IEEE 802.11 표준은 무선랜, 애드 혹 망 및 차량간 통신 망 등 무선 데이터 망에 광범위하게 이용되고 있다. 이에 따라 망 성능 최적화 및 효과적인 망 자원 관리 기법의 개발을 위해 IEEE 802.11의 성능 분석이 광범위하게 이루어져 왔으나 대부분의 성능 분석 연구들은 데이터 평면에서 유니캐스트 전송 기법의 성능에 관한 것들이었다. 그러나 무선 데이터 망에서는 망 형상 관리, 노드 사이의 경로 관리 및 데이터 전송 방법으로 IEEE 802.11 브로드캐스트 기법을 이용하고 있다. 따라서 IEEE 802.11 브로드캐스트 기법의 성능에 대한 정확한 이해는 무선 데이터 망 설계를 위해 매우 중요하다. 이에 따라 본 논문에서는 노드의 전송 범위, 데이터 전송율, 최소 경합 윈도우의 크기와 같은 IEEE 802.11 시스템 파라미터뿐만 아니라 노드의 수, 망의 부하, 전파 전송 환경과 같은 망 운용 환경을 모두 고려하여 IEEE 802.11 브로드캐스트 기법의 성능을 송신 노드와의 거리에 따른 브로드캐스트 프레임 수신 확률 측면에서 분석한다. 제안된 분석 프레임은 망 환경과 관련된 모든 파라미터들을 고려하기 때문에 동적인 무선 데이터 망 환경을 위한 적응성 있는 제어 기법 개발에 이용될 것으로 기대된다.
IEEE 802.11 표준은 무선랜, 애드 혹 망 및 차량간 통신 망 등 무선 데이터 망에 광범위하게 이용되고 있다. 이에 따라 망 성능 최적화 및 효과적인 망 자원 관리 기법의 개발을 위해 IEEE 802.11의 성능 분석이 광범위하게 이루어져 왔으나 대부분의 성능 분석 연구들은 데이터 평면에서 유니캐스트 전송 기법의 성능에 관한 것들이었다. 그러나 무선 데이터 망에서는 망 형상 관리, 노드 사이의 경로 관리 및 데이터 전송 방법으로 IEEE 802.11 브로드캐스트 기법을 이용하고 있다. 따라서 IEEE 802.11 브로드캐스트 기법의 성능에 대한 정확한 이해는 무선 데이터 망 설계를 위해 매우 중요하다. 이에 따라 본 논문에서는 노드의 전송 범위, 데이터 전송율, 최소 경합 윈도우의 크기와 같은 IEEE 802.11 시스템 파라미터뿐만 아니라 노드의 수, 망의 부하, 전파 전송 환경과 같은 망 운용 환경을 모두 고려하여 IEEE 802.11 브로드캐스트 기법의 성능을 송신 노드와의 거리에 따른 브로드캐스트 프레임 수신 확률 측면에서 분석한다. 제안된 분석 프레임은 망 환경과 관련된 모든 파라미터들을 고려하기 때문에 동적인 무선 데이터 망 환경을 위한 적응성 있는 제어 기법 개발에 이용될 것으로 기대된다.
The IEEE 802.11 standard has been used for wireless data networks such as wireless LAN, ad-hoc network, and vehicular ad-hoc network. Thus, the performance analysis of the IEEE 802.11 specification has been one of the hottest issues for network optimization and resource management. Most of the analy...
The IEEE 802.11 standard has been used for wireless data networks such as wireless LAN, ad-hoc network, and vehicular ad-hoc network. Thus, the performance analysis of the IEEE 802.11 specification has been one of the hottest issues for network optimization and resource management. Most of the analysis studies were performed in a data plane of the IEEE 802.11 unicast. However, IEEE 802.11 broadcast is widely used for topology management, path management, and data dissemination. Thus, it is important to understand the performance of the broadcast scheme for the design of efficient wireless data network. In this contort, we analyze the IEEE 802.11 broadcast scheme in terms of the broadcast frame reception probability according to the distance from a sending node. Unlike the other works, our analysis framework includes not only the system parameters of the IEEE 802.11 specification such as transmission range, data rate, minimum contention window but also the networking environments such as the number of nodes, network load, and the radio propagation environments. Therefore, our analysis framework is expected to be used for the development of protocols and algorithms in a dynamic wireless data network.
