[논문]UWB 기반 Distributed MAC 시스템을 위한 협력 통신 프로토콜 설계

허경

doi:10.6109/jkiice.2012.16.3.460

UWB 기반 Distributed MAC 시스템을 위한 협력 통신 프로토콜 설계
Design of Cooperative Communication Protocol for UWB-based Distributed MAC Systems 원문보기

한국정보통신학회논문지 = Journal of the Korea Institute of Information and Communication Engineering, v.16 no.3, 2012년, pp.460 - 469

허경 (경인교육대학교 컴퓨터교육과)

초록
AI-Helper

본 논문에서는 UWB 기술 기반 WiMedia Distributed Medium Access Control (D-MAC) 표준 프로토콜에 적용할 수 있는 협력 통신 프로토콜을 제안한다. 이를 위해 무선 채널 상태에 따라 변화하는 UWB 링크 전송 속도에 적응적인 릴레이 노드 선정 알고리즘을 제안한다. 본 논문에서 제안하는 UWB 링크에 적응적인 릴레이 통신 프로토콜은 분산적인 D-MAC 표준 기술 및 무선 USB 기술과 호환성을 갖고, 각 디바이스에서 독립적으로 실행되는 Relay Node Selection (RNS) 기준에 따라 실행된다.

Abstract ▼ AI-Helper

The WiMedia Alliance has specified a Distributed Medium Access Control (D-MAC) protocol based on UWB for high speed wireless home networks and WPANs. In this paper, we propose a novel cooperative communication protocol adaptive to current UWB link transmission rate. The proposed cooperative communication protocol has compatibility with current WiMedia D-MAC and Wireless USB standard and is executed at each device according to a Relay Node Selection (RNS) criterion.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

본 논문에서는 UWB 기반 Distributed MAC 시스템을 위한 협력 통신 방안을 제안하였다. 시뮬레이션 결과를 통해 제안한 협력 통신 방안을 적용한 경우, 노드수의 증가에 따른 에너지 소모량 비교에서는 17.
본 논문에서는 UWB 기술 기반 D-MAC 표준 프로토콜에 적용할 수 있는 협력 통신 프로토콜을 제안한다. 이를 위해 무선 채널 상태에 따라 변화하는 UWB 링크 전송 속도에 적응적인 릴레이 노드 선정 알고리즘을 제안한다.

제안 방법

이때, 각 ACK 방식에서 예상되는 T_relay, T_direct 값들이 식(1)과 같이 도출되며, T_relay < T_direct 조건을 만족하도록 식(2)를 정리하면 식(3)과 같이 릴레이노드를 선택하는 RNS (Relay Node Selection) 기준이 도출된다. RNS기준을 만족하고 RNT 테이블 목록의 디바이스들 중 RNT 테이블의 송신 PHY 데이터 전송률이 가장 높은 릴레이 노드를 선택하여 제안하는 릴레이 DRP 예약 설정 절차에 따라 예약주체노드, 릴레이노드, 예약대상 노드별로 실시하게 된다.
WiMedia D-MAC 표준과의 완전한 호환성을 보장하기 위해, 제안된 릴레이 DRP 예약 기술은 위에서 기술한 DRP 표준 기술을 기본적으로 준수한다. 제안된 기술에서는 표 2에서 나타낸 바와 같이 단지 3개의 Reason Code만을 추가한다.
그리고 MAS S-R에서 수신이 가능하면, 릴레이통보 ('Relay Ntf')의 예약상세상태코드로 설정된 예약대상노드에 대한 DRP IE를 확인하여 해당 MAS R-T를 통한 데이터 송수신이 가능한지를 판단한다.
또한, 릴레이전송을위해릴레이노드에게는 MAS S-R에 대한 DRP IE의 예약상세상태코드를 릴레이요청 ('Relay Req')로 설정하여 전송하고, 릴레이 노드는 예약 대상노드에게 MAS R-T에 대한 DRP IE의 예약상세상태코드를 릴레이통보 ('Relay Ntf')로 설정하여 전송한다.
이를 위해 무선 채널 상태에 따라 변화하는 UWB 링크 전송 속도에 적응적인 릴레이 노드 선정 알고리즘을 제안한다. 본 논문에서 제안하는 UWB 링크에 적응적인 릴레이 통신 프로토콜은 분산적인 D-MAC 표준 기술과 호환성을 갖고, 각 디바이스에서 독립적으로 실행되는 Relay Node Selection (RNS) 기준에 따라 실행된다.
예약주체노드는 1홉 거리의 이웃 디바이스들로부터 DRP Availability IE들을 수신한 후, 예약주체노드와 예약대상노드 간의 통신을 위한 MAS, 즉 MAS S-T가 예약 가능함을 확인한다. 예약주체노드는 또한 릴레이 노드와 예약대상노드의 비컨들에 담긴 DRP Availability IE들을 수신하여, 예약주체노드와 릴레이 노드 간의 통신을 위한 MAS, 즉 MAS S-R과 릴레이 노드와 예약 대상 노드 간의 통신을 위한 MAS, 즉 MAS R-T가 예약 가능한 가를 검사한다.
본 논문에서는 UWB 기술 기반 D-MAC 표준 프로토콜에 적용할 수 있는 협력 통신 프로토콜을 제안한다. 이를 위해 무선 채널 상태에 따라 변화하는 UWB 링크 전송 속도에 적응적인 릴레이 노드 선정 알고리즘을 제안한다. 본 논문에서 제안하는 UWB 링크에 적응적인 릴레이 통신 프로토콜은 분산적인 D-MAC 표준 기술과 호환성을 갖고, 각 디바이스에서 독립적으로 실행되는 Relay Node Selection (RNS) 기준에 따라 실행된다.
WiMedia D-MAC 표준과의 완전한 호환성을 보장하기 위해, 제안된 릴레이 DRP 예약 기술은 위에서 기술한 DRP 표준 기술을 기본적으로 준수한다. 제안된 기술에서는 표 2에서 나타낸 바와 같이 단지 3개의 Reason Code만을 추가한다. 릴레이요청 ('Relay Req') 예약상세상태코드는 예약 주체 노드(reservation owner)가 릴레이 노드에게 DRP 예약을 요청하기 위해 두 노드 간에 전송된다.

