최근 스마트폰과 같은 무선통신기기의 급증으로 인하여 IEEE 802.11 Wi-Fi 네트워크에서 인접 네트워크간의 신호간섭현상이 많이 발생하며, 이와 같은 신호간섭현상은 데이터 전송 품질에도 영향을 미친다. 현재 출시되고 있는 다수의 Wi-Fi 관련 제품들은 높은 데이터 전송률 및 넓은 전송범위를 보여주고 있지만, 반면 이 같은 특성은 인접한 무선기기와의 무선신호간섭확률도 높게 한다. 무선신호간섭은 무선통신 특성상 피하기 어려운 현상이지만 통신기기의 신호전송범위를 작게 함으로서 최소화할 수 있다. 그러나 작은 신호전송범위는 낮은 송신강도를 의미하므로, 이는 낮은 데이터 전송률로 나타나게 된다. 이에 본 논문에서는 신호강도, 전송률, 신호간섭간의 상호 관계를 분석하고, 이러한 관계로부터 데이터 전송률에 미치는 영향을 실험과 시뮬레이션을 통하여 구한다.
최근 스마트폰과 같은 무선통신기기의 급증으로 인하여 IEEE 802.11 Wi-Fi 네트워크에서 인접 네트워크간의 신호간섭현상이 많이 발생하며, 이와 같은 신호간섭현상은 데이터 전송 품질에도 영향을 미친다. 현재 출시되고 있는 다수의 Wi-Fi 관련 제품들은 높은 데이터 전송률 및 넓은 전송범위를 보여주고 있지만, 반면 이 같은 특성은 인접한 무선기기와의 무선신호간섭확률도 높게 한다. 무선신호간섭은 무선통신 특성상 피하기 어려운 현상이지만 통신기기의 신호전송범위를 작게 함으로서 최소화할 수 있다. 그러나 작은 신호전송범위는 낮은 송신강도를 의미하므로, 이는 낮은 데이터 전송률로 나타나게 된다. 이에 본 논문에서는 신호강도, 전송률, 신호간섭간의 상호 관계를 분석하고, 이러한 관계로부터 데이터 전송률에 미치는 영향을 실험과 시뮬레이션을 통하여 구한다.
Products of Wi-Fi devices in recent years offer higher throughput and have longer signal coverage which also bring unnecessary signal interference to neighboring wireless networks, and result in decrease of network throughput. Signal interference is an inevitable problem because of the broadcast nat...
Products of Wi-Fi devices in recent years offer higher throughput and have longer signal coverage which also bring unnecessary signal interference to neighboring wireless networks, and result in decrease of network throughput. Signal interference is an inevitable problem because of the broadcast nature of wireless transmissions. However it could be optimized by reducing signal coverage of wireless devices. On the other hand, smaller signal coverage also means lower transmission power and lower data throughput. Therefore, in this paper, we analyze the relationship among signal strength, coverage, interference and network throughput by simulation on various network topology.
Products of Wi-Fi devices in recent years offer higher throughput and have longer signal coverage which also bring unnecessary signal interference to neighboring wireless networks, and result in decrease of network throughput. Signal interference is an inevitable problem because of the broadcast nature of wireless transmissions. However it could be optimized by reducing signal coverage of wireless devices. On the other hand, smaller signal coverage also means lower transmission power and lower data throughput. Therefore, in this paper, we analyze the relationship among signal strength, coverage, interference and network throughput by simulation on various network topology.
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문제 정의
즉 신호의 세기는 간섭의 세기와 전송률의 정도를 결정함에 있어서 상호 트레이드오프 관계를 갖는다. 이에 본 논문에서는 신호강도, 신호간섭이 전송률과 상호 미치는 영향을 실험과 시뮬레이션을 통하여 분석하고 Wi-Fi 네트워크 품질의 향상방안에 대하여 논의하고자 한다.
가설 설정
본 시뮬레이션은 모든 노드가 동일한 채널을 사용함으로 가정하였고 채널할당 시간은 거리에 따른 대역폭의 변화와 관련 없이 동일하도록 가정하였다.