The IEEE 802.11 standard has been used for wireless data networks such as wireless LAN, ad-hoc network, and vehicular ad-hoc network. Thus, the performance analysis of the IEEE 802.11 specification has been one of the hottest issues for network optimization and resource management. Most of the analysis studies were performed in a data plane of the IEEE 802.11 unicast. However, IEEE 802.11 broadcast is widely used for topology management, path management, and data dissemination. Thus, it is important to understand the performance of the broadcast scheme for the design of efficient wireless data network. In this contort, we analyze the IEEE 802.11 broadcast scheme in terms of the broadcast frame reception probability according to the distance from a sending node. Unlike the other works, our analysis framework includes not only the system parameters of the IEEE 802.11 specification such as transmission range, data rate, minimum contention window but also the networking environments such as the number of nodes, network load, and the radio propagation environments. Therefore, our analysis framework is expected to be used for the development of protocols and algorithms in a dynamic wireless data network.
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문제 정의
따라서 본 논문에서는 송신 노드와의 거리에 따른 프레임 수신 확률 측면에서 IEEE 802.11 브로드캐스트 기법의 성능을 분석한다. 프레임 수신 확률은 매체를 경합하는 노드의 전송 범위, 최대 데이터 전송율, 최소 경합 윈도우, 타임 슬롯의 크기 등과 같은 IEEE 802.
경로 손실은 송수신기 사이의 거리에 따른 평균 수신 신호 강도를 예측하는데 사용되며 페이딩은 신호의 다중 경로 전송이나 통신 노드의 이동 등에 의해 매우 짧은 시간 동안 수신 신호의 빠른 변화를 나타낸다. 본 논문에서는 WINNER (Wireless World Initiative New Radio) 프로젝트에서 제안한 최신 채널 모델을 적용하여 물리 계층에서의 프레임 수신 확률을 분석한다. WINNER 모델은 2~6GHz 대역에 적용 가능하며 송수신기의 거리가 d(m)인 경우 수신 측에서의 경로 손실을 다음과 같이 모델링 하고 있다“].
본 논문에서는 송신 노드와의 거리에 대한 EEE 802.11 브로드캐스트 프레임 수신 확률을 분석하였다. 본 논문에서 제안한 분석 기법은 MAC 계층에서의 프레임 충돌 확률과 전파 전송 환경에 의한 랜덤 오류에 따른 물리 계층에서의 프레임 수신 확률을 모두 고려한다.
가설 설정
그러나 브로드캐스트는 l:n 전송 특성 상이와 같은 제어 프레임 전송이 선행되지 않으므로 매체 경합에 의한 충돌 발생 가능성이 유니캐스트에 비해 높다. 두 번째로 브로트캐스트는 전송 신뢰성을 보장하지 않는다. 즉, 노드가 브로드캐스트 프레임을 수신하면 유니캐스트인 경우와는 달리 이에 대한 수신 확인 응답 (Acknowledgement)을 전송하지 않으며 송신 노드도 전송 프레임에 대한 타이머를 관리하지 않으므로 타임아웃에 의한 프레임 재전송을 하지 않는다.
이와 같은 IEEE 802.11 브로드캐스트 기법의 성능분석을 위해 본 논문에서는 Choi®와 Ma幽의 연구에서와 같이 망 내 노드의 분포는 밀도 p 인 2차원 포아손 분포를 따른다고 가정한다. 즉, 넓이가 X인 영역에 i 개의 노드가 존재할 확률은 다음과 같이 주어진다.
