[논문]HiperLAN/2 무선랜에서 효율적인 채널할당방안

임석구

doi:10.5762/kais.2011.12.8.3654

HiperLAN/2 무선랜에서 효율적인 채널할당방안
Efficient Channel Assignment Scheme in HiperLAN/2 WLAN 원문보기

한국산학기술학회논문지 = Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society, v.12 no.8, 2011년, pp.3654 - 3659

초록
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HiperLAN/2에서의 MAC 프로토콜은 TDMA/TDD을 기반으로 하며, 무선채널은 중앙제어방식으로 운영되는 AP에 의해서 할당된다. 상향링크로 데이터 전송이 필요한 MT는 RCH 채널을 통하여 AP에게 무선자원을 요청한다. 각 MAC 프레임마다 RCH 수를 동적으로 변경하는 것이 중요한데, RCH 수가 많이 할당되면 무선자원의 낭비를 초래하며, RCH 수가 적게 할당되면 MT간의 충돌이 증가하고 AP에 접속하는 시간도 길어진다. 따라서 RCH 수는 트래픽에 따라 적절하게 할당되어야 한다. 이러한 관점에서 본 논문에서는 이전 MAC 프레임에서 RR 메시지 전송에 성공한 회수와 실패한 회수를 기반으로 RCH 수를 동적으로 변화시키는 방안을 제안하였다. 제안한 방안의 효율성을 입증하기 위해 시뮬레이션을 수행하여 분석하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

The MAC protocol of HiperLAN/2 is based on TDMA/TDD. The radio channels are assigned by AP(Access Point) that is centrally operated. Mobile terminal that data transmission is necessary to uplink requests radio resource to AP through RCH channels. The changing number of RCHs in each MAC frame is important because too many RCHs may result in a waste of radio resources and too few RCHs may result in many access collisions and prolong time that connect to AP. Therefore, number of RCH should be allocated properly according to traffic. From these viewpoints, this paper proposes an advanced scheme that dynamically changed the number of RCH which is based on the number of success and collision of RR message in previous MAC frame. To prove efficiency of proposed scheme, lots of simulations are conducted and analyzed.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

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문제 정의

자원할당을 제어하기 위해 AP는 MT 내부의 버퍼상태를 알 필요가 있다. 따라서 MT는 자신의 버퍼상태를 자원요청메시지를 이용하여 AP에게 보고한다. AP는 이러한 데이터에 따라 무선채널을 할당한다.
본 논문에서는 HiperLAN/2 시스템의 MAC 프로토콜을 고려하는데, 여기서 오버헤드에 영향을 미치는 주요요소는 랜덤채널(RCH, Random CHannel))이다.
본 논문에서는 이전 프레임에서 채널 접속에 성공한 수와 실패한 수를 기반으로 다음 프레임에서 RCH 수를 동적으로 가변시켜 무선자원의 효율을 높일 수 있는 새로운 알고리즘을 제안하고 이를 시뮬레이션을 이용하여 그 성능을 검증한다.

가설 설정

AP는 1개이고 섹터도 1개로 고정하였다. MT에서 발생하는 자원요청메시지의 도착은 포아송(Poisson) 분포를 따른다고 가정하였다. 또한 MT는 하나의 시뮬레이션 모델은 셀룰러 망과 유사한 구조를 갖는데, 백본망(Back Bone Network)에 연결된 AP와 다수의 MT들로 구성된 망을 가정하였다. AP는 1개이고 섹터도 1개로 고정하였다.

제안 방법

데이터 전송을 위해 사용할 수 있는 상향링크와 하향 링크 구간의 길이는 고정된 프레임 길이 2ms에서 BCH, FCH, ACH, RCH의 길이를 제외한 부분으로 상향링크와 하향링크의 길이가 같은 비율을 갖도록 하였으며, 채널예약을 위해 사용하는 RCH 수를 고정으로 하여 4, 8, 15, 31개 일 때를 비교하였다.
후)접속지연 시간을">접속지연시간을 감소시키는 방안이 요구된다. 따라서 본 논문에서는 이전 프레임에서의 자원요청메시지의 성공 수와 실패 수를 기반으로 식 (3)과 같은 방법으로 다음 프레임에서의 RCH 수를 결정하는 방법을 제안한다.
본 논문에서는 HiperLAN/2 무선랜에서 이전 프레임에서 채널 접속에 성공한 수와 실패한 수를 기반으로 다음 프레임에서 RCH 수를 동적으로 가변시켜 무선자원의 효율을 높일 수 있는 간단한 알고리즘을 제안하고 이를 시뮬레이션을 이용하여 그 성능을 분석하였다.

