KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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제15권12호
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pp.4617-4632
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2021
IEEE 802.11ax is a protocol being developed for high-density Wireless Local Area Networks (WLAN). Several algorithms have been proposed to improve the level of spatial reuse applied in IEEE 802.11ax. However, these algorithms are tentative and do not specify how to select the transmit power and carrier sense threshold in practice; It is unclear when and why the tuned parameters lead to better network performance. In this paper, we restricted the scale of transmit power tuning to prevent the case of backfire in which spatial reuse will result in transmission failure. If the restrictions cannot be satisfied, spatial reuse will be abandoned. This is why we named the proposed scheme as Arbitration based Spatial Reuse (ASR). We quantified the network performance after spatial reuse, and formulate a corresponding maximum problem whose solution is the optimal carrier sense threshold and transmit power. We verified our theoretical analysis by simulation and compared it with previous studies, and the results show that ASR improves the throughput up to 8.6% compared with 802.11ax. ASR can avoid failure of spatial reuse, while the spatial reuse failure rate of existing schemes can up to 36%. To use the ASR scheme in practice, we investigate the relation between the optimal carrier sense threshold and transmit power. Based on the relations got from ASR, the proposed Relation based Spatial Reuse (RSR) scheme can get a satisfactory performance by using only the interference perceived and the previously found relations.
This paper proposes a graph-theatrical approach to optimize spatial reuse by adopting a technique that quantizes the channel information into single bit sub-messages. First, we introduce an interference graph to model the network topology. Based on the interference graph, the computational requirements of the algorithm that computes the optimal spatial reuse factor of each user are reduced to quasilinear time complexity, ideal for practical implementation. We perform a resource allocation procedure that can maximize the efficiency of spatial reuse. The proposed spatial reuse scheme provides advantages in beamforming systems, where in the interference with neighbor nodes can be mitigated by using directional beams. Based on results of system level measurements performed to illustrate the physical interference from practical millimeter wave wireless links, we conclude that the potential of the proposed algorithm is both feasible and promising.
In this paper, a tradeoff between the total energy consumption-per-bit and the end-to-end rate under spatial reuse in wireless multi-hop network is developed and analyzed. The end-to-end rate of the network is the number of information bits transmitted (end-to-end) per channel use by any node in the network that is forwarding the data. In order to increase the bandwidth efficiency, spatial reuse is considered whereby simultaneous relay transmissions are allowed provided there is a minimum separation between such transmitters. The total energy consumption-per-bit includes the energy transmitted and the energy consumed by the receiver to process (demodulate and decoder) the received signal. The total energy consumption-per-bit is normalized by the distance between a source-destination pair in order to be consistent with a direct (single-hop) communication network. Lower bounds on this energy-bandwidth tradeoff are analyzed using convex optimization methods. For a given location of relays, it is shown that the total energy consumption-per-bit is minimized by optimally selecting the end-to-end rate. It is also demonstrated that spatial reuse can improve the bandwidth efficiency for a given total energy consumption-per-bit. However, at the rate that minimizes the total energy consumption-per-bit, spatial reuse does not provide lower energy consumption-per-bit compared to the case without spatial reuse. This is because spatial reuse requires more receiver energy consumption at a given end-to-end rate. Such degraded energy efficiency can be compensated by varying the minimum separation of hops between simultaneous transmitters. In the case of equi-spaced relays, analytical results for the energy-bandwidth tradeoff are provided and it is shown that the minimum energy consumption-per-bit decreases linearly with the end-to-end distance.
IEEE 802.11를 비롯한 여러 무선 네트워크에서는 multi-rate을 활용한 시스템 성능향상에 관한 연구가 진행되고 있다. 그 중에 한가지 연구결과로 제안된 방법이 rDCF.이다. 만약 Mesh 네트워크에서 rDCF를 동작시킨다면, 시스템 throughput의 증가, Packet delay의 감소와 항께 채널상태에 따라 포워딩 전략을 다르게 함으로써 채널 error의 영향이 줄어들 것으로 기대해 볼 수 있다. 하지만 기존의 rDCF를 아무런 revision 없이 Mesh 네트워크에 적용하기에는 spatial reuse 측면에서 비효율적이다. Mesh 네트워크에서는 외부 네트워크와 access point 지점이 되는 portal쪽으로 traffic이 집중되는 것이 일반적이므로 portal에 가까울수록 traffic간의 contention도 가중되므로 시스템 전체 성능에 영향을 미치게 된다. 이러한 문제를 줄이기 위하여 무선 네트워크 환경에서 spatial reuse 측면을 향상시킴으로써 동시에 진행되는 communication 수를 늘리는 방법이 있다. 그러므로 본 논문에서 rDCF의 spatial reuse를 늘임으로써 좀더 Mesh Network위에서도 효율적으로 작동할 수 있는 기법을 제시하고자 한다.
