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전술 무선망에서 2진 지수 백오프를 사용하는 CSMA/CA 기반 우선순위 적용 MAC 프로토콜 설계
A CSMA/CA with Binary Exponential Back-off based Priority MAC Protocol in Tactical Wireless Networks 원문보기

Journal of the Institute of Electronics and Information Engineers = 전자공학회논문지, v.52 no.11, 2015년, pp.12 - 19  

변애란 (충남대학교 전자공학과) ,  손웅 (충남대학교 전자공학과) ,  장윤선 (충남대학교 전자공학과)

초록
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네트워크 중심전에서 통신망은 전쟁을 승리로 이끌기 위한 중요한 기반기술이다. 특히, 전쟁 상황에서 긴급하거나 중요한 데이터는 반드시 제시간에 전송이 되어야 한다. 본 논문에서는 개인병사 전술 무선망을 위한 BEB(Binary Exponential Back-off)를 사용한 CSMA/CA(Carrier Sensing Multiple Access/Collision Avoidance) 기반의 우선순위 매체접속제어(MAC) 프로토콜을 제안한다. 제안된 MAC 프로토콜은 우선순위가 높은 패킷의 빠른 전송을 위해 우선순위에 따른 PCW(Prioritized Contention Window)를 적용하였고, 남은 back-off 시간을 초기화하기 위해 RBR(Repetitive Back-off Reset)을 제안한다. 제안 된 MAC 프로토콜은 전송 성공률과 컨트롤 패킷의 전송량 측면에서 패킷 충돌을 줄여주기 때문에 DCF(Distributed Coordination Function) 기반의 다른 MAC 프로토콜보다 높은 수율 성능을 보여준다. 따라서, DCF와 비교하였을 때, 제안하는 MAC 프로토콜은 트래픽이 많은 네트워크 환경에서 더욱 효율적으로 에너지를 이용할 수 있다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

In network-centric warfare, the communication network has played a significant role in defeating an enemy. Especially, the urgent and important data should be preferentially delivered in time. Thus, we proposed a priority MAC protocol based on CSMA/CA with Binary Exponential Back-off for tactical wi...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 논문에서는 사용자의 계급과 처한 상황에 따라 데이터의 중요도가 다른 전술 무선망의 특성에 맞게 효율적인 성능을 지원하는 우선순위 기반 MAC 프로토콜을 설계하였다. 제안한 알고리즘은 back-off 알고리즘에 우선순위를 적용하여 데이터의 우선순위 별 지연 시간을 달리하는 PCW 기법을 적용하고, back-off 시간을 0으로 초기화하여 재전송 할 때 back-off 시간을 새로 설정하는 RBR 기법을 적용하여 우선순위 별 차등적인 성능을 지원하고 충돌률을 감소시켰다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
DCF란 무엇인가? DCF[6]는 AP(Access Point) 등의 제반 시설이 없는 무선 네트워크 환경에 적합한 통신 프로토콜이다. 제안하는 프로토콜은 DCF 동작 중에서 CSMA/CA를 기반으로 RTS/CTS(Request To Send/Clear To Send) 컨트롤 패킷을 사용하는 4-handshaking 동작을 사용한다.
MAC 프로토콜에서 우선순위를 제공하는 방법들의 한계는? MAC(Media Access Control) 프로토콜들에서 우선순위를 제공하는 방법을 살펴보면 크게 적극적으로 자신의 우선순위를 알려 채널 획득에 우선권을 얻는 방법[2∼3]과 서로의 우선순위 정보를 교환하지 않고 프레임 전송 간격인 IFS(Inter-Frame Space)를 우선순위 별로 세분화하거나 지연 시간을 구분하여[4∼5] 우선순위가 높은 노드에게 빠른 채널 접속 권한을 부여하는 방법으로 나눌 수 있다. 이러한 방법들은 높은 우선순위를 갖는 노드가 우선적으로 채널을 획득하는 데 유용하지만 우선 순위 정보를 알리기 위해 추가적인 패킷 전송이 요구되거나 우선순위가 높은 패킷들은 충돌 발생 후 재전송까지 소요되는 시간이 짧아 전송 시도가 잦아지므로 증가 하는 충돌률을 충분히 제어하지 못하는 한계가 있다.
MAC 프로토콜에서 우선순위를 제공하는 방법은? 많은 데이터 중에서도 중요한 데이터는 우선적인 전송이 보장되는 차등적 성능 지원이 필요하다. MAC(Media Access Control) 프로토콜들에서 우선순위를 제공하는 방법을 살펴보면 크게 적극적으로 자신의 우선순위를 알려 채널 획득에 우선권을 얻는 방법[2∼3]과 서로의 우선순위 정보를 교환하지 않고 프레임 전송 간격인 IFS(Inter-Frame Space)를 우선순위 별로 세분화하거나 지연 시간을 구분하여[4∼5] 우선순위가 높은 노드에게 빠른 채널 접속 권한을 부여하는 방법으로 나눌 수 있다. 이러한 방법들은 높은 우선순위를 갖는 노드가 우선적으로 채널을 획득하는 데 유용하지만 우선 순위 정보를 알리기 위해 추가적인 패킷 전송이 요구되거나 우선순위가 높은 패킷들은 충돌 발생 후 재전송까지 소요되는 시간이 짧아 전송 시도가 잦아지므로 증가 하는 충돌률을 충분히 제어하지 못하는 한계가 있다.
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참고문헌 (7)

  1. Chae Je-Wook, Choe Eui-Jung, Kim Hyun-Jun, Lee Jun-Ho, Lee Sung-Bae, "NCW based Research & Development Technology for Korean Future Soldier System," 8th ICROS Conference Proceedings, Vol. 2012, No. 7, pp. 465-470, July, 2012. 

  2. Seong-Cheol Kim, Jun-Heon Jeon, "EEPB-MAC: Energy Efficient & Priority-Based MAC Protocol for Energy Harvesting Wireless Sensor Networks," Journal of Korea Institute of Information and Communication Engineering, Vol. 17, No. 3, pp. 755-761, 2012. 

  3. Park Ha Young, Kim Chang Wook, Han Jung Ahn, Kim Byoung Gi, "A Variable Priority MAC Protocol for QoS Guarantee in Wireless ad hoc Networks," The Journal of KOREA Information and Communications Society, Vol. 32, No. 7, pp. 463-471, 2007. 

  4. Juhyeon Lee, Hyung-Kun Park, "Design of a MAC protocol for Urgent Events in Wireless Sensor Networks," The journal of the Korea Institute of Maritime Information & Communication Sciences, Vol. 14, No. 4, pp. 803-808, 2010. 

  5. BongGi Jun, Jaehyun Nam, "Modified Backoff Algorithm considering Priority in IEEE 802.11," Advanced Science and Technology Letters, Vol.44 (Networking and Communication 2013), pp. 32-35, 2013. 

  6. IEEE P802.11, Draft standard for wireless LAN medium access control (MAC) and physical layer (PHY) specifications, IEEE Std. 1997. 

  7. Part 11: Wireless LAN Medium Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY) Specifications, IEEE Std. 802.11b 1999/Cor 1-2001, 2001. 

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