최근 스마트폰 2000만 시대가 열리면서 무선 데이터 트래픽이 폭증하고 있다. 이동통신사들은 LTE 구축과 함께 네트워크 가상화 기술도입에 나섰고 기업들 역시 한 단계 진화된 무선 LAN 도입을 서두르고 있다. 이러한 무선 LAN을 이용한 스마트폰 수요 및 태블릿 PC 가 폭발적으로 증가함에 따라 무선 LAN에 기반한 새로운 기술들이 활발히 논의되고 있다. 현재 사용자들이 가장 많이 사용하고 있는 802.11n의 후속으로, 차세대 스마트폰을 위한 핵심 기술로서 고용량 데이터 및 동영상을 보낼 수 있는 Gbps급 전송을 지원하는 IEEE 802.11 ac, IEEE 802.11 ad가 연구 중이다. 또한 광역 서비스를 지원하는 IEEE 802.11 af 및 IEEE 802.11 ah, 인증서비스를 간소화하여 초기링크 셋업시간을 감소시켜주는 IEEE 802.11 ai에 대해 본 논문에서는 무선 LAN 그룹의 연구와 분석에 대해 기술하고자 한다.
본 논문에서 ECOT(Estimated Channel Occupancy Time)이라는 새로운 무선 링크 성능 지표를 제시하며, 이를 기반으로 멀티 홉 무선 메쉬 네트워크 환경에서 종간간 높은 수율을 얻고자 한다. ECOT의 핵심적인 특징은 다양한 형태의 IEEE 802.11 MAC(Medium Access Control) 환경에서 적용이 가능하다는 점이다. 우리는 802.11 DCF(Distributed Coordination Function), 802.11e EDCA(Enhanced Distributed Channel Access) with BACK(Block Acknowledgement), 802.11n A-MPDU(Aggregate MAC Protocol Data Unit)와 같은 다양한 형태의 링크 계층 구조를 고려하며, 이와 같은 다양한 환경에서 제안하는 ECOT이 기 제안된 다른 성능 지표 방법론과 비교하여 높은 종단간 수율 성능(이득: $8.5{\sim}354.4%$)을 보여줄 수 있다는 것을 확인하였다.
최근 OFDM 방식을 채택한 무선 전송 표준이 많아지면서 그에 대한 스펙트럼 센싱 및 식별에 대한 연구가 활발하게 전개되고 있다. OFDM 기반 무선랜 전송 방식 중에서 IEEE 802.11a와 IEEE 802.11n 방식은 OFDM 심볼이나 CP(cyclic prefix)의 길이 같은 OFDM 심볼 구조 측면에서 매우 유사하기 때문에 이런 파라미터의 차이를 활용하는 기존의 스펙트럼 센싱 방식으로는 두 가지 방식을 구분하기 어렵다. 본 논문에서는 두 가지 방식이 차지하는 주파수 대역폭이 다르다는 점에 착안하여 이들 전송 방식을 구분할 수 있는 방안을 제안하고 성능을 살펴본다.
CDMA 기술을 기반으로 하는 이동통신시스템의 발전과 DSL 기반의 유선통신시스템의 발전은 우리나라를 세계적인 정보통신 강국으로 성장시키고 있다. 세계적으로 높은 수준의 개인용 컴퓨터와 이동통신단말기 보유율을 바탕으로 폭발적인 인터넷서비스사용량의 증가뿐만 아니라 무선인터넷서비스에 대한 요구사항도 증가하고 있다. 이에 맞춰 무선 LAN은 고속의 가입자 전송속도를 지원하기 위해 발전하고 있다. 이미 high throughput을 목표로 하는 국제 표준화가 진행되어 마무리 단계에 있고, 이에 세계적인 칩셋 업체들이 앞다투어 IEEE 802.11n draft 이전의 EWC 버전을 이용한 칩셋을 발표하고 있다. 현재 ETRI에서는 802.11n draft 표준안을 기반으로 하는 칩셋 개발이 완성 단계에 이르렀으며, 이미 그 기능 및 성능에 대해 FPGA를 이용한 시스템 구축으로 확인하였다. 앞으로 네트워크, 오피스 네트워크 및 휴대폰 탑재 칩 등에 대한 대규모 시장 형성이 예상되고 있어 경제적 기대효과를 기대할 수 있다.
