in creation of three groups.

• 한국통신학회논문지
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• 제33권12B호
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• pp.1066-1074
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• 2008

본 논문에서는 충돌이 잦은 무선 저속 Personal Area Network에서 펄스 (pulse) 신호를 이용한 효율적인 그룹폴링 알고리즘을 제안한다. 현재 IEEE 802.15.4 (LR-WPAN) 표준은 저속, 저가, 저 전력 소모를 목표로 한다. 하지만, 최근 LR-WPAN (Low Rate Wireless PAN)의 응용범위가 확대되고 이에 따라 잦은 충돌이 발생하는 상황 또한 늘어나고 있다. 여기서 충돌의 대부분은 '히든노드 문제'로 인하여 발생되고 이는 CSMA/CA 만으로 해결하기 어렵고 연속해서 일어날 경우 네트워크 성능을 크게 저하시킨다. 또한, 현재 히든노드 충돌에 관한 대부분의 연구는 연속된 충돌이 잦은 상황에서 많은 채널 낭비를 유발한다. 본 논문에서 제안한 알고리즘은 잦은 충돌 상황이 발생하였을 때 이미 그룹핑 되어 있는 PAN을 전제로 펄스신호를 이용하여 각 그룹에게 채널 할당과 순서를 정해주고 할당 받은 그룹의 노드들만 경쟁 시킨다. 이에 따라 데이터를 보내기 위해 경쟁하는 노드의 수가 현저히 줄어 연속된 충돌을 줄이고, 충돌로 인한 채널낭비와 낮은 데이터 전송률이 보다 향상되어, 잦은 충돌로 인한 네트워크의 손상을 막는다. 이러한 성능 향상을 NS-2 시뮬레이션을 통해 확인하였다.

• 정보처리학회논문지C
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• 제16C권1호
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• pp.133-142
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• 2009

이 논문에서는 은닉 노드(hidden node)들이 있는 환경에서 IEEE 802.15.4의 성능을 정확하게 예측할 수 있는 수학적 모델을 제시한다. 기존의 802.15.4 성능 분석을 위한 수학적 모델은 은닉 노드들이 없는, 즉 모든 노드들은 다른 노드들의 전송 상태를 측정할 수 있는 이상적인 상황만을 고려하였다. 그러나 노드들의 배치에 따라서 은닉 노드들이 빈번하게 발생할 수 있어, 기존의 모델들은 현실적 환경에서 802.15.4의 성능을 정확히 측정하지 못하는 문제가 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해서 이 논문에서 제안한 모델은 기존의 802.15.4의 성능 모델에 은닉노드의 성능 영향 모델을 추가하였다. 제안한 802.15.4의 수학적 성능 모델에 의하면 작은 은닉 노드의 수에 의해 성능이 급격하게 저하된다. 일례로 전체 노드의 5%가 은닉노드일 때 802.15.4의 성능이 최대 62% 저하된다. 이러한 예측한 결과는 ns-2의 시뮬레이션 결과와 비교할 때, 최대 6%의 오류한도에서 동일하다.

• 한국인터넷방송통신학회논문지
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• 제11권4호
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• pp.39-45
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• 2011

본 논문에서는 무선 인지 애드 혹 네트워크에서 다중 채널 숨겨진 지국 문제(hidden terminal problem)를 해결하고 네트워크 성능을 향상시키기 위하여, 이웃 휴지 노드(idle node)들을 활용하는 효율적인 다중 채널 MAC 프로토콜을 제안한다. 제안된 알고리즘은 각 노드가 단일 송수신기를 갖고, 제어 메시지 교환을 위한 공동 제어 채널을 활용하는 무선 인지 애드 혹 네트워크에 활용될 수 있다. 특히, 제안된 알고리즘에서는 데이터를 교환하고자 하는 통신 노드들이 한 홉(hop) 밖에서 사용되고 있는 데이터 채널에 대한 정보를 가지고 있는 이웃 휴지 노드들을 활용하여 데이터 채널을 선택함으로써 다중 채널 숨겨진 지국 문제를 효율적으로 해결할 수 있다. 시뮬레이션을 통해, 제안된 알고리즘이 중 채널 숨겨진 지국 문제를 최소화하고 2차 사용자간의 데이터 채널 선택시 발생하는 출돌(collision)을 줄임으로써 네트워크의 처리율을 증가시킬 수 있음을 보였다.

• KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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• 제13권6호
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• pp.3000-3022
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• 2019

Full-duplex (FD) technologies enable wireless nodes to simultaneously transmit and receive signal using the same frequency-band. The FD modes could improve their physical layer throughputs. However, in the wireless ad hoc networks, the FD communications also produce new interference risks. On the one hand, the interference ranges (IRs) of the nodes are enlarged when they work in the FD mode. On the other hand, for each FD pair, the FD communication may cause the potential hidden terminal problems to appear around the both sides. In this paper, to avoid the interference risks, we first model the IR of each node when it works in the FD mode, and then analyze the conditions to be satisfied among the transmission ranges (TRs), carrier-sensing ranges (CSRs), and IRs of the FD pair. Furthermore, in the media access control (MAC) layer, we propose a specific method and protocol for collision avoidance. Based on the modified Omnet++ simulator, we conduct the simulations to validate and evaluate the proposed FD MAC protocol, showing that it can reduce the collisions effectively. When the hidden terminal problem is serious, compared with the existing typical FD MAC protocol, our protocol can increase the system throughput by 80%~90%.

• Journal of Computing Science and Engineering
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• 제5권4호
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• pp.324-330
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• 2011

To avoid collisions, IEEE 802.11 medium access control (MAC) uses predetermined inter-frame spaces and the random back-off process. However, the retransmission strategy of IEEE 802.11 MAC results in considerable time wastage. The hidden node problem is well known in wireless networks; it aggravates the consequences of time wastage for retransmission. Many collision prevention and recovery approaches have been proposed to solve the hidden node problem, but all of them have complex control overhead. In this paper, we propose a fast retransmission scheme as a recovery approach. The proposed scheme identifies collisions caused by hidden nodes and then allows retransmission without collision. Analysis and simulations show that the proposed scheme has greater throughput than request-to-send and clear-to-send (RTS/CTS) and a shorter average waiting time.

• 한국산업정보학회논문지
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• 제19권2호
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• pp.1-13
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• 2014

In IEEE 802.11p/1609-based vehicular networks, vehicles are allowed to exchange safety and control messages only within time periods, called control channel (CCH) interval, which are scheduled periodically. Currently, the length of the CCH interval is set to the fixed value (i.e. 50ms). However, the fixed-length intervals cannot be effective for dynamically changing traffic load. Hence, some protocols have been recently proposed to support variable-length CCH intervals in order to improve channel utilization. In existing protocols, the CCH interval is subdivided into safety and non-safety intervals, and the length of each interval is dynamically adjusted to accommodate the estimated traffic load. However, they do not consider the presence of hidden nodes. Consequently, messages transmitted in each interval are likely to overlap with simultaneous transmissions (i.e. interference) from hidden nodes. Particularly, life-critical safety messages which are exchanged within the safety interval can be unreliably delivered due to such interference, which deteriorates QoS of safety applications such as cooperative collision warning. In this paper, we therefore propose a new interference-aware Dynamic Safety Interval (DSI) protocol. DSI calculates the number of vehicles sharing the channel with the consideration of hidden nodes. The safety interval is derived based on the measured number of vehicles. From simulation study using the ns-2, we verified that DSI outperforms the existing protocols in terms of various metrics such as broadcast delivery ration, collision probability and safety message delay.

• Journal of Communications and Networks
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• 제13권5호
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• pp.421-427
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• 2011

Problems encountered in IEEE 802.11 medium access control (MAC) design are interferences from neighboring or hidden nodes and collision from simultaneous transmissions within the same contention floors. This paper presents the selective decoding schemes in MAC protocol for multiple input multiple output ad-hoc networks. It is able to mitigate interferences by using a developed minimum mean-squared error technique. This interference mitigation combined with the maximum likelihood decoding schemes for the Alamouti coding enables the receiver to decode and differentiate the desired data streams from co-channel data streams. As a result, it allows a pair of simultaneous transmissions to the same or different nodes which yields the network utilization increase. Moreover, the presented three decoding schemes and time line operations are optimally selected corresponding to the transmission demand of neighboring nodes to avoid collision. The selection is determined by the number of request to send (RTS) packets and the type of clear to send packets. Both theoretical channel capacity and simulation results show that the proposed selective decoding scheme MAC protocol outperforms the mitigation interference using multiple antennas and the parallel RTS processing protocols for the cases of (1) single data stream and (2) two independent data streams which are simultaneously transmitted by two independent transmitters.