• KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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• 제17권1호
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• pp.185-201
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• 2023

Grant-free random access (GFRA) can reduce the access delay and signaling cost, and satisfy the short transmission packet and strict delay constraints requirement in internet of things (IoT). IoT is a major trend in the future, which is characterized by the variety of applications and devices. However, most existing studies on GFRA only consider a single type of device and omit the effect of access delay. In this paper, we study GFRA in multicell massive multipleinput multiple-output (MIMO) systems where different types of devices with various configurations and requirements co-exist. By introducing the backoff mechanism, each device is randomly activated according to the backoff parameter, and active devices randomly select an orthogonal pilot sequence from a predefined pilot pool. An analytical approximation of the average spectral efficiency for each type of device is derived. Based on it, we obtain the optimal backoff parameter for each type of devices under their delay constraints. It is found that the optimal backoff parameters are closely related to the device number and delay constraint. In general, devices that have larger quantity should have more backoff time before they are allowed to access. However, as the delay constraint become stricter, the required backoff time reduces gradually, and the device with larger quantity may have less backoff time than that with smaller quantity when its delay constraint is extremely strict. When the pilot length is short, the effect of delay constraints mentioned above works more obviously.

• 한국통신학회논문지
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• 제32권1A호
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• pp.13-23
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• 2007

본 논문에서는 OFDMA(Orthogonal Frequency Division Multiple Access) 시스템에서 실시간 트래픽 전송을 위한 효율적 패킷 스케줄링 기법을 제안한다. 본 방식은 패킷의 시간 지연 구속을 우선 만족시키면서 데이터 전송률도 향상시키는 기법으로 TEDC(Throughput Enhancement Under Delay-Constraint)라 불리운다. 사용자별 트래픽 특성에 따른 허용 지연 시간(Tolerable Delay Time TDT)을 정의하여 다양한 시간 지연 요구 조건을 차별화 하여 관리함으로써 무선 자원의 사용 효율을 향상시킨다. 논문에서 제안하는 TEDC 방식은 두 단계로 이루어진다. 첫 번째 단계에서는, 실시간 서비스를 위해 요구되는 시간 지연 구속을 만족하기 위해 잔여 허용 시간이 남지 않은 긴급한 사용자들에게 우선적으로 무선자원을 할당한다. 두 번째 단계에서는 첫 번째 단계에서 할당하고 남은 잉여 무선 자원에 대해서 자원의 활용도를 최대화하여 전체 데이터 전송률(Throughput)을 향상시킨다. 제안된 TEDC 방식의 성능은 기존의 자원할당 방식인 Round robin, M-LWDF, EXP 방식과 패킷 손실률, 데이터 전송률, 채널 활용도 측면에서 비교, 분석된다. 시뮬레이션 결과, TEDC 방식이 패킷 손실률, 데이터 전송률, 채널 활용도 측면에서 다른 자원 할당 방식보다 모두 우수한 성능을 보였다.

• 한국통신학회논문지
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• 제31권7A호
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• pp.717-724
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• 2006

본 논문에서는 MIMO-OFDM 시스템에서 물리 계층으로부터의 궤환(Feedback) 정보를 이용하여 MAC 계층에서의 전송 용량 극대화 및 공평성을 제공하는 FATM(Fairness Aware Throughput Maximizing) 스케줄링 방식 기반의 QoS 지원을 위한 우선순위 큐 기반의 스케줄링 기법을 제안한다. 제안된 우선순위 큐 스케줄링 기법은 서 비스 클래스별 지연 요구 조건을 최대한 보장함과 동시에, 강한 버스트 특정을 갖는 서비스 클래스의 성능 저하를 효과적으로 방지할 수 있다. 제안된 스케줄링 기법의 QoS 지원을 위한 큐 스케줄링 기법은 SPQ(Strict Priority Queueing), DCBQ(Delay Constraint Based Queuing), HDCBQ(Hybrid Delay Constraint Based Queuing)로 나누어지고, 세 가지 방식에 대한 모의실험을 통해 성능을 비교 평가하였다.

• KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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• 제7권4호
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• pp.632-650
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• 2013

The paper considers a spectrum sharing cognitive radio (CR) network coexisting with a primary network under the average interference power constraint. In particular, the secondary user (SU) is assumed to carry delay-sensitive services and thus shall satisfy a given delay quality-of-service (QoS) constraint. The secondary receiver is also assumed to be equipped with multiple antennas to perform maximal ratio combining (MRC) to enhance SU performance. We investigate the effective capacity of the SU with MRC diversity under aforementioned constraints in Nakagami fading environments. Particularly, we derive the optimal power allocation to achieve the maximum effective capacity of the SU, and further derive the effective capacity in closed-form. In addition, we further obtain the closed-form expressions for the effective capacities under three widely used power and rate adaptive transmission schemes, namely, optimal simultaneous power and rate adaptation (opra), truncated channel inversion with fixed rate (tifr) and channel inversion with fixed rate without truncation (cifr). Numerical results supported by simulations are presented to consolidate our studies. The impacts on the effective capacity of various system parameters such as the number of antennas, the average interference power constraint and the delay QoS constraint are investigated in detail. It is shown that MRC diversity can significantly improve the effective capacity of the SU especially for cifr transmission scheme.

• KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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• 제5권3호
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• pp.542-559
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• 2011

Most game-theoretic works of Aloha have emphasized investigating Nash equilibria according to the system state represented by the number of network users and their decisions. In contrast, we focus on the possible change of nodes' utility state represented by delay constraint and decreasing utility over time. These foregone changes of nodes' state are more likely to instigate selfish behaviors in networking environments. For such environment, in this paper, we propose a repeated Bayesian slotted Aloha game model to analyze the selfish behavior of impatient users. We prove the existence of Nash equilibrium mathematically and empirically. The proposed model enables any type of transmission probability sequence to achieve Nash equilibrium without degrading its optimal throughput. Those Nash equilibria can be used as a solution concept to thwart the selfish behaviors of nodes and ensure the system stability.

• 정보처리학회논문지C
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• 제10C권3호
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• pp.367-376
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• 2003

본 연구는 로컬 네트워크의 토폴로지를 설계하거나 루트 노드로부터 여러 개의 통신 경로를 구하는 데 사용될 수 있는 DCMST(Delay constrained Capacitated Minimum Spanning Tree) 문제를 다룬다. 기존의 CMST 문제는 루트 노드의 한 포트가 담당하는 트래픽의 용량에만 제한이 있는 데 비해 DCMST 문제에는 네트워크 평균 지연 시간의 제약 조건이 추가된다. 이 문제는 종단 노드의 트래픽 요구량과 네트워크의 평균 지연 시간을 만족시키는 스패닝 트리의 집합을 구하는 것으로 목적 함수는 전체 링크 비용을 최소로 하는 것이다. 본 연구에서는 트레이드-오프에 기준한 노드 교환 알고리즘과 노드 이동 알고리즘 그리고 평균 지연 알고리즘으로 구성되는 2 단계 휴리스틱을 제시한다. 실제 계산 경험과 성능 분석을 통해 제안한 알고리즘이 평균 지연을 고려한 기존의 CMST 알고리즘보다 비용 측면에 있어 더 우수한 해를 생성할 수 있음을 보였다.

• 정보처리학회논문지A
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• 제17A권1호
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• pp.27-32
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• 2010

Logical Effort의 기법은 회로의 지연 값을 간단한 필산으로 신속하게 측정할 수 있는 기술이다. 이 기법은 설계 공정 시간을 절약하는 장점도 있지만 고정 지연이라는 설계조건에서 회로의 면적이나 전력의 최소화를 도출할 수 있는 논리 경로를 설계하는데 약점도 있다. 이 논문에서는 균형 지연 모형을 제안하고 이 방법을 기반으로 논리경로에서 전력-지연 효율성을 최적화하는 기법을 제안하고자 한다. 본 논문의 기법을 사용하여 8-input AND 게이트의 3가지 서로 다른 설계 회로를 모의 시험한 결과 기존 Logical Effort의 기법보다 약 40%정도 전력 소비의 효율성이 향상되었다.

