OFDMA 시스템 상향 링크에서, 임의 접근 채널의 차별화된 서비스 품질 제공을 위한 Backoff 기반 임의 접근 알고리즘 및 그 성능 분석 Backoff-based random access algorithm for offering differentiated QoS services in the random access channels of OFDMA systems원문보기
본 논문에서는 다중 서비스 다중 사용자 OFDMA 시스템의 임의 접근채널에서 차별화된 서 비스 품질을 제공하기 위하여 backoff기반 임의 접근 알고리즘을 제안하고, 임의 접근 채널의 주 자원인 부채널의 수와 PN-코드의 수가 주어진 경우, 제안된 알고리즘의 성능을 각 서비스 클래스 접속 확률의 함수로서, 각 서비스 클래스의 접속 성공 확률, 처리율, 블로킹 확률, 접속 지연관점에서 분석한다. 수치적 분석을 통하여 제안된 backoff 기반 임의 접근 알고리즘이 서로 다른 서비스 클래스의 임의접근 시도들에게 차등한 서비스 품질을 제공할 수 있음을 보였다.
본 논문에서는 다중 서비스 다중 사용자 OFDMA 시스템의 임의 접근채널에서 차별화된 서 비스 품질을 제공하기 위하여 backoff기반 임의 접근 알고리즘을 제안하고, 임의 접근 채널의 주 자원인 부채널의 수와 PN-코드의 수가 주어진 경우, 제안된 알고리즘의 성능을 각 서비스 클래스 접속 확률의 함수로서, 각 서비스 클래스의 접속 성공 확률, 처리율, 블로킹 확률, 접속 지연관점에서 분석한다. 수치적 분석을 통하여 제안된 backoff 기반 임의 접근 알고리즘이 서로 다른 서비스 클래스의 임의접근 시도들에게 차등한 서비스 품질을 제공할 수 있음을 보였다.
In this paper, in order that the various QoS(Qualify of Service)s that are required by different traffic class are guaranteed in the random access channels in multi-service multi-user OFDMA systems, the backoff-based random access algorithm is proposed and corresponding performance is analyzed in te...
In this paper, in order that the various QoS(Qualify of Service)s that are required by different traffic class are guaranteed in the random access channels in multi-service multi-user OFDMA systems, the backoff-based random access algorithm is proposed and corresponding performance is analyzed in terms of the access success probability, the throughput, the average delay and the blocking probability. Through the numerical analysis, it is shown that the proposed backoff-based random access algorithm can provide the differentiated QoSs to random access attempts according to their service class.
In this paper, in order that the various QoS(Qualify of Service)s that are required by different traffic class are guaranteed in the random access channels in multi-service multi-user OFDMA systems, the backoff-based random access algorithm is proposed and corresponding performance is analyzed in terms of the access success probability, the throughput, the average delay and the blocking probability. Through the numerical analysis, it is shown that the proposed backoff-based random access algorithm can provide the differentiated QoSs to random access attempts according to their service class.
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문제 정의
본 논문에서는 다중 서비스 다중 사용자 OFDMA 시스템의 임의 접근채널에서 차별화된 서비스 품질을 제공하기 위하여 backoff기반 임의 접근 알고리즘을 제안하였다. 또한, 임의 접근 채널의 주 자원인 부채널의 수와 PN-코드의 수가 주어진 경우, 제안된 알고리즘의 성능을 각서비스 클래스 접속 확률의 함수로서, 각서비스클래스의 접속성공확률, 블로킹 확률, 접속지연관점에서 분석하였다.
본 논문은 단일 셀 환경 에서 동작하는 OFDMA/TDD 시스템을 고려 한다. 셀내에 다수의 사용자(MT : mobile terminal)들이 존재하며 하나의 기지국이 존재한다.
이에 본 논문에서는 서로 다른 트래픽들이 요구하는다양한 서비스 품질(QoS)을 OFDMA 시스템의 임의 접근 채널의 상향링크에서 보장하기 위하여, backoff 기반임의 접근 알고리즘을 제안하고 그 성능을, 임의 접근 성공 확률, 처리율, 평균 접속 지연 그리고 블로킹 확률 관점에서 분석한다. 수치적 분석을 통하여 제안된 backoff 기반 임의 접근 알고리즘이 실시간 및 비실시간 트래픽들에 대하여 차등한서비스 품질(QoS)을 제공할 수 있음을 보인다.