IEEE 802.11n 무선 랜 표준의 채널 부호화 방법 중 하나인 LDPC(Low-Density Parity-Check) 부호는 오류정정 성능이 매우 우수하나 복호기 회로의 복잡도가 커서 복호성능과 하드웨어 복잡도 사이의 trade-off 관계를 고려한 설계가 중요하다. 본 논문에서는 최소합 알고리듬(Min-Sum Algorithm; MSA) 기반 LDPC 복호기에서 LLR(Log-Likelihood Ratio) 근사화가 복호성능에 미치는 영향을 분석하고, 이를 통해 LDPC 복호기의 최적 설계조건을 도출하였다. IEEE 802.11n 무선 랜 표준의 블록길이 1,944 비트, 부호화율 1/2의 LDPC 패리티 검사 행렬과 최소합 기반의 반복복호 알고리듬을 적용하여 LLR 근사화에 따른 비트오율(BER) 성능을 분석하였다. $BER=10^{-3}$에 대해 LLR 비트 폭 (6,4)와 (7,5)의 $E_b/N_o$는 0.62 dB의 차이를 보였으며, 최대 반복복호 횟수 6과 7에 대한 $E_b/N_o$의 차이는 약 0.3 dB로 나타났다. 시뮬레이션 결과로부터, LLR 근사화 비트 폭이 (7,5)이고 반복복호 횟수가 7인 경우에 가장 우수한 비트오율 성능을 나타내었다.
국내의 홈네트워크 서비스는 홈오토메이션 제공 중심에서 엔터테인먼트 요소가 강화된 멀티미디어 기반의 네트워크 서비스로 변모하고 있다. 홈네트워크를 구성하는 요소 중 PC와 TV는 댁내에 멀티미디어 기반의 네트워크 서비스를 구축하는데 있어 가장 중요한 역할을 수행할 것으로 예상된다. 그에 따라 PC와 TV 간 네트워크를 구축하는 것이 중요한 이슈로 떠오르고 있다. 그러나 PC와 TV 간 네트워크 구축을 위해서는 댁내 노출 배선 등의 문제로 인하여 무선 기술을 사용하는 것이 유용하지만, 현재 기존 무선 전송 기술(IEEE 802.11 a/b/g, Bluetooth 등)들은 HD 등의 대용량 컨텐츠 전송 및 QoS 를 제공하기가 어렵다. 따라서 본 논문에서는 PC와 TV 간 무선으로 네트워크 구축시 고려사항 및 무선전송기술개발 요소를 살펴본다. 특히 무선전송기술로는 고속 데이터 전송이 가능한 UWB(Ultra Widebnad)와 IEEE 802.11n 기술을 중심으로 고려한다. 또한 UWB와 IEEE 802.11n을 이용하여 네트워크가 구축되었을 때 제공 가능한 서비스 시나리오에 대해서도 소개한다.
본 논문애서는 IEEE 802.11a 무선 LAN에서 주파수 선택적이고 완만하게 변하는 Ricean 페이딩 채널환경을 고려하여 $E_{b}/N_{o}$ 및 BER에 따른 MAC(Medium Access Control) 계층의 CSMA/CA 기반 DCF(Distributed Coordination Function) 처리율을 분석하였다. 또한 처리율을 분석하는 데 단말수 및 MSDU(MAC SDU) 크기도 고려하였으며 IEEE 802.11a의 필수 전송속도인 6, 12, 24Mbps 및 54Mbps급에 대하여 검토한 결과 $E_{b}/N{o}$가 증가할 수록 BER이 감소할수록 처리율은 증가한다는 것을 알 수 있다.
