[논문]애드혹 인지 무선네트워크에서 멀티 홉 전송을 위한 멀티채널할당기법

권영민; 박형근

doi:10.6109/jkiice.2017.21.1.35

애드혹 인지 무선네트워크에서 멀티 홉 전송을 위한 멀티채널할당기법
Multi-Channel Allocation Scheme for Multi-Hop Transmission in Ad-hoc Cognitive Radio Networks 원문보기

한국정보통신학회논문지 = Journal of the Korea Institute of Information and Communication Engineering, v.21 no.1, 2017년, pp.35 - 41

권영민 (Information and Communication Eng. DGIST) , 박형근 (School of Electric Electronic and Communication Engineering, KOREATECH)

초록
AI-Helper

스펙트럼 자원의 부족문제를 해결하고 스펙트럼 자원을 보다 효율적으로 사용하기 위해 인지무선통신기술이 제안되었으며 많은 연구가 이루어지고 있다. 애드혹 인지무선통신에서 멀티 홉 라우팅은 저 전력으로 먼 거리까지 데이터 전송할 수 있는 중요한 기법이다. 멀티채널을 갖는 멀티홉 라우팅에서 전송채널을 선택할 때 우선적으로는 주 사용자에 대한 간섭을 최소화할 수 있는 채널선택이 되어야하며 전송용량을 극대화하기 위해 채널 간 간섭을 최소화할 수 있는 채널선택기법이 필요로 된다. 본 논문에서는 멀티채널 멀티 홉 인지무선네트워크에서에서 채널 간 간섭을 최소화하며 주 사용자와의 충돌을 줄임으로써 용량을 높일 수 있는 채널 스케줄링 방식을 제안하였다. 제안된 방식은 라우팅경로와 채널선택을 동시에 수행한다. 제안된 채널 할당방식에 대한 시뮬레이션을 통해 용량과 충돌률 관점에서 그 성능을 분석하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

To solve the shortage of radio spectrum and utilize spectrum resource more efficiently, cognitive radio technologies are proposed, and many studies on cognitive radio have been conducted. Multi-hop routing is one of the important technologies to enable the nodes to transmit data further with lower power in ad-hoc cognitive radio networks. In a multi-channel cognitive radio networks, each channel should be allocated to minimize interference to primary users. In the multi-hop routing, channel allocation should consider the inter-channel interference to maximize network throughput. In this paper, we propose multi-channel scheduling scheme which minimizes inter-channel interferences and avoids collision with primary users for the multi-hop multi-channel cognitive radio networks. The proposed scheduling is designed to determine both of routing path and channel selection. The performance of proposed channel allocation scheme is evaluated by the computer simulation in the aspect of capacity and collision rate.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

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문제 정의

본 논문에서는 멀티채널 환경에서 주 사용자의 출현 확률과 채널간의 간섭을 고려한 스케줄링방식을 제안하였다. 주 사용자의 출현확률을 고려하여 주 사용자와의 충돌확률을 낮추고, 링크 간 간섭을 최소화하는 채널 조합을 선택하는 방식을 적용하여 용량을 최대화 하도록 하였다.

제안 방법

이를 위해 본 논문에서는 주사용자의 출현확률 및 링크간 간섭을 고려하여 라우팅 경로 및 채널할당이 이루어지도록 멀티채널 할당기법을 설계하였다.
본 논문에서는 멀티채널 환경에서 주 사용자의 출현 확률과 채널간의 간섭을 고려한 스케줄링방식을 제안하였다. 주 사용자의 출현확률을 고려하여 주 사용자와의 충돌확률을 낮추고, 링크 간 간섭을 최소화하는 채널 조합을 선택하는 방식을 적용하여 용량을 최대화 하도록 하였다. 시뮬레이션을 통해 성능을 분석하였으며, 기존의 방식보다 용량이 높고, 주 사용자와의 충돌률이 낮아지는 것을 확인할 수 있다.

데이터처리

제안한 채널 선택방식에 대해 성능분석을 위해 시뮬레이션을 수행하였다. 시뮬레이션을 위한 주요 파라미터는 표 1과 같다.

