수중 음향네트워크에서 노드의 위치와 이동속도에 따라 변화하는 전파지연 시간을 추정하여 시간 블록이라는 새로운 슬럿 단위로 노드들의 전송 스케줄을 설정하는 Block-Time-Bounded Time Division Multiple Access (BTB-TDMA) 매체접속제어 방식이 제안되었다. 본 논문에서는 노드의 이동으로 인해 상향(uplink)과 하향(downlink)의 전파지연이 비대칭적이 되고, 이에 따른 수신 충돌이 BTB-TDMA의 성능에 미치는 영향을 시뮬레이션을 통해 분석한다. 이를 위해 전파지연 비대칭성으로 인한 수신 충돌률, 채널접속지연, 채널효율을 수학적으로 모델링하고, 수중노드의 수, 네트워크 범위, 수중노드의 이동 속도에 따라 BTB-TDMA 시간 블록의 길이를 변화시켜 광범위한 시뮬레이션을 수행한다. 시뮬레이션 결과의 분석을 통해, 네트워크 환경에 따라 수신 충돌을 최소화 하면서, 채널 접속지연과 채널효율 성능을 최대화할 수 있는 시간 블록 값을 도출할 수 있는 성능지표를 제시한다.
수중 음향네트워크에서 노드의 위치와 이동속도에 따라 변화하는 전파지연 시간을 추정하여 시간 블록이라는 새로운 슬럿 단위로 노드들의 전송 스케줄을 설정하는 Block-Time-Bounded Time Division Multiple Access (BTB-TDMA) 매체접속제어 방식이 제안되었다. 본 논문에서는 노드의 이동으로 인해 상향(uplink)과 하향(downlink)의 전파지연이 비대칭적이 되고, 이에 따른 수신 충돌이 BTB-TDMA의 성능에 미치는 영향을 시뮬레이션을 통해 분석한다. 이를 위해 전파지연 비대칭성으로 인한 수신 충돌률, 채널접속지연, 채널효율을 수학적으로 모델링하고, 수중노드의 수, 네트워크 범위, 수중노드의 이동 속도에 따라 BTB-TDMA 시간 블록의 길이를 변화시켜 광범위한 시뮬레이션을 수행한다. 시뮬레이션 결과의 분석을 통해, 네트워크 환경에 따라 수신 충돌을 최소화 하면서, 채널 접속지연과 채널효율 성능을 최대화할 수 있는 시간 블록 값을 도출할 수 있는 성능지표를 제시한다.
A Block-Time-Bounded Time Division Multiple Access (BTB-TDMA) medium access control protocol, which estimates the propagation delay of nodes according to their location and moving velocity information, has been proposed for underwater acoustic networks. BTB-TDMA provides nodes with their transmissio...
A Block-Time-Bounded Time Division Multiple Access (BTB-TDMA) medium access control protocol, which estimates the propagation delay of nodes according to their location and moving velocity information, has been proposed for underwater acoustic networks. BTB-TDMA provides nodes with their transmission schedules by a time block that is a time unit, newly designed for BTB-TDMA. In this paper, we investigate how the receiver collision, that is induced by the asymmetry between node's uplink and downlink propagation delay due to its mobility, affects the performance of BTB-TDMA. To do this, we analytically obtain the collision rate, the channel access delay, and the channel utilization by considering the asymmetry of propagation delay. Then, simulations are extensively performed with respect to the length of a time block by varying the number of nodes, the network range, and the node's velocity. Thus, the simulation results can suggest performance criteria to determine the optimal length of a time block which minimizes the collision rate and concurrently maximizes the channel access delay and the channel utilization.