데이터처리

시뮬레이션 모델은 HiperLAN/2 MAC프로토콜 표준안을 근거로 하였으며, 각 프레임마다 RCH를 고정한 경우와 제안한 방식을 비교하였다. 제안한 방식은 트래픽이 변화해도 수율은 비교적 높고 일정하게 유지하고, 제안하는 알고리즘의 성능을 평가하기 위해 시뮬레이션을 수행하였으며 수율과 접속지연시간 관점에서 분석 하였다. 시뮬레이션은 SLAM II을 사용해서 Event-Driven 방식으로
이론/모형
- AP에서 운용되는 스케줄링 알고리즘은 HiperLAN/2시스템내의 매체접근을 제어하기 위해 사용된다. 자원할당을 제어하기 위해 AP는 MT 내부의 버퍼상태를 알 필요가 있다.
- ">분석 하였다. 시뮬레이션은 SLAM II을 사용해서 Event-Driven 방식으로 구현하였다[8].

성능/효과

후)15또는">15 또는 31로 고정한 경우에는 접속지연시간이 낮게 나타났는데, 이것은 상대적으로 입력 트래픽에 비해 RCH 수가 너무 많이 할당되어 무선자원이 낭비되었음을 반증하는 결과이다. 그러나 제안한 방식에서는 MT 수가 20일 때까지는 증가하지만 증가폭은 작으며, 그 이후부터는 서서히 감소함으로써 접속지연시간이 어느 정도 일정하게 유지됨을 알 수 있다.
또한 RCH 수가 31인 경우에는 선형적으로 증가하는 부분만이 그림 2에 나타났는데, 이는 MT 수를 200개까지 확장하면 그 특성이 나타날 것이다. 그러나 제안한 방식에서는 MT 수의 변화에 무관하게 수율은 거의 일정하게 유지함을 알 수 있는데, 이는 입력 트래픽 변화에 따라 적절하게 RCH 수를 동적으로 변화시켜서 무선자원을 효율적으로 사용함을 알 수 있다.
후)접속 지연시간이">접속지연시간이 낮게 나타났는데, 이것은 상대적으로 입력 트래픽에 비해 RCH 수가 너무 많이 할당되어 그림 4에서와 같이 무선자원이 낭비되었음을 의미한다. 반면에 제안한 방식은 그림 4에서와 같이 높은 수율을 유지하면서 접속지연시간도 RCH 수를 고정한 경우에 비해 비교적 작음을 알 수 있었다. 이는 AP가 트래픽 상황을 고려하여 적절하게 RCH 수를 변경해야 함을 의미하며, RCH 수의 급격한 변화보다는 고정적인 β값으로 증감시켜 RCH 수를 적절하게 조절하는 방법이 효율적임을 알 수 있었다.
20까지 서서히 증가하다가 이후부터는 일정하게 유지함을 알 수 있었다. 반면에 제안한 방식은 입력 트래픽에 따라 RCH 수를 동적으로 할당하여 대부분의 경우에서 수율이 높게 나타났으며, 일정하게 유지됨을 알 수 있었다.
이는 AP가 트래픽 상황을 고려하여 적절하게 RCH 수를 변경해야 함을 의미하며, RCH 수의 급격한 변화보다는 고정적인 β값으로 증감시켜 RCH 수를 적절하게 조절하는 방법이 효율적임을 알 수 있었다.
제안한 방식에서 β값을 1, 2, 3으로 시뮬레이션을 수행한 결과, β값이 증가함에 따라 수율의 성능은 낮아지지만, 접속지연시간은 감소함을 알 수 있었다.
후)표준안을">표준안을 근거로 하였으며, 각 프레임마다 RCH를 고정한 경우와 제안한 방식을 비교하였다. 제안한 방식은 트래픽이 변화해도 수율은 비교적 높고 일정하게 유지하고, 접속지연시간도 상대적으로 낮게 유지함으로써 무선자원을 효율적으로 사용함을 알 수 있었다. 이는 AP가 트래픽 상황을 고려하여 적절하게 RCH 수를 동적으로 변화하였기 때문인 것으로 분석된다.