이론/모형

데이터 전송을 위한 스펙트럼 홀을 예측하기 위해 주사용자의 트래픽 모델을 포아송 모델로 사용하였다. 포아송 모델은 평균값 λ를 가지고 지수적으로 분포하는데, 이 분포를 이용하여 채널 j에서 주 사용자의 패킷이t시간동안 도착하지 않을 확률을 구한다.

성능/효과

따라서 멀티채널을 갖는 에드혹 인지 무선네트워크 역시 인지무선통신의 특성상 주 사용자에 대한 간섭을 최소화하도록 경로설정 및 채널할당이 이루어져야 한다. 두 번째로 전송용량을 극대화하기 위해서는 전송 경로별로 동시에 데이터 전송이 가능하도록 링크간 간섭을 고려하여 경로설정 및 채널할당이 이루어져야 한다.
이는 채널이 증가함에 따라서 전송 가능한 채널 조합의 개수가 증가하게 되고 용량이 높은 채널을 고를 수 있는 확률이 증가하기 때문이다. 또한 채널수가 증가함에 따라 제안하는 방식과 랜덤 방식의 용량의 격차가 증가하는 것을 확인할 수 있다. 본 논문에서 제안하는 방식은 채널수가 증가함에 따라 효율이 증가한다.
또한 채널수가 증가함에 따라 제안하는 방식과 랜덤 방식의 용량의 격차가 증가하는 것을 확인할 수 있다. 본 논문에서 제안하는 방식은 채널수가 증가함에 따라 효율이 증가한다. 이는 채널의 수가 증가함에 따라 채널 조합의 경우의 수가 증가하게 되고 효율이 높은 조합을 찾아낼 확률이 높아지기 때문이다.
채널이 증가한다는 것은 전송 가능한 링크의 조합의 개수가 증가한다는 것을 의미하고, 이는 더 높은 용량을 선택하는 확률이 증가하는 것을 뜻한다. 본 논문에서 제안한 방식과 채널을 랜덤으로 선택하는 기존의 방식을 비교하면, 제안한 스케줄링 방식이 기존의 방식에 비해 약 35%정도의 용량 향상이 발생함을 볼 수 있다.
주 사용자의 출현확률을 고려하여 주 사용자와의 충돌확률을 낮추고, 링크 간 간섭을 최소화하는 채널 조합을 선택하는 방식을 적용하여 용량을 최대화 하도록 하였다. 시뮬레이션을 통해 성능을 분석하였으며, 기존의 방식보다 용량이 높고, 주 사용자와의 충돌률이 낮아지는 것을 확인할 수 있다.
따라서 채널수가 증가함에 따라 충돌률이 증가하게 된다. 제안된 방식은 채널의 변화에 따른 충돌률 증가가 완만하게 나타나며 모든 경우에 있어서 마찬가지로 0.03이하의 충돌률을 나타내었다.
제안하는 방식과 랜덤방식을 비교하면, 제안방식의 충돌률이 더 낮은 것을 확인할 수 있다. 제안하는 방식은 주 사용자의 출현율이 높은 채널을 위험링크로 분류하고 가능한 사용하지 않기 때문에 주 사용자와의 충돌률을 낮출 수 있다.
제안하는 방식과 랜덤방식을 비교하면, 제안방식의 충돌률이 더 낮은 것을 확인할 수 있다. 제안하는 방식은 주 사용자의 출현율이 높은 채널을 위험링크로 분류하고 가능한 사용하지 않기 때문에 주 사용자와의 충돌률을 낮출 수 있다.
이는 채널의 수가 증가함에 따라 채널 조합의 경우의 수가 증가하게 되고 효율이 높은 조합을 찾아낼 확률이 높아지기 때문이다. 주 사용자와의 충돌률과 관련된 그래프를 보면, 채널수가 증가함에 따라 주 사용자와의 충돌률이 높아지는 것을 확인할 수 있다. 채널수의 증가는 사용하는 채널수가 많아지는 것을 의미하고, 그 만큼 주 사용자와의 충돌횟수가 증가하게 된다.
주 사용자와의 충돌률과 관련된 그래프를 살펴보면, 본 논문에서 제안하는 방식이 채널간간섭을 고려하지 않는 기존의 랜덤방식보다 주 사용자와의 충돌률이 낮아 효율이 좋은 것을 확인할 수 있다. 모든 경우에 있어서 충돌률이 0.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	애드혹 인지무선통신에서 멀티 홉 라우팅 기법이란?	스펙트럼 자원의 부족문제를 해결하고 스펙트럼 자원을 보다 효율적으로 사용하기 위해 인지무선통신기술이 제안되었으며 많은 연구가 이루어지고 있다. 애드혹 인지무선통신에서 멀티 홉 라우팅은 저 전력으로 먼 거리까지 데이터 전송할 수 있는 중요한 기법이다. 멀티채널을 갖는 멀티홉 라우팅에서 전송채널을 선택할 때 우선적으로는 주 사용자에 대한 간섭을 최소화할 수 있는 채널선택이 되어야하며 전송용량을 극대화하기 위해 채널 간 간섭을 최소화할 수 있는 채널선택기법이 필요로 된다.
	멀티채널을 갖는 멀티홉 라우팅에서 채널선택기법이 필요한 이유는?	애드혹 인지무선통신에서 멀티 홉 라우팅은 저 전력으로 먼 거리까지 데이터 전송할 수 있는 중요한 기법이다. 멀티채널을 갖는 멀티홉 라우팅에서 전송채널을 선택할 때 우선적으로는 주 사용자에 대한 간섭을 최소화할 수 있는 채널선택이 되어야하며 전송용량을 극대화하기 위해 채널 간 간섭을 최소화할 수 있는 채널선택기법이 필요로 된다. 본 논문에서는 멀티채널 멀티 홉 인지무선네트워크에서에서 채널 간 간섭을 최소화하며 주 사용자와의 충돌을 줄임으로써 용량을 높일 수 있는 채널 스케줄링 방식을 제안하였다.
	에드혹 인지 무선네트워크에서 경로설정 및 채널 할당이 이루어져야 하는 이유는 무엇인가?	지금까지 제안된 프로토콜들은 주로 무선채널의 효율성에 대해 초점을 두고 있으며, 주 사용자의 출현문제, 링크 간의 간섭문제를 크게 고려하지 않았다. 하지만 CR네트워크의 특성상 주 사용자의 간섭으로 부 사용자의 자원할당이 불가능할 수 있으며 링크 간간섭은 전송용량을 크게 떨어뜨릴 수 있다. 따라서 멀티채널을 갖는 에드혹 인지 무선네트워크 역시 인지무선통신의 특성상 주 사용자에 대한 간섭을 최소화하도록 경로설정 및 채널할당이 이루어져야 한다.