대상 데이터

기준 디바이스로부터 2홉 거리 이내로 구성된 네트워크 크기는 10제곱미터이며, 최대 30개의 디바이스들이 랜덤하게 위치한다 [8]. 본 시뮬레이션에서 기준이 되는 디바이스 자신이 갖는 DRP 예약 구간들이 포함하는 MAS들의 수는 DRPown으로, 기준 디바이스와 1홉 거리를 갖는 이웃디바이스들에 의해 예약된 DRP구간들이 갖는 MAS들의 수는 R1-hop으로, 그리고 기준 디바이스와 2홉 거리를 갖는 이웃디바이스들에 의해 예약된 DRP구간들이 갖는 MAS들의 수는 N2-hop으로, 한편, 각 디바이스는 mIn및 mOut과 같은 2 종류의 이동성을 갖는다.

데이터처리

제안된 방식의 성능 평가 결과는 ns-2 시뮬레이션을 통해 도출하였다. 표 7은 본 논문에서 사용된 시뮬레이션 파라미터를 나타낸다.

성능/효과

5%~31% 정도로 제안한 RNS 협력 통신 방식이 기존 방식에 비해 성능이 향상됨을 확인하였다. 그리고 제안된 방식은 WiMedia D-MAC 표준 기술과도 상호 호환될 수 있으므로, 기설치된 시스템과의연동 시에도별도의 시스템수정 없이 적용 가능하다.
시뮬레이션 결과로부터 UWB 링크 전송 속도에 적응적인 RNS 협력 통신 기술을 적용하여, 기본적인 릴레이전송 기술만을 적용한 것 보다 수율이 증가하는 것을 알 수 있다. 이러한 결과는 더 큰 mIn 확률값에서 디바이스들의 잦은 이동으로 무선 채널 상태의 변화가 크므로, UWB 링크전송속도에적응적인RNS 협력통신기술이 더 큰 mIn 확률값에서 성능 향상 효과가 증대된다고 할 수 있다.
본 논문에서는 UWB 기반 Distributed MAC 시스템을 위한 협력 통신 방안을 제안하였다. 시뮬레이션 결과를 통해 제안한 협력 통신 방안을 적용한 경우, 노드수의 증가에 따른 에너지 소모량 비교에서는 17.5%~31% 정도로 제안한 RNS 협력 통신 방식이 기존 방식에 비해 성능이 향상됨을 확인하였다. 그리고 제안된 방식은 WiMedia D-MAC 표준 기술과도 상호 호환될 수 있으므로, 기설치된 시스템과의연동 시에도별도의 시스템수정 없이 적용 가능하다.
그림 3, 그림 4, 그림 5에 각각 이러한 릴레이 전송을 위한 예약 주체 노드(S node), 릴레이 노드(R node), 예약 대상 노드(T node)의 동작을 기술하였다. 예약주체노드는 1홉 거리의 이웃 디바이스들로부터 DRP Availability IE들을 수신한 후, 예약주체노드와 예약대상노드 간의 통신을 위한 MAS, 즉 MAS S-T가 예약 가능함을 확인한다. 예약주체노드는 또한 릴레이 노드와 예약대상노드의 비컨들에 담긴 DRP Availability IE들을 수신하여, 예약주체노드와 릴레이 노드 간의 통신을 위한 MAS, 즉 MAS S-R과 릴레이 노드와 예약 대상 노드 간의 통신을 위한 MAS, 즉 MAS R-T가 예약 가능한 가를 검사한다.
시뮬레이션 결과로부터 UWB 링크 전송 속도에 적응적인 RNS 협력 통신 기술을 적용하여, 기본적인 릴레이전송 기술만을 적용한 것 보다 수율이 증가하는 것을 알 수 있다. 이러한 결과는 더 큰 mIn 확률값에서 디바이스들의 잦은 이동으로 무선 채널 상태의 변화가 크므로, UWB 링크전송속도에적응적인RNS 협력통신기술이 더 큰 mIn 확률값에서 성능 향상 효과가 증대된다고 할 수 있다.
3은 여러 문제점을 나타낸다. 첫째로, PNC 디바이스가 사라진 경우, 네트워크는 PNC를 재선출하여야 하며, 이때 많은 시간과 전력을 소비하게 된다. 둘째로, 두 개 이상의 피 코넷이 서로 충첩될 때 IEEE 802.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	UWB전송 기술이란?	UWB (Ultra Wide-Band) 전송 기술은 초고속 근거리 무선 네트워크 (High-Rate Wireless Personal Area Network : HR-WPAN)를 실현시킬 수 있는 기술로서, 초고속 WPAN을 구성하는 UWB 디바이스들은 10m 거리 내에 있는 이웃디바이스들과 최대 480Mbps 속도로 통신이 가능하다. [1].