후속연구

본 연구 결과를 바탕으로 진행할 향후 연구과제로는 제안한 알고리즘에 대한 해석적 분석을 수행할 예정이다. 또한 멀티미디어 트래픽 환경에서 QoS를 제공하기 위한 연구도 수행되어야 할 것이다.
본 연구 결과를 바탕으로 진행할 향후 연구과제로는 제안한 알고리즘에 대한 해석적 분석을 수행할 예정이다. 또한 멀티미디어 트래픽 환경에서 QoS를 제공하기 위한 연구도 수행되어야 할 것이다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	무선랜(Wireless LAN)에서 중요한 기술은?	현재 무선랜(Wireless LAN)에서 중요한 기술은 IEEE(Institute of Electrical and Electronics Engineers) 802.11a/g와 ETSI(European Telecommunication Standards Institute) HiperLAN/2이다[1,2]. 이러한 표준들에서의 중요한 특징 중의 하나는 높은 전송속도를 요구하고 있으며, 물리계층(THY Layer)에서의 전송속도는 54Mbps임을 규정하고 있다.
	무선자원의 효율을 높일 수 있는 간단한 알고리즘이 트래픽이 변화해도 수율은 비교적 높고 일정하게 유지하고, 접속지연시간도 상대적으로 낮게 유지함으로써 무선자원을 효율적으로 사용함을 알 수 있는 이유는?	제안한 방식은 트래픽이 변화해도 수율은 비교적 높고 일정하게 유지하고, 접속지연시간도 상대적으로 낮게 유지함으로써 무선자원을 효율적으로 사용함을 알 수 있었다. 이는 AP가 트래픽 상황을 고려하여 적절하게 RCH 수를 동적으로 변화하였기 때문인 것으로 분석된다.
	AP에서 운용되는 스케줄링 알고리즘은 무엇을 위해 사용되는가?	AP에서 운용되는 스케줄링 알고리즘은 HiperLAN/2시스템내의 매체접근을 제어하기 위해 사용된다. 자원할당을 제어하기 위해 AP는 MT 내부의 버퍼상태를 알 필요가 있다.

참고문헌 (9)

The Editors of IEEE 802.11. IEEE Standard for Wireless LAN Medium Access Control(MAC) and Physical Layer(PHY) specifications, Nov. 1997.
"HIPERLAN Type 2; Data Link Control(DLC) Layer; Part 1: Basic Data Transport Functions", ETSI TS 101 761-1, Nov. 2000.
S. Simoens, P. Pellati, J. Gosteau, K. Gosse, Ch. Ware, "The evolution of 5GHz WLAN toward higher throughputs", IEEE Wireless Communications, pp. 6-13, Dec. 2003.

상세보기
G. H. Hwang and D. H. Cho, "Adaptive Random Channel Allocation Scheme in HIPERLAN Type 2", IEEE Communications Letters, Vol. 6, No. 1, pp. 40-42, Jan., 2002.

상세보기
K. O. Cho, C. Park and J. K. Lee, "Performance Evaluation of the HIPERLAN Type 2 Media Access Control Protocol", Journal of the Korean Institute of Communication Science, Vol. 28 No. 1B, pp.11-17, Jan. 2003.
E. S. Hwang, Y. C. Ko, S. Q. Lee, C. S. Yoon, H. W. Lee and C. H. Cho, "Random Channel Allocation Scheme Based on Split Algorithm in HIPERLAN 2" Journal of the Korean Institute of Communication Science, Vol.28, No 9A, pp.717-727, Sep. 2003.
J. E. Kang and J. K. Lee, "Dynamic Random Channel Allocation Algorithm by Limiting the Number of Minimum RCH in HIPERLAN/2", Journal of the Korean Institute of Communication Science, Vol. 34, No. 1, pp.58-64, Jan. 2009.
A. Alan B. Pritsker, "Introduction to Simulation and SLAM II", John Wiley & Sons, 1986.
D. G. Jeong and W. S. Jeon, "Performance of an exponential backoff scheme for slotted-ALOHA protocol in local wireless environment," IEEE Trans. Vehicular Technology, Vol. 44, pp. 470-479, Aug. 1995.

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저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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