• 한국통신학회논문지
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• 제38A권5호
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• pp.393-400
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• 2013

단일 셀룰러 네트워크에는 같은 종류의 기지국만 존재하기 때문에 가장 가까운 기지국에 접속하는 하향 링크 수신 신호 기준 셀 접속이 상향 링크의 경우에도 최적의 셀 접속 방식이었다. 그러나 이기종 셀룰러 네트워크에서는 서로 다른 계층의 기지국의 하향 링크 수신 신호 차이와 상향 링크 수신 신호 차이가 다르기 때문에, 상향 링크 수신 신호의 경우 하향 링크 기반 셀 접속은 더 이상 최적의 셀 접속이 될 수 없다. 이에 본 논문에서는 이기종 셀룰러 네트워크에서 상향 링크 기준 셀 접속 기법에 대해 제안하고 상향 링크 성능을 효과적으로 볼 수 있는 성능 메트릭 (performance metric)을 제안한다. 이 성능 메트릭을 통하여 상향 링크 기준 셀 접속을 통해 아웃티지확률 (outage probability), 지연 제한 아웃티지 확률 (delay constraint outage probability), 지연 제한 아웃티지 용량 (delay constraint outage capacity) 측면에서 성능 향상을 보이고 상향 링크 기준 셀 접속의 필요성을 논의한다.

• ETRI Journal
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• 제27권6호
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• pp.733-746
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• 2005

In the context of multi-protocol label switching (MPLS) traffic engineering, this paper proposes a scalable constraintbased shortest path first (CSPF) routing algorithm with multiple QoS metrics. This algorithm, called the multiple constraint-based shortest path first (M_CSPF) algorithm, provides an optimal route for setting up a label switched path (LSP) that meets bandwidth and end-to-end delay constraints. In order to maximize the LSP accommodation probability, we propose a link weight computation algorithm to assign the link weight while taking into account the future traffic load and link interference and adopting the concept of a critical link from the minimum interference routing algorithm. In addition, we propose a bounded order assignment algorithm (BOAA) that assigns the appropriate order to the node and link, taking into account the delay constraint and hop count. In particular, BOAA is designed to achieve fast LSP route computation by pruning any portion of the network topology that exceeds the end-to-end delay constraint in the process of traversing the network topology. To clarify the M_CSPF and the existing CSPF routing algorithms, this paper evaluates them from the perspectives of network resource utilization efficiency, end-to-end quality, LSP rejection probability, and LSP route computation performance under various network topologies and conditions.

• 한국통신학회논문지
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• 제38C권2호
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• pp.219-226
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• 2013

본 논문에서는 수신 노드의 수가 증가하고 전달 제한 시간이 있는 브로드캐스트 센서 네트워크에서 아웃티지 확률을 감소시킬 수 있는 다중 홉 중계 방식을 제안한다. 패킷을 수신한 여러 개의 노드들이 분산 빔 형성 기법과 같이 동시에 패킷을 전송하는 다중 홉 중계 방식을 고려한다. 그리고 제한된 전달시간 내에서 패킷을 전송하는 데에 소모되는 평균 에너지 제한 조건을 만족 시키면서 패킷 수신에 성공한 모든 노드가 중계 노드로 동작하기 위한 채널 접속제어 기법과 송신 전력 제어 방식을 제안한다. 그리고 센서 네트워크 구축에 사용되는 지그비 기술의 다중 홉 브로드캐스트 중계 방식인 플러딩 기법과 비교하여 제안하는 방식의 아웃티지 확률이 더 낮아지고 평균 총 수신 전송률은 증가하게 되는 것을 실험을 통해서 보인다.