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릴레이 기반 선내 무선통신 시스템의 성능 분석
Performance Analysis of Relay-Based Shipboard Wireless Communication Systems 원문보기

한국통신학회논문지 = The Journal of Korean Institute of Communications and Information Sciences, v.40 no.1, 2015년, pp.202 - 208  

주양익 (Korea Maritime and Ocean University Division of Electrical and Electronics Engineering) ,  김범무 (Department of Information & Electronics Engineering, Mokpo National University) ,  정민아 (Depatment of Electronics Engineering, Mokpo National University) ,  이성로 (Depatment of Computer Engineering, Mokpo National University)

초록
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선박 안의 각종 센서와 전기전자장비를 구성하고 원격제어를 수행하기 위해 선내 무선 네트워크의 구성이 필요하다. 선내에서는 공간적 제약으로 인해 직접 통신이 어려운 상황이 발생하기 쉬운 환경이므로 무선통신 모듈 간 원활한 연결을 위해 릴레이 기능을 포함하는 무선통신 프로토콜이 적합하다. 이 논문에서는 선내 무선통신 시스템의 데이터 전송률을 높이기 위한 릴레이 기반 선내 무선통신 프로토콜을 적용하여 성능 분석을 수행한다. 제안된 방식은 전송효율의 향상뿐만 아니라 릴레이 기능 수행을 위한 각 단말의 에너지 소모를 함께 고려하여 단말의 배터리 소모로 인한 통신단절을 최소화할 수 있도록 하였다. 성능 분석 결과 릴레이 기반 선내 무선통신을 통해 선내 무선 네트워크의 신뢰성이 향상됨을 확인하였다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

A wireless ship area network is required to configure and control various sensors and electrical instruments embedded or boarded in a ship. In such environment, wireless communication protocol adopting relaying function is needed because direct link or communication between two nodes is hardly guara...

주제어

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

문제 정의

  • 하지만, 이러한 분산적인 MAC 프로토콜이 적용되더라도 선박 내 좁은 공간적 특성과 최근 이슈가 되고 있는 안전에 관련된 정보의 전송을 위해서는 데이터전송의 신뢰성을 더욱 향상시켜야 한다. 따라서 이 논문에서는 현재 와이미디어 D-MAC 표준 기술에 협력적 릴레이 통신 방안을 적용하고 그에 대한 성능을 분석하고자 한다.
  • 따라서 이러한 분석 결과와 단말 별 버퍼의 크기 등을 고려한 지연 성능을 반영하여 다음 절에서는 DRP-R 방식에 대한 성능을 평가하고자 한다.
  • 이 논문에서는 선박 내 무선통신 시스템의 데이터 전송률을 향상시키기 위한 릴레이 기반 선내 무선통신 프로토콜, DRP-R을 적용하여 성능 분석을 수행하였다. 성능 분석 결과, DRP-R 방식은 전송 효율의 향상뿐만 아니라 각 단말의 에너지 소모를 함께 고려하여 단말의 배터리 소모로 인한 통신단절을 최소화할 수 있음을 확인하였다.
  • 이러한 선박 네트워크 표준 기술과 더불어 다양한 무선통신 기술이 해양 및 선박통신을 위해 적용되고 있으며, 선내 각종 센서와 전기전자장비를 제어하고 필요한 정보를 전달하기 위해서는 무선지역망(Wireless Local Area Network (WLAN)) 및 무선개인망(Wireless Personal Area Network (WPAN)) 등의 기술이 고려되고 있다. 이 논문에서는 효율적인 고속 데이터 전송이 가능한 와이미디어(WiMedia) 통신기술을 고려한 선내 릴레이 통신방식에 대한 성능을 분석한다.

