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문제 정의
- 본 논문에서는 UWB 기반 Distributed MAC 시스템을 위한 SoQ 기반 협력 통신프로토콜을 제안하여 무선 채널 상태에 따라 변화하는 UWB 링크 전송속도에 적응적이고 QoS 척도에 따르는 SoQ_RNS 릴레이 노드 선정 알고리즘을 제안하였다. 시뮬레이션 결과로부터 UWB 링크 전송 속도에 적응적인 SoQ_RNS 릴레이 기술을 적용하여, 디바이스들의 잦은 이동으로 무선 채널 상태의 변화가 큰 경우 성능 향상 효과가 더욱 증대됨을 알 수 있다.
- 본 논문에서는 UWB 기술 기반 D-MAC 표준 시스템에 적용할 수 있는 Satisfaction of QoS (SoQ) 기반 협력 통신 프로토콜을 제안한다. 이를 위해 UWB 링크 전송 속도와 QoS 척도에 따른 릴레이 노드 선정 알고리즘을 제안한다.
제안 방법
- 이와 같은 No-ACK 방식에서 예상되는 Trelay, Tdirect 값들이 식(1)과 같이 도출되며, Trelay < Tdirect 조건을 만족하도록 식(2)를 정리하면 식(3)과 같이 릴레이노드를 선택하는 RNS (Relay Node Selection) 기준이 도출된다. RNS 기준을 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 협력통신 DRP 예약 기술은 위에서 기술한 DRP 표준 기술을 기본적으로 준수한다. 제안된 기술에서는 표 7에서 나타낸 바와 같이 단지 3개의 Reason Code만을 추가한다.
- 그리고 DRP IE의 Reservation Status bit를 0으로, Reason Code bit를 ‘Accepted’로 설정한다. 그 후 DRP IE의 Target/Owner DevAddr 필드가 자신의 DevAddr로 설정된 비컨 프레임을 수신한 DRP Target 디바이스는 자신의 DRP IE 내 Target/Owner DevAddr 필드를 DRP Owner 디바이스의 DevAddr로 설정한다. 만약 그 예약 시간 구간에 대한 예약이 허용되면, DRP Target 디바이스는 DRP IE의 Reservation Status bit를 1로, Reason Code bit를 ‘Accepted’로 설정한다.
- 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.
- 릴레이 전송을 위해 릴레이 노드에게는 MAS S-R에 대한 DRP IE의 예약상세상태코드 (Reason Code)를 릴레이요청 ('Relay Req')로 설정하여 전송하고, 예약 대상 노드에게는 MAS R-T에 대한 DRP IE의 예약상세상태코드를 릴레이통보 ('Relay Ntf')로 설정하여 전송한다.
- 본 논문에서는 UWB 기술 기반 D-MAC 표준 시스템에 적용할 수 있는 Satisfaction of QoS (SoQ) 기반 협력 통신 프로토콜을 제안한다. 이를 위해 UWB 링크 전송 속도와 QoS 척도에 따른 릴레이 노드 선정 알고리즘을 제안한다. 본 논문에서 제안하는 SoQ 기반 협력 통신 프로토콜은 분산적인 DMAC 표준 기술과 호환성을 갖고, 각 디바이스에서 독립적으로 실행되는 SoQ 기반 Relay Node Selection (RNS) 기준에 따라 실행된다.
- WiMedia D-MAC 표준과의 완전한 호환성을 보장하기 위해, 제안된 협력통신 DRP 예약 기술은 위에서 기술한 DRP 표준 기술을 기본적으로 준수한다. 제안된 기술에서는 표 7에서 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[2]. 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. mIn은 임의의 디바이스가 기준 디바이스로 1홉 더 가까이 이동하는 확률이고, mOut은 기준 디바이스로부터 1홉 더 멀리 이동하는 확률을 나타낸다.
데이터처리
- 제안된 방식의 성능 평가 결과는 ns-2 시뮬레이션을 통해 도출하였다. 표 8은 본 논문에서 사용된 시뮬레이션 파라미터를 나타낸다.
이론/모형
- 이를 위해 UWB 링크 전송 속도와 QoS 척도에 따른 릴레이 노드 선정 알고리즘을 제안한다. 본 논문에서 제안하는 SoQ 기반 협력 통신 프로토콜은 분산적인 DMAC 표준 기술과 호환성을 갖고, 각 디바이스에서 독립적으로 실행되는 SoQ 기반 Relay Node Selection (RNS) 기준에 따라 실행된다.
성능/효과
- 시뮬레이션 결과로부터 UWB 링크 전송 속도에 적응적인 SoQ_RNS 릴레이 기술을 적용하여, 디바이스들의 잦은 이동으로 무선 채널 상태의 변화가 큰 경우 성능 향상 효과가 더욱 증대됨을 알 수 있다. 그리고 제안된 SoQ 기반 협력 통신 기술은 WiMedia DMAC 표준 기술과도 상호 호환될 수 있으므로, 기설치된 시스템과의 연동 시에도 별도의 시스템 수정없이 적용 가능하다.