참고문헌 (8)

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상세보기
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P. Venkateswaran, S. Shaw, S. Pattanayak, R. Nandi, "Cognitive radio ad-Hoc networks: some new results on multi-channel hidden terminal problem," Communications and Network, vol. 4, no. 4, pp. 342-348. November 2012.

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M. Timmers, S. Pollin, A Dejjonghe, L.V. Perre, F. Catthoor, "A distributed multichannel MAC protocol for multihop cognitive radio networks", IEEE Transactions on Vehicular Technology, vol. 59, no. 1, pp. 446-459, Jan. 2010.

상세보기
Y. R. Kondareddy, P. Agrawal, "Syschronized MAC protocol for multi-hop cognitive radio networks," in Proceeding of international conference on communications, Beijing China, pp. 3198-3202, 2008.
D. Gozupek, F. Alagoz, "An opportunistic pervasive networking paradigm: multi-hop cognitive radio Networks," in Pervasive computing and networking, Chichester, UK: John Wiley & Sons Ltd, ch. 7, Jun. 2011.
Z. Jia, R. Gupta, J Walrand, P. Varaiya, "Bandwidth guaranteed routing for ad-hoc networks with interference consideration", in Proceedings of the 10th IEEE Symposium on Computers and Communications, Cartagena, Spain, pp.1530-1346, 2005.

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].

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