가설 설정

  • 그림 4의 (m, n)의 상태에 대해 m은 매 수퍼프레임(superframe)의 m번째 패킷 서비스 시작시점을 나타내며, 한 수퍼프레임 내에서 최대 M개의 패킷이 전송될 수 있음을 가정하였다. 그리고 n은 패킷 전송 시점에서의 패킷의 수를 나타내며 최대 N개의 패킷을 가정하였다. 패킷의 크기는 고정된 것으로 하고 패킷의 도착은 포아송(Poisson) 분포를 띠는 것으로 가정하였으며, 전송된 패킷은 PER(Packet Error Rate)의 확률로 버려지는 것으로 가정하였다.
  • 패킷의 크기는 고정된 것으로 하고 패킷의 도착은 포아송(Poisson) 분포를 띠는 것으로 가정하였으며, 전송된 패킷은 PER(Packet Error Rate)의 확률로 버려지는 것으로 가정하였다. 그리고 참고문헌[6]과 같이 패킷 서비스 시작 시점 역시 고정된 것으로 가정하였다
  • . 그림 4의 (m, n)의 상태에 대해 m은 매 수퍼프레임(superframe)의 m번째 패킷 서비스 시작시점을 나타내며, 한 수퍼프레임 내에서 최대 M개의 패킷이 전송될 수 있음을 가정하였다. 그리고 n은 패킷 전송 시점에서의 패킷의 수를 나타내며 최대 N개의 패킷을 가정하였다.
  • 본 절에서는 컴퓨터 실험을 통해 DRP-R 방식과 기존 DRP 방식의 성능을 비교 평가하였다. 선박 내 환경을 고려하기 위해 20 m * 10 m의 공간에 임의로 분포된 단말을 가정하였고, 선박 내 구분된 벽면에 의한 단말 간 채널 감쇄효과를 다르게 설정하였다. 컴퓨터 실험을 위해 사용된 와이미디어 표준 매개변수는 표 1과 같다.
  • 그리고 n은 패킷 전송 시점에서의 패킷의 수를 나타내며 최대 N개의 패킷을 가정하였다. 패킷의 크기는 고정된 것으로 하고 패킷의 도착은 포아송(Poisson) 분포를 띠는 것으로 가정하였으며, 전송된 패킷은 PER(Packet Error Rate)의 확률로 버려지는 것으로 가정하였다. 그리고 참고문헌[6]과 같이 패킷 서비스 시작 시점 역시 고정된 것으로 가정하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
DRP-R 방식은 무엇인가? 본 절에서 기술될 DRP-R (DRP supporting Relay)방식은 선내 데이터 전송에 대한 신뢰성 향상을 위해 기존 와이미디어 DRP 기술에 협력적 릴레이 전송 기능을 추가한 기술이다. 하지만 새로운 기능을 추가할 때 기존 와이미디어 표준을 준수하면서 고안된 방식이므로 현재 개발된 와이미디어 기기와의 호환성을 보장할 수 있다.
DRP 프로토콜에서 네트워크는 어떻게 구성되는가? 중앙집중형 MAC 기술과 달리 D-MAC 기술은 모든 단말이 분산적으로 네트워크를 구성하는 DRP(Distributed Reservation Protocol) 프로토콜을 정의한다. DRP 프로토콜에서는 통신자원의 예약과 제어정보를 각 단말의 DRP 정보 원소 (Information Element (IE))와 DRP Availability 정보 원소를 통해 각 단말들 간에 공유하여 네트워크가 구성된다. 따라서 중앙집중형 MAC 방식의 피코넷 코디네이터의 이동성이나 피코넷 중첩 등의 문제가 D-MAC 기술을 통해 해결될 수 있다.
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참고문헌 (7)

  1. D. Lee, S. R. Lee, and J. So, "An opportunistic subchannel allocation scheme in relay-based marine communication networks," J. KICS, vol. 39C, no. 7, pp. 546-551, Jul. 2014. 

  2. K. Hur, M.-A. Jeong, and S. R. Lee, "Performance analysis of WiMedia D-MAC communications for a shipboard wireless bridge," J. KICS, vol. 39C, no. 7, pp. 597-607, Jul. 2014. 

  3. O.-S. Park and J.-M. Ahn, "Implementation algorithms and performance analysis of maritime VHF data system based on filtered multi-tone modulation," J. KICS, vol. 38C, no. 3, pp. 254-262, Mar. 2013. 

  4. WiMedia Alliance, Distributed medium access control (MAC) for wireless networks, WiMedia MAC specification release 1.5, Dec. 2009. 

  5. Y.-I. Joo and K. Hur, "Relay cooperative transmission scheme for distributed MAC protocol-based logistic applications," J. Korea Multimedia Soc., vol. 14, no. 3, pp. 423-432, Mar. 2011. 

  6. H. Wu, Y. Xiz, and Q. Zhang, "Delay analysis of DRP in MBOA UWB MAC," in Proc. IEEE ICC, pp. 229-233, Istanbul, Turkey, Jun. 2006. 

  7. R. W. Wolff, "Poisson arrivals see time average," Operations Res., vol. 30, no. 2, pp. 223-231, Apr. 1982. 

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