위의 표에서 PL 1Meter는 54dB이고 환경요소에 따른 경로손실 변수 n은 자유공간을 가정하여 2로 지정하였으며, shadow fading 손실 s는 최소단위 3dB를 이용하였다. 그림 4는 이에 따른 RSSI 레벨에 따른 전송률 변화를 보여준다.
이는 무선 환경에서의 통신품질은 송신강도 뿐만 아니라 신호간섭, 신호감쇄 등 여러 가지 요소의 영향을 받기 때문이다. 이를 고려하여 본 논문에서는 RSSI와 이에 따른 전송률의 변화를 신호간섭이 없는 환경에서 실험을 통하여 분석하였으며 추출한 데이터를 이용하여 무선신호간섭이 네트워크 전송률에 미치는 영향을 신호간섭이 있는 상황을 가정하여 시뮬레이션으로 분석하였다.
제안 방법
Wi-Fi 네트워크에서 신호간섭이 전송률에 미치는 영향분석을 위한 시뮬레이션은 위의 데이터를 이용하여 진행하였다. 네트워크 토폴로지는 그림 5에서 보여준 바와 같이 구성된다.
120m x 120m 공간이 9개의 cell로 분리되어 있고 cell당 한 개 AP가 중심에 위치하여 있으며 6개의 노드가 차례로 배열되어 있다. 네트워크 전송률은 downlink(AP에서 노드)로 측정되었고, AP의 송신강도를 18dBm, 13dBm, 8dBm 등 3가지로 설정하여 비교하였다.
본 실험에서는 -35dBm의 송신강도로부터 5dBm의 간격으로 -70dBm까지 변화하면서 업/다운로드 전송률을 측정하였으며 측정된 결과는 그림 3에 나타내었다.
신호간섭이 없는 환경에서의 RSSI와 이에 따른 전송률의 변화를 측정하기 위한 실험환경을 구축하기 위한 표 1과 같은 사양을 갖는 무선장비를 선택하였다.
대상 데이터
네트워크 토폴로지는 그림 5에서 보여준 바와 같이 구성된다. 120m x 120m 공간이 9개의 cell로 분리되어 있고 cell당 한 개 AP가 중심에 위치하여 있으며 6개의 노드가 차례로 배열되어 있다. 네트워크 전송률은 downlink(AP에서 노드)로 측정되었고, AP의 송신강도를 18dBm, 13dBm, 8dBm 등 3가지로 설정하여 비교하였다.
이론/모형
신호간섭이 무선망 전송효율에 미치는 영향을 분석하기 위해서는 우선 동일한 전송범위 내에 위치한 활성화된 무선 Wi-Fi 망의 수를 계산하여야 하고 다음으로 각 Wi-Fi 망의 평균 전송률을 계산하여야 한다. 본 논문에서 사용한 다음의 신호전송범위에 대한 계산수식은[10]에서의 경로손실 모델을 기반으로 한 수식을 인용하였다.
성능/효과
AP로부터의 수신강도가 클수록 서로 간에 신호간섭을 받을 확률도 높아진다. 본 논문에서는 무선 매체가 밀집된 Wi-Fi 환경에서 신호간섭 현상이 네트워크 전송률에 미치는 영향을 시뮬레이션으로 분석하였으며 AP의 송신강도를 작게 설정하면 신호간섭의 감소로 네트워크 전송률이 증가할 수 있지만 반면 음영구역의 생성으로 무선신호가 일부 사용자 노드에게 도달할 수없는 경우도 발생할 수 있음을 보였다.
위의 결과에서 보다시피, 높은 송신강도는 물론 높은 네트워크 전송률을 의미하지만 이는 무선 신호간섭 현상을 고려하지 않은 경우로서 인접한 무선매체가 다수일 경우 반대로 전송률을 저하시킬 수 있다. 최근 신호간섭이 없는 무선 환경은 아주 드물며 예를 든다면 우리가 사용하는 스마트폰의 Wi-Fi 셋팅 메뉴로서 알아 볼 수 있다.