	WPAN에서 MAC은 무엇으로 분류되는가?	[1]. WPAN [2]에서 MAC은 크게 중앙집중적 또는 분산적인 구조로 분류된다. IEEE 802.
	D-MAC에서 중앙 집중 구조 기반의 IEEE 802.15.3은 어떠한 문제점을 가지고 있나?	3은 여러 문제점을 나타낸다. 첫째로, PNC 디바이스가 사라진 경우, 네트워크는 PNC를 재선출하여야 하며, 이때 많은 시간과 전력을 소비하게 된다. 둘째로, 두 개 이상의 피 코넷이 서로 충첩될 때 IEEE 802.15.3의 심각한 성능 감쇠가 문제가 된다 (SOP problem). 셋째로, 낮은 이동성 지원과 네트워크 확장에서의 비효율성이다 [1,2,4]. 결론적으로, 중앙 집중 구조를 따르는 MAC 프로토콜은 실시간 스트림의 QoS 지원에 있어 심각한 문제들을 갖고 있다.

참고문헌 (8)

J. Del Prado Pavon, N. Sai Shankar, V. Gaddam, K. Challapali and Chun-Ting Chou, "The MBOA-WiMedia specification for ultra wideband distributed networks," IEEE Communications Magazine, vol. 44, no. 6, pp. 128-134, June 2006.

상세보기
V.M. Vishnevsky, A.I. Lyakhov, A.A. Safonov, S.S. Mo and A.D. Gelman, "Study of Beaconing in Multi-Hop Wireless PAN with Distributed Control," IEEE Transactions on MOBILE COMPUTING, vol. 7, no. 1, pp. 113-126, Jan. 2008.

상세보기
IEEE 802.15.3, Wireless Medium Access Control and Physical Layer Specification for High Rate Wireless Personal Area Networks, 2003,
Hun-Ting Chou, J. Del Prado Pavon, and N. Sai Shankar, "Mobility Support Enhancements for the WiMedia UWB MAC Protocol," Proceedings of 2nd International Conference on Broadband Networks (BROADNETS 2005), vol. 2, pp. 136-142, Oct. 2005.
WiMedia, Distributed Medium Access Control (MAC) for Wireless Networks, WiMedia MAC Release Specification 1.5, Dec. 2009.
WiMedia, WiMedia Logical Link Control Protocol (WLP), WiMedia WLP Specification Draft 1.0, Aug. 2007.
P. Liu, Z. Tao, S. Narayanan, T. Korakis and S. Panwar, ""CoopMAC: A Cooperative MAC for Wireless LANs,"" IEEE. J. Selected Areas in Communications, vol. 25, no. 2, pp.340-354, February 2007.

상세보기
J.-W. Kim, K. Hur, J. Park, and D.-S. Eom, "A Distributed MAC Design for Data Collision-Free Wireless USB Home Networks," IEEE Transactions on Consumer Electronics, vol. 55, no. 3, pp. 1337-1343, Aug. 2009.

상세보기

저자의 다른 논문 :

LOADING...

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].

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증