무선 Ad hoc 네트워크에 지향성 안테나를 사용함으로써 간섭의 영향 감소, 공간재이용(spatial reuse) 증가, 그리고 통신용량 증가 등의 장점을 실현할 수 있다. 그러나 기존의 IEEE 802.11 MAC 프로토콜은 무지 향성 안테나를 고려하여 설계되었기 때문에 기존의 MAC 프로토콜을 지향성 안테나를 탑재한 무선 Ad hoc 네트워크에 적용할 경우 그 장점을 효율적으로 제공할 수 없다. 본 논문에서는 최적의 공간재이용을 통한 성능향상을 달성하기 위한 MAC 프로토콜을 제안하였으며, 시뮬레이션을 통하여 기존의 MAC과 통신효율과 종단간 지연을 비교하였다.
For mobile wireless systems with full frequency reuse, co-channel interference near the cell coverage boundaries has a significant impact on the signal reception performance. This paper addresses an approach to efficiently mitigate the effect of downlink co-channel interference when multi-antenna terminals are used in cellular environments, by proposing a signal detection strategy combined with a system-level coordination for dynamic frequency reuse. We demonstrate the utilization of multi-antennas to perform spatial demultiplexing of both the desired signal and interfering signals from adjacent cells results in significant improvement of spectral efficiency compared to the maximal ratio combining (MRC) performance, especially when an appropriate frequency reuse based on the traffic loading condition is coordinated among cells. Both analytic expressions for the capacity and experimental results using the adaptive modulation and coding (AMC) are used to confirm the performance gain. The robustness of the proposed scheme against varying operational conditions such as the channel estimation error and shadowing effects are also verified by simulation results.
본 논문에서는 고밀집 환경에서 대용량 MIMO가 장착된 무선랜 시스템의 효율을 높이기 위한 방식으로 결합공간 분할 및 재사용 기법을 제안한다. 제안한 기법은 다중 안테나로 생성할 수 있는 공간 자원을 간섭을 미리 억제하는데 사용하는 공간 자원과 캐리어 센싱 및 전송을 하는데 이용하는 공간 자원으로 분리한다. 분리된 공간자원의 양에 따라 다른 캐리어 센싱 한계값을 할당하여, 해당 공간 자원으로의 전송 여부를 결정한다. 이 방식은 공간 분할 (spatial division) 최적화 문제와 공간 재사용 (spatial reuse) 최적화 문제를 동시에 고려해 네트워크의 전송 용량을 최대화한다. 시뮬레이션을 통해 제안한 기법이 IEEE 802.11에서 정의된 캐리어 센싱 기법보다 네트워크의 용량을 133% 증가시키므로 차세대 무선랜 시스템에 적용하여 사용자에게 우수한 전송 품질을 제공해 줄 수 있음을 보인다.
Directional antennas are used to improve spatial reuse, but have the problem of deafness. The DUDMAC protocol uses the ORTS, OCTS, DDATA, and DACK mechanisms and a blocking algorithm for directional transmissions. In this paper, we propose a tone dual-channel directional MAC (Tone DUDMAC) protocol to improve spatial reuse. The Tone DUDMAC protocol uses the ORTS, DCTS, DDATA, and DACK mechanisms including the DDATA_tone and OCTS_tone. We use ORTS as that in DUDMAC because of location unawareness of neighbor's nodes. The DDATA_tone and OCTS_tone reduce a blocking area and improve spatial reuse. We confirm the throughput performance of the proposed MAC protocol by computer simulations using Qualnet ver.3.8 simulator.
Ad hoc MAC protocols using directional antennas can be used to improve the network capacity by improving spatial reuse. But, the directional MAC protocols have the problem of deafness and have a poor throughput performance. The dual-channel DMAC protocol has been proposed to mitigate deafness and improve spatial reuse. In this paper, we propose a dual-channel DMAC protocol using the omnidirectional antenna for an out-of-band tone and directional antennas for control/data channels. In the proposed MAC protocol, an omnidirectional out-of-band tone mitigates deafness and directional antennas used in control/data channels improve spatial reuse and reduce interference packets. The throughput performance of the proposed MAC protocol is confirmed by computer simulations using Qualnet ver. 3.8 simulator.
In this study, we focused on 'Adaptive Reuse', which has the concepts of space reconstitution and social and cultural regeneration, so that previously constructed highrise buildings can accommodate various changes in modern society, and new spatial design was developed based on the characteristics of adaptive reuse. We sought to present the concept and direction, detailed strategies, and architectural response elements of space reconstitution for the purpose of realizing the typical spatial reorganization required by modern society and seeking directions and methods of space reconstitution that can be applied to future society. The purpose is to do so.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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