가설 설정
먼저 엑세스 서비스클래스 0 (Access Service Class 0 : ASC0)은 실시간 트래픽과같이 지연에 민감한트래픽을 위한접속서비스클래스이며, 엑세스 서비스 클래스 1 (Access Service Class 1: ASCI)은 인터넷 접속과 같은 비 실시간 트래픽사용자들에게 할당되는 서비스 클래스로 정의한다. 또한 각 단말에서 프레 임 당 入의 요청률을 갖고 포아송 분포에 따라 임 의 접 근 전송 요청 이 발생 한다고 가정 한다. 따라서 셀내에 N개의 단말이 존재할 때 프레임당, 入 .
임의 접근을 위한 부채널수, 。는 2로 고정되었고, 임의 접근을 위한 PN-코드 수, Q는4로 주어졌다. 임의 접근을 시도하고 있는 전체 사용자들의 수 丿는 12명으로, 한 프레임의 길이는4ms, 한 OFDM 심볼 당 부반송파 수는 1024, 시스템 대역폭은 20MHz로 가정한다. 이하, 제안된 backoff 기반 임의 접근 알고리즘의 성능을 평균접속성공확률, 처리율, 평균접속지 연, 그리고 블로킹 확률 관점에서 고찰하며 사용된 시뮬레이션 툴은 매트랩(matlab)을 이용하였다.
제안 방법
수치적 분석을 통하여 제안된 backoff 기반 임의 접근 알고리즘이 실시간 및 비실시간 트래픽들에 대하여 차등한서비스 품질(QoS)을 제공할 수 있음을 보인다. 또한 요구되는 각서비스 클래스의 허용 가능한최소 접속성공 확률, 최대 접속 지연, 최대 블리킹 확률이 주어진 경우, 이를 만족할 수 있는 각 서비스 클래스의 접속 확률값을 구함으로써 임의 접근 채널의 운용점을 제공한다.
그렇지 않는 경우, 다음 프레임에서 다시 임의접근을 시도한다. 또한, 각 단말들에서 유지 되는 경 쟁 윈도우 구간(Contention window interval) 즉, [1CW] 내에 서임의의 정수 값N을 선택하고 랜덤 엑세스 예약 채널(또는 코드)의 피드백(feedback)을 확인하기 위해 공통 제어채 널 (downlink common control channel: DCCH)을 수신하고 이를 통해 다음 프레임 내에서 예약되지 않은 RACH 채널들의 수를 계산하고 첫 번째 예약되지 않은 RACH부터 시작하여 N개를 카운트한 다음 N번째 예 약되지 않은 RACH 채널을 통하여 자원요청메시지를 전송하다. 여기서 CW의 초기값은 임의 접근 채널 자원의량으로 설정된다.
또한, 임의 접근 채널의 주 자원인 부채널의 수와 PN-코드의 수가 주어진 경우, 제안된 알고리즘의 성능을 각서비스 클래스 접속 확률의 함수로서, 각서비스클래스의 접속성공확률, 블로킹 확률, 접속지연관점에서 분석하였다. 그 결과 특정 서비스 클래스의 성능을 향상시키기 위해서는 그 서비스 클래스의 접속확률값을높이고 타 서비스 클래스의 접속확률값을 낮춤으로써요구되는 서비스 품질을 만족시킬 수 있음을 보였으며제안된 임의 접근 알고리즘이 서로 다른 서비스 클래스의 임의접근 시도들에게 차등한 서비스 품질을 제공할수 있음을 보였다.
본 논문에서는 또한서로 다른 종류의 서비스요구조건을 요구하는 트래픽들을 고려 하기 위 해, 2개의 임 의접근 서비스 클래스를 사용한다. 먼저 엑세스 서비스클래스 0 (Access Service Class 0 : ASC0)은 실시간 트래픽과같이 지연에 민감한트래픽을 위한접속서비스클래스이며, 엑세스 서비스 클래스 1 (Access Service Class 1: ASCI)은 인터넷 접속과 같은 비 실시간 트래픽사용자들에게 할당되는 서비스 클래스로 정의한다.
우선 데이터 를 전송하고자 하는 단말들은 그림 1과 같이, 공통 제어 채 a (downlink common control channel: DCCH) 을 통하여 기지국에서 브로드캐스팅된 임의 접근 채널 정보및 각 서비스 클래스들의 접근 확률값을 수신하고 자원요청 메시지 작성 을 준비 한다. 본 논문에서는 서비스 클래스 0과 서비스 클래스 1의 접근 확률값을 각각 乙와 弓 으로 표기 한다. 랜덤 엑세스 단계에서 각 단말들은 [0 1] 사이 의 랜덤 값을 선택하여 그 값이 자신이 속하는 서 비스 클래스들의 접근 확률 보다 작을 경우만 임의 접근을시도한다.