제안 방법
11 브로드캐스트 기법을 유니캐스트 기법과 비교하여 설명한다. HI장에서는 본 논문에서 제안하는 분석기법을 설명하고 이에 따른 노드의 브로드캐스트 프레임 수신 확률을 제시한다. IV장에서는 정량적 성능 평가를 수행하여 IEEE 802.
프레임 크기는 MAC 계층 헤더와 상위 계층에서 전송된 데이터의 합이 되며 어플리케이션과 수송 프로토콜의 동작 특성에 따라 가변적이다. IEEE 802.11의 전송율은 설정값과 자동 전송율 설정 기능의 활성화 등에 의해 가변일 수 있으나 본 논문에서는 분석의 편의를 위해 이들 값의 세밀한 변화는 고려하지 않고 평균 프레임 길이 (蘭) 와평균 전송율 (8만을 고려한다. 즉, ts를 IEEE 802.
11 표준의 시스템 파라미터뿐만 아니라 노드의 수, 망의 부하, 전파 전송 환경과 같은 망 환경에 의해 영향을 받는다. 기존의 연구들이 IEEE 802.11 시스템 파라미터의 일부와 망 운용 환경의 일부만을 고려하여 성능 분석을 한 것에 비해 본 논문에서 제안하는 분석 기법은 이들 모두를 고려한 노드의 프레임 수신 확률을 제시한다. 특히, 본 논문에서 제안하는 분석 기법은 노드의 프레임 수신 확률을 송신 노드와의 거리에 따라 확률적으로 분석함으로써 거리에 따른 릴레이 노드 선정이나 송신전력 제어와 같은 무선 자원 할당 기법에 직접 이용될 것으로 기대된다.
11 브로드캐스트 프레임 수신 확률을 분석하였다. 본 논문에서 제안한 분석 기법은 MAC 계층에서의 프레임 충돌 확률과 전파 전송 환경에 의한 랜덤 오류에 따른 물리 계층에서의 프레임 수신 확률을 모두 고려한다. 무선 데이터 망에서 브로드캐스트는 망 형상 정보획득, 센서 노드의 제어 및 노드간 경로 설정 및 관리와 같은 망 관리 및 제어나 차량간 안전 메시지 전달 등을 위해 사용된다.
본 장에서는 IEEE 802.11 브로드캐스트 기법의 성능을 송신 노드와 수신 노드 사이의 거리에 따른 프레임 수신 확률 측면에서 분석한다. 노드의 성공적인 프레임 수신 여부는 MAC 계층에서의 매체 경합에 의한 충돌 여부와 전파 전송 환경에 따른 랜덤 (random) 오류로 인한 물리 계층에서의 수신 전력의 변화에 의해 결정된다.
본 장에서는 제안한 분석 결과에 따라 노드의 전송반경, 데이터 전송율, 최소 경합 윈도우 크기, 타임 슬롯의 크기와 같은 IEEE 802.11 시스템 파라미터와 망 내의 노드 밀도 및 전파 전송 환경과 같은 망 운용 환경이 수신 노드의 브로드캐스트 프레임 수신 확률에 미치는 영향을 정량적으로 평가한다. 각 환경별로 성능에 주된 영향을 미치는 파라미터를 식별하기 위해 노드의 전송 반경은 100m로 설정하였으며 실험에 사용된 IEEE 802.
본 절에서는 이상적인 채널 환경에서 (즉, 전파 전송환경에 의한 오류가 발생하지 않는 경우) MAC 계층에서의 충돌로 인한 프레임의 성공적인 수신 여부를 송신 노드와의 거리에 따라 분석한다. 송신 노드가 브로드캐스트한 프레임이 충돌 되는 경우는 동기적인 경우와 비동기적인 경우로 구분된다.