IEEE 802.11n 무선랜은 여러 개의 MPDU를 집적하여 하나의 PPDU(Physical Layer Protocol Data Unit)로 전송하는 A-MPDU(Aggregate - MAC Protocol Data Unit) 방식의 매체 접근 제어(MAC: Media Access Control) 프로토콜을 사용하여 높은 처리율을 지원하고 있다. 기존에는 채널 환경에 따라 집적하는 MPDU의 개수를 동적으로 바꿔주는 채널 정보 기반의 A-MPDU 방식이 많이 연구되었지만 이러한 방식들은 수신자로 부터의 복잡한 무선 채널 정보를 이용하기 때문에 시스템 오버헤드가 증가한다. 따라서 본 논문에서는 이러한 문제점을 해결하기 위해 복잡한 무선 채널 정보를 이용하지 않고 A-MPDU내의 MPDU 수신여부를 나타내는 BA 신호를 이용해 작은 오버헤드를 가지고도 A-MPDU내의 집적된 MPDU의 개수를 동적으로 결정하는 BA 기반 동적 A-MPDU 방식을 제안하였다. 본 논문에서는 NS-2(Network Simulator-2)에 의한 모의실험을 통하여 제안된 방식이 기존의 고정 A-MPDU 방식보다 더 높은 처리율과 더 낮은 패킷 오류율을 가짐을 확인하였다.
2007년 3월부터 WFA에서 시작된 "Wi-Fi $CERTIFIED^{TM}$ 802.11n draft 2.0" 인증을 통해 현재까지 180가지가 넘는 제품이 출시되고 있는 가운데 이러한 시장의 상황을 반영하듯 여러 매체를 통해 IEEE 802.11n이 핫이슈로 등장하였다. 예를 들어 $1820{\times}1080$ pixels, 24 bits/pixel, 초당 60 프레임 정도의 1080p급 비디오를 전송하려면 Gbps 이상의 전송속도를 필요로 한다. 이를 위하여 최근에 Gbps 이상의 차세대 무선랜 서비스를 위한 새로운 국제규격을 정의하려는 움직임이 IEEE 802.11 내에서 활발해지고 있다. 본 고에서는 이러한 IEEE 802.11에서의 표준화 활동을 중심으로 차세대무선랜에 대한 응용분야, 관련기술, 표준화 작업 내용에 대해 살펴보고자 한다.
IEEE 802.11n 표준은 새로운 방식의 전송속도 조절기법(Link adaptation)을 위한 기반을 제공한다. 802.11n에서 채널의 변화로부터 최대한의 이득을 얻기 위해, 한 단말은 다른 단말에게 Modulation and Coding Scheme (MCS) 피드백을 요청할 수 있다. 그러나 무선 채널의 상태는 시간에 따라 변한다. MCS 피드백 요청으로부터 피드백 받은 정보의 적용까지 걸린 시간이 특정 값보다 커지면 그 사이의 채널 상태 변화로 언해 피드백 받은 정보는 쓸모없어지게 된다. 단말이 무선채널 상태의 변화 정도를 추정할 수 있다면 전송속도 조절기법의 정확도를 개선할 수 있다. 이 논문은 크게 두 항목에 초점을 맞추고 있다. 첫째, NS-2 시뮬레이션을 통해 802.11n에서 coherence time이 MCS 피드백 기반 전송속도 조절기법의 성능에 어떤 영향을 마치는지 분석한다. 둘째로, 이 논문은 전송속도 조절기법의 성능에 큰 영향을 주는 채널의 coherence time을 추정하는 효율적인 방법을 제시한다. Allan variance 정보 통계를 활용하여 단말은 수신 링크의 coherence time을 추정할 수 있다. 추정한 coherence 기반의 Link adaptation에 적용할 경우 기존의 기법보다 더 나은 성능을 얻을 수 있다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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