후속연구
이와 같은 본 논문의 결과는 향후 Wi-Fi 통신망 설계에서 이웃 AP와의 상호 협력 아래 송신강도를 적절히 조절 관리를 함으로서 전체 네트워크 전송률을 극대화 하는데 유용하게 활용될 수 있을 것이다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
수신신호강도의 세기에 따른 AP 선택은 어디에서 가장 많이 쓰이고 있는 기법인가?
클라이언트 노드가 여러 BSS에 겹쳐 존재할 때에 특정 BSS의 특정 AP를 선택할 때 가장 많이 쓰이고 있는 기법은 수신신호강도 (Received Signal Strength Indication – RSSI)의 세기에 따른 AP 선택이다. 하지만 다수 Wi-Fi 대역폭에 대한 연구에 의하면 RSSI 측정에 따른 AP의 선택방식은 전송률 성능을 기반으로한 네트워크 품질과는 차이가 있다는 점을 보여주고 있다[7～9].
IEEE 802.11 Wi-Fi 네트워크는 무엇으로 구성되어 있는가?
IEEE 802.11 Wi-Fi 네트워크는 Basic Station Set (BSS)의 그룹으로 구성되어 있다. 각 BSS는 한 개 이상의 AP가 relay station으로 하위 클라이언트 노드들에게 인터넷 트래픽의 중계역할을 하여 무선 로컬 망을 구성한다(그림.
IEEE 802.11 Wi-Fi 네트워크를 구성하는 각 Basic Station Set는 어떻게 무선 로컬 망을 구성하는가?
11 Wi-Fi 네트워크는 Basic Station Set (BSS)의 그룹으로 구성되어 있다. 각 BSS는 한 개 이상의 AP가 relay station으로 하위 클라이언트 노드들에게 인터넷 트래픽의 중계역할을 하여 무선 로컬 망을 구성한다(그림. 2 참조).
참고문헌 (10)
Martin Burkhart,Pascal von Rickenbach,Roger Wattenhofer,Aaron Zollinger, "Does topology control reduce interference?", Proceedings of the 5th ACM international symposium on Mobile ad hoc networking and computing, 2004.
Karagiorgas,N.M.,Kokkinos,P.C.,Papageorgiou, C.A.,Varvarigos,E.A, "Multicost Routing in Wireless AD-HOC Networks with Variable Transmission Power", Personal,Indoor and Mobile Radio Communications, IEEE 18th International Symposium, PP. 1 - 5, 2007.
Giuseppe Bianchi,"Performance analysis of the IEEE 802.11 Distributed Coordination Function", Selected Areas in Communications,Vol. 18, PP. 535- 547, 2000.
Sutep Tongngam,"A Reducible Transmission Range Approach for Interference-Aware Broadcasting in Wireless Networks", International Conference on Future Information Technology, PP. 144 - 148, 2011.
Tinnirello,I. Bianchi,G.,"Interference Estimation in IEEE 802.11 Networks", Control Systems,Vol. 30, PP. 30-43, 2010.
Anand Kashyap,Utpal Paul,Samir R. Das, "Deconstructing Interference Relations in Wi-Fi Networks", Sensor Mesh and Ad Hoc Communications and Networks, 7th Annual IEEE Communications Society Conference, PP. 1 - 9, 2010.
Yutaka Fukuda,Masanori Honjo,Yuji Oie, "Development of Access Point Selection Architecture with Avoiding Interference For WLANs", Personal,Indoor and Mobile Radio Communications, IEEE 17th International Symposium, 2006.
Heeyoung Lee,Seongkwan Kim,Okhwan Lee, Sunghyun Choi,Sung-Ju Lee, "Available Bandwidth-Based Association in IEEE 802.11 Wireless LANs", Proceedings of the 11th international symposium on Modeling,analysis and simulation of wireless and mobile systems, 2008.
Daniel Wu,Petar Djukic,Prasant Mohapatra, "Determining 802.11 Link Quality with Passive Measurements", Wireless Communication Systems, IEEE International Symposium, PP. 728 - 732, 2008.
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