노드의 성공적인 프레임 수신 여부는 MAC 계층에서의 매체 경합에 의한 충돌 여부와 전파 전송 환경에 따른 랜덤 (random) 오류로 인한 물리 계층에서의 수신 전력의 변화에 의해 결정된다. 이 두 가지 요소는 상호 독립적이기 때문에 본 논문에서는 이 두 가지 요소에 의한 프레임 수신 확률을 독립적으로 분석한다.
Pt는 매 타임 슬롯 당 프레임 전송 확률이기 때문에 노드의 프레임 발생율에 의해 영향을 받는다. 정량적인 성능 평가를 위해 본 실험에서는 孔를 IEEE 802.11 표준의 BDR (Basic Data Rate)의 z% 로 설정하였다. 즉, 망 내 부하가 낮은 경우, 보통인 경우, 높은 경우 성능평가를 위해 c=10%, 50%, 90%로 각각 설정하였으며
성능/효과
있다. 그러나 본 논문의 분석 결과 송신 노드의 전송 범위 내의 모든 노드가 브로드캐스트 프레임을 수신할 확률은 동일 전파 전송 환경에서 孔와 송신 노드와의 거리에 따라 감소한다. 즉, 송신 노드에서 가장 멀리 위치한 노드가 릴레이 노드로 선정되지 않을 수 있으며 송신 노드와 릴레이 노드 사이에 위치한 노드들이 브로드캐스트 프레임을 수신하지 못할 수도 있다.
전파 전송 환경이 좋은 경우보다 전파 전송 환경이 나쁜 경우 거리에 따른 프레임 수신율의 감소폭이 크다. 또한 거리가 송신 노드와 가까운 경우 다른 파라미터에 비해 孔에 의한 영향이 주도적이며 송신 노드와의 거리가 멀어질수록 거리가 프레임 수신 확률에 보다 큰 영향을 미치는 것을 볼 수 있다.
후속연구
주로 받는다. 따라서 주어진 망 환경에 따라 백오프 타이머의 크기를 제어하거나 송신 전력을 제어하는 등 서로 다른 시스템 파라미터의 조절을 통해 브르드캐스트 성능 향상을 위한 기법 개발이 필요하며 본 논문에서 제안한 분석 기법이 이와 같은 기술 개발에 직접적으로 이용될 것으로 기대된다.
본 논문에서 제안된 성능 분석 기법은 타임 슬롯의 크기, 데이터 전송율, 최소 경합 윈도우의 크기와 같은 IEEE 802.11 시스템 파라미터 뿐만 아니라 망 내 노드의 수, 망에 부과된 부하량 및 전파 전송 환경과 같은 망 운용 환경을 모두 고려하고 있기 때문에 무선 데이터 망을 위한 효과적인 제어 및 관리 기법 개발에 유용하게 이용될 것으로 기대된다.
11 시스템 파라미터의 일부와 망 운용 환경의 일부만을 고려하여 성능 분석을 한 것에 비해 본 논문에서 제안하는 분석 기법은 이들 모두를 고려한 노드의 프레임 수신 확률을 제시한다. 특히, 본 논문에서 제안하는 분석 기법은 노드의 프레임 수신 확률을 송신 노드와의 거리에 따라 확률적으로 분석함으로써 거리에 따른 릴레이 노드 선정이나 송신전력 제어와 같은 무선 자원 할당 기법에 직접 이용될 것으로 기대된다.
11 브로드캐스트 프레임은 유니캐스트 프레임과 달리 전송 신뢰성 확보를 위한 재전송이 없으므로송신된 브로드캐스트 프레임의 수신 확률에 대한 이해가 필요하다. 특히, 송신 프레임의 전력은 송신 노드와의 거리에 비례하여 감소하고, 송신 노드의 히든 노드의 수는 송신 노드로부터 멀어질수록 증가하므로 송신 노드와의 거리에 따른 프레임 수신 확률에 대한 이해는 무선 데이터 망에서 효과적인 자원 관리 기법 개발을 위해 선행되어야 한다.
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