데이터처리
임의 접근을 시도하고 있는 전체 사용자들의 수 丿는 12명으로, 한 프레임의 길이는4ms, 한 OFDM 심볼 당 부반송파 수는 1024, 시스템 대역폭은 20MHz로 가정한다. 이하, 제안된 backoff 기반 임의 접근 알고리즘의 성능을 평균접속성공확률, 처리율, 평균접속지 연, 그리고 블로킹 확률 관점에서 고찰하며 사용된 시뮬레이션 툴은 매트랩(matlab)을 이용하였다.
성능/효과
채널의 처리율을 보여준다. 각서비스 클래스의 접속 확률값이 증가함에 따라, 임의 접근 채널의 처 리율이증가하고 일정 값 이상의 클래스의 접속 확률값이 증가하면 임의 접근 채널의 처리율이 감소함을 알 수 있다. 처리율 값이 클수록 임의 접근 자원이 더 효율적으로 사용되는 것을 의미하지만, 의미 있는 시스템 처리율은 서비스 요구조건을 만족하는 각 서비스 클래스의 접속 확률값 범 위 에서 의미 를 갖는 것 에 주목하여 야 한다.
또한, 임의 접근 채널의 주 자원인 부채널의 수와 PN-코드의 수가 주어진 경우, 제안된 알고리즘의 성능을 각서비스 클래스 접속 확률의 함수로서, 각서비스클래스의 접속성공확률, 블로킹 확률, 접속지연관점에서 분석하였다. 그 결과 특정 서비스 클래스의 성능을 향상시키기 위해서는 그 서비스 클래스의 접속확률값을높이고 타 서비스 클래스의 접속확률값을 낮춤으로써요구되는 서비스 품질을 만족시킬 수 있음을 보였으며제안된 임의 접근 알고리즘이 서로 다른 서비스 클래스의 임의접근 시도들에게 차등한 서비스 품질을 제공할수 있음을 보였다.
비스 클래스 1에 속하는 사용자의 임의 접근 시도와 차별화된 서비스 품질을 제공할 수 있음을 알 수 있다.
분석한다. 수치적 분석을 통하여 제안된 backoff 기반 임의 접근 알고리즘이 실시간 및 비실시간 트래픽들에 대하여 차등한서비스 품질(QoS)을 제공할 수 있음을 보인다. 또한 요구되는 각서비스 클래스의 허용 가능한최소 접속성공 확률, 최대 접속 지연, 최대 블리킹 확률이 주어진 경우, 이를 만족할 수 있는 각 서비스 클래스의 접속 확률값을 구함으로써 임의 접근 채널의 운용점을 제공한다.
5), 각 서비스 클래스 접속 확률에 따른 서비스클래스0의 블로킹 확률, 尸割을보여준다. 접속성공 확률값과유사하게, 서비스클래스0의 접속 확률, %이 증가하고, 서비스 클래스 1의 접속 확률값, n이 감소함에따라 서비스 클래스 0의 호 차단 확률, 乌0이 개선됨을알수 있다. 유사하게 서비스클래스 1의 임의 접근버스트들이 겪는 블로킹 확률값은 서비스 클래스。의 접속확률 %가 감소하고 서비스 클래스 1의 접속확률 n이증가함에 따라 그 성능이 개선될 것이다.
참고문헌 (5)
IEEE standard for wireless LAN medium access control (MAC) and physical layer (PHY) specifications : High-speed physical layer 1 the 5GHz Band, IEEE Standard 802.11 a, 1999
김기남, 김진호, 조성준, "OFDMA 시스템 상향 링크의 레인징 부호 검출 성능 향상 기법," 한국통신학회논문지, Vol.31, No.6A, 2006
G. Xuelin et. al., "A new random access system for TD-OFDMA systems," Proceedings of ISCIT, pp.689-692, 2005
I. Stavrakakis and D. Kazakos, "A multiuser random access communication system for users with different priories," IEEE Trans. Communications, pp. 1538-1541, 1991
G. Hwang, D. Choi, "Adaptive random channel allocation scheme in Hiperlan type 2," IEEE Communications letters, vol. 6, No.1, pp.40-42
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