A Block-Time-Bounded Time Division Multiple Access (BTB-TDMA) medium access control protocol, which estimates the propagation delay of nodes according to their location and moving velocity information, has been proposed for underwater acoustic networks. BTB-TDMA provides nodes with their transmission schedules by a time block that is a time unit, newly designed for BTB-TDMA. In this paper, we investigate how the receiver collision, that is induced by the asymmetry between node's uplink and downlink propagation delay due to its mobility, affects the performance of BTB-TDMA. To do this, we analytically obtain the collision rate, the channel access delay, and the channel utilization by considering the asymmetry of propagation delay. Then, simulations are extensively performed with respect to the length of a time block by varying the number of nodes, the network range, and the node's velocity. Thus, the simulation results can suggest performance criteria to determine the optimal length of a time block which minimizes the collision rate and concurrently maximizes the channel access delay and the channel utilization.
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문제 정의
따라서, 본 논문에서는 시뮬레이션을 통해 노드의 전파지연 비대칭성을 고려한 BTB-TDMA 성능평가를 수행한다. 이를 위해 전파지연 비대칭성으로 인한 데이터 패킷의 수신 충돌률(CR: Collision Rate)을 정의하고, 데이터 전송에 성공한 유효 패킷에 대한 채널접속지연 (CD: Channel Delay)과 채널효율(CU: Channel Utilization)을 재정의한다.
본 논문에서는 수중노드의 전파지연 비대칭성을 고려하여 BTB-TDMA의 성능분석을 수행하였다. 이를 위해 성능 파라미터로 전파지연 비대칭성으로 인해 발생되는 수신 충돌율과 데이터 전송에 성공한 유효 데이터 패킷에 대한 채널접속지연과 채널효율을 정의하였다.
가설 설정
∙ 수중노드의 이동 속도는 최대 이동속도 내에서 임의의 속도로 움직인다.
∙ 전파지연의 비대칭성으로 인한 수신패킷 충돌만을 고려하고, 그 이외의 네트워크 환경에 의한 수신 충돌이나 수신오류에 의한 영향은 없다고 가정한다.
제안 방법
이를 위해 성능 파라미터로 전파지연 비대칭성으로 인해 발생되는 수신 충돌율과 데이터 전송에 성공한 유효 데이터 패킷에 대한 채널접속지연과 채널효율을 정의하였다. 또한, BTB-TDMA 시간슬롯 단위를 결정하는 시간블록의 크기에 따라 BTB-TDMA의 성능을 시뮬레이션을 통해 분석하였다. 수중노드의 전파지연 비대칭성을 고려할 때와 고려하지 않을 때 BTB-TDMA 성능들을 비교 평가하기 위해, 수중노드의 수, 네트워크 범위, 수중노드의 최대 이동속도에 따라 네트워크 환경을 변화시켜 시뮬레이션을 수행하였다.
또한, 네트워크 환경변화를 고려하여 네트워크 범위, 수중노드의 수, 수중노드의 이동 속도에 따른 성능 분석을 통해 시간블록 τb의 길이를 결정할 수 있는 성능지표를 제시한다.
본 장에서는 시뮬레이션을 통해 전파지연 비대칭성을 고려한 BTB-TDMA 성능 분석을 수행한다. 먼저, 전파지연의 비대칭성으로 인한 패킷 수신 충돌률을 도출하고, 패킷 수신충돌에 따른 영향을 고려하여 [7]에서 정의되었던 채널 접속지연시간과 채널효율을 재정의한다. BTB-TDMA 성능 분석을 위해 먼저 네트워크 파라미터를 표 1과 같이 정의한다.
본 장에서는 시뮬레이션을 통해 전파지연 비대칭성을 고려한 BTB-TDMA 성능 분석을 수행한다. 먼저, 전파지연의 비대칭성으로 인한 패킷 수신 충돌률을 도출하고, 패킷 수신충돌에 따른 영향을 고려하여 [7]에서 정의되었던 채널 접속지연시간과 채널효율을 재정의한다.