- 또한, RR 25Mbps, DR 50Mbps의 TSPEC을 갖는 트래픽 스트림에 대해, 지원할 수 있는 RPHY - Current 전송률과 RPHY - MIN 전송률의 차이에 따른 SoQ 변화가 그림 9에 도시되어 있다. 시뮬레이션 결과로부터 UWB 링크 전송 속도에 적응적인 SoQ_RNS 릴레이 기술을 적용하여, SoQ 릴레이 또는 기본적인 릴레이 전송 기술만을 적용한 것 보다 수율 및 SoQ 값이 증가하는 것을 알 수 있다. 이러한 결과는 더 큰 mIn 확률값에서 디바이스들의 잦은 이동으로 무선 채널 상태의 변화가 크므로, UWB 링크 전송 속도에 적응적인 SoQ_RNS 릴레이 기술이 더 큰 mIn 확률값에서 가장 우수한 성능 향상 효과를 나타낸다고 할 수 있다.
- 본 논문에서는 UWB 기반 Distributed MAC 시스템을 위한 SoQ 기반 협력 통신프로토콜을 제안하여 무선 채널 상태에 따라 변화하는 UWB 링크 전송속도에 적응적이고 QoS 척도에 따르는 SoQ_RNS 릴레이 노드 선정 알고리즘을 제안하였다. 시뮬레이션 결과로부터 UWB 링크 전송 속도에 적응적인 SoQ_RNS 릴레이 기술을 적용하여, 디바이스들의 잦은 이동으로 무선 채널 상태의 변화가 큰 경우 성능 향상 효과가 더욱 증대됨을 알 수 있다. 그리고 제안된 SoQ 기반 협력 통신 기술은 WiMedia DMAC 표준 기술과도 상호 호환될 수 있으므로, 기설치된 시스템과의 연동 시에도 별도의 시스템 수정없이 적용 가능하다.
- 또한, UWB 링크 데이터 전송률 변화에 따른 수율 성능 변화가 그림 8에 도시되어 있다. 시뮬레이션 결과로부터 UWB 링크 전송 속도에 적응적인 SoQ_RNS 협력 통신 기술을 적용하여, SoQ 릴레이 또는 기본적인 릴레이 전송 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 링크 전송속도에 적응적인 SoQ_RNS 협력 통신 기술이 더 큰 mIn 확률값에서 성능 향상 효과가 증대된다고 할 수 있다.
- 시뮬레이션 결과로부터 UWB 링크 전송 속도에 적응적인 SoQ_RNS 릴레이 기술을 적용하여, SoQ 릴레이 또는 기본적인 릴레이 전송 기술만을 적용한 것 보다 수율 및 SoQ 값이 증가하는 것을 알 수 있다. 이러한 결과는 더 큰 mIn 확률값에서 디바이스들의 잦은 이동으로 무선 채널 상태의 변화가 크므로, UWB 링크 전송 속도에 적응적인 SoQ_RNS 릴레이 기술이 더 큰 mIn 확률값에서 가장 우수한 성능 향상 효과를 나타낸다고 할 수 있다.
- 이러한 결과는 더 큰 mIn 확률값에서 디바이스들의 잦은 이동으로 무선 채널 상태의 변화가 크므로, UWB 링크 전송속도에 적응적인 SoQ_RNS 협력 통신 기술이 더 큰 mIn 확률값에서 성능 향상 효과가 증대된다고 할 수 있다.
- 제안하는 협력 통신 프로토콜은 WiMedia 디바이스들 간의 링크 피드백 정보를 이용하여 최소의 지연 시간을 제공하는 전송 송신 경로를 지능적으로 선택할 수 있다. WiMedia 비컨 그룹 내에 속한 모든 디바이스들은 데이터 릴레이 전송을 위해 필요한 잠재적인 릴레이 (또는 Helper) 디바이스를 선택하기 위해 RNT를 구성하고 유지해야 한다.
- 3은 여러 문제점을 나타낸다. 첫째로, PNC 디바이스가 사라진 경우, 네트워크는 PNC를 재선출하여야 하며, 이때 많은 시간과 전력을 소비하게 된다. 둘째로, 두 개 이상의 피코넷이 서로 충첩될 때 IEEE 802.
- 최종적으로 제안하는 SoQ_RNS 협력 통신 기술은 T_relay 기반 RNS 릴레이 기술과 SoQ 기반 SoQ_relay 기술이 결합된 방식이다. 식(7)은 두 기술에서 제시된 알고리즘에 기초하여 최적의 릴레이노드를 선정하는 알고리즘을 나타낸다.
후속연구
- 아울러, 모든 디바이스는 자신의 Link Feedback IE 정보의 변화가 있을 경우에만 새로운 Link Feedback IE를 전송하도록 설정할 수 있다. 따라서, WiMedia 홈 네트워크 시스템 구현 시, 제안하는 협력 통신 프로토콜에서 발생하는 오버헤드가 크지 않도록 최적화할 수 있으며 이에 관한 연구가 요구된다.
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