또한, BTB-TDMA 시간슬롯 단위를 결정하는 시간블록의 크기에 따라 BTB-TDMA의 성능을 시뮬레이션을 통해 분석하였다. 수중노드의 전파지연 비대칭성을 고려할 때와 고려하지 않을 때 BTB-TDMA 성능들을 비교 평가하기 위해, 수중노드의 수, 네트워크 범위, 수중노드의 최대 이동속도에 따라 네트워크 환경을 변화시켜 시뮬레이션을 수행하였다.
시뮬레이션은 전파지연 비대칭성을 고려할 때와 고려하지 않을 때 τb의 길이에 따라 변화되는 BTB-TDMA의 CR, CD, CU 성능을 비교한다.
본 논문에서는 수중노드의 전파지연 비대칭성을 고려하여 BTB-TDMA의 성능분석을 수행하였다. 이를 위해 성능 파라미터로 전파지연 비대칭성으로 인해 발생되는 수신 충돌율과 데이터 전송에 성공한 유효 데이터 패킷에 대한 채널접속지연과 채널효율을 정의하였다. 또한, BTB-TDMA 시간슬롯 단위를 결정하는 시간블록의 크기에 따라 BTB-TDMA의 성능을 시뮬레이션을 통해 분석하였다.
따라서, 본 논문에서는 시뮬레이션을 통해 노드의 전파지연 비대칭성을 고려한 BTB-TDMA 성능평가를 수행한다. 이를 위해 전파지연 비대칭성으로 인한 데이터 패킷의 수신 충돌률(CR: Collision Rate)을 정의하고, 데이터 전송에 성공한 유효 패킷에 대한 채널접속지연 (CD: Channel Delay)과 채널효율(CU: Channel Utilization)을 재정의한다. 시뮬레이션은 전파지연 비대칭성을 고려할 때와 고려하지 않을 때 τb의 길이에 따라 변화되는 BTB-TDMA의 CR, CD, CU 성능을 비교한다.
전파지연의 비대칭성에 대한 영향을 알아보기 위해, 전파지연이 대칭적일 때와 비대칭적일 때의 BTBTDMA 성능을 τb 길이에 따라 시뮬레이션 한다.
성능/효과
이와 같이, 노드의 전파지연 비대칭성을 고려한 BTB-TDMA에서 수신 충돌율을 최소화하면서 채널접속지연시간과 채널효율을 최대화하는 시간블록 길이는 네트워크 환경에 따라 달라진다. 본 논문에서는 시뮬레이션을 통해 수중노드의 수, 네트워크 범위, 수중노드의 이동속도가 증가할수록 BTB-TDMA의 성능을 최대화하는 시간블록 값도 증가함을 알 수 있었다. 이는 수중음향네트워크를 위한 시간분할 접속제어 프로토콜의 시간슬롯할당 시 유용한 성능 지표로 사용될 수 있다.
전파지연 비대칭성을 고려하지 않았을 때 BTB-TDMA는 비대칭성으로 인한 수신 충돌율은 0이고, 시간블록 길이가 증가함에 따라 채널접속지연과 채널효율 성능은 선형적으로 감소하였다. BTB-TDMA에서 시간블록은 이동노드의 전파지연시간을 분류하고, 시간슬롯의 단위를 결정하게 된다.
이는 시간블록의 길이가 증가할수록 시간슬롯의 유휴시간 증가에 따른 보호시간(guard time) 증가로 수신충돌이 감소하게 되는 것이다. 채널 접속지연과 채널효율은 시간블록 길이가 증가함에 따라 특정한 시간블록 길이까지는 성능이 증가하였다가 그 이후에는 성능이 감소하였다. 이는 시간블록 길이가 증가함에 따라, 수신 충돌율이 감소하여 채널접속지연과 채널효율성능이 향상되다가 유휴시간 증가에 의한 영향이 커지면서 성능이 저하되는 것이다.
참고문헌 (9)
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M. Cardei, "Energy-efficient scheduling and hybrid communication architecture for underwater littoral surveillance," Comput. Commun. J. vol. 29, no. 17, pp. 3354-3365, 2006.
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