[논문]장거리 사물 인터넷 기기를 위한 간섭에 강인한 ACK 기술

이일구

doi:10.15207/jkcs.2018.9.9.047

장거리 사물 인터넷 기기를 위한 간섭에 강인한 ACK 기술
Robust Acknowledgement Transmission for Long Range Internet of Things 원문보기

한국융합학회논문지 = Journal of the Korea Convergence Society, v.9 no.9, 2018년, pp.47 - 52

초록
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와이파이 기반의 사물인터넷 장치는 사회, 경제, 산업에 막대한 영향을 미치고 있다. 그러나 와이파이와 같은 비면허 대역에서 동작하는 무선 전송 기술은 간섭에 취약하다. 장거리의 밀집 네트워크에서 무선 연결을 시도하는 경우에는 동적으로 변하는 간섭 상황과 비대칭적인 간섭 조건 때문에 성능 열화가 발생한다. 본 논문에서는 장거리 사물인터넷을 위한 ACK 전송 방법을 제안한다. 본 연구 논문에서 제안한 방법에 따르면, 송신 장치와 수신 장치의 간섭 상황이 다른 비대칭적 간섭 환경에서 송신 장치가 간섭 레벨을 측정한 후 응답 프레임의 전송 속도를 추천해 응답 프레임의 전송 성공률을 향상시킨다. 그리고 고품질의 무선 채널 환경이 보장되는 경우에는 더 높은 전송 속도로 전송할 수 있다. 성능 평가 결과에 따르면 제안하는 방법에 의해 비대칭 간섭 상황에서 20 MHz 대역폭 전송 모드에서 스루풋이 최대 9 Mbps 향상됨을 알 수 있다.

Abstract ▼ AI-Helper

Wi-Fi enabled Internet of Things (IoTs) had a substantial impact on society, economy and industry. However wireless connectivity technologies in unlicensed band such as Wi-Fi are vulnerable to interferences. They also face difficulty providing wireless connectivity over long range in dense networks due to the dynamically changed interference effect and asymmetric interference conditions. In this paper, robust acknowledgement transmission scheme is proposed for long range IoTs. According to the proposed scheme, it is possible to control the transmission rate of the transmission success rate of the response frame by adjusting the transmission rate of the response frame when the interference is present asymmetrically. It is also possible to use higher data rate when high quality link is guaranteed. The evaluation results demonstrated the proposed scheme improves the aggregate throughput by at most 9 Mbps when 20 MHz bandwidth transmission mode was adopted.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구에서는 간섭 정보를 이용해 응답 프레임의 전송 속도를 제어하는 강인한 ACK 전송 기법을 제안했다.이를 통해, 비대칭적인 간섭이 존재하는 경우에는 ACK프레임의 전송 속도를 간섭 레벨에 강인한 전송 속도로 낮춰 응답 프레임의 수신 성공률을 높이고, 고품질 링크가 보장되는 경우에는 응답 프레임의 전송 속도를 높여 전송 효율을 향상시킬 수 있다.

가설 설정

이 네트워크에는 복수개의 AP (Access Point)와 STA (Station)들로 구성된 복수개의BSS가 있다. BSS1에는 AP1과 STA1이 있고, BSS2에는AP2와 STA2이 포함되며, STA2는 BSS1과 BSS2의 중첩된 영역에 위치해서 AP1에도 접속할 수 있다고 가정한다. 여기서 AP1이 데이터 송신 장치이고, STA1이 데이터 수신 장치이다.

제안 방법

본 논문에서 제안하는 Robust ACK 전송 기법과 종래의 무선랜 전송 기법의 성능을 비교하기 위해 IEEE 802.11 표준의 TGn Ch-D 무선 채널 모델에서 두 개의 중첩된 BSS 조건의 비대칭적인 간섭 상황을 C 프로그램으로 모델링했다. 시뮬레이션 모델은 와이파이 상용칩을 개발하기 위해 RTL (Register Transfer Level)처럼 설계한 C 프로그램 환경에서 클록 수와 고정 소숫점을 RTL과 동일하게 구현했다.
본 논문에서 제안하는 방법을 적용한 송수신 장치와 제안하는 방법이 적용되지 않은 종래의 장치가 공존하는 경우를 고려해 보면, 송신 장치가 수신 장치에게 프레임을 전송할 때, 측정한 간섭 레벨에 따라 링크 적응 방식과 동일하게 응답 프레임의 전송 속도를 추천하고, 추천속도를 프레임 헤더의 전송 속도 필드에 설정한다. 송신자 주변의 이웃 무선 장치는 데이터 프레임 전송 기간과 응답 프레임 전송 속도 추천 필드를 이용해 통신 장치의 채널 점유 시간을 계산할 수 있다.
11 표준의 TGn Ch-D 무선 채널 모델에서 두 개의 중첩된 BSS 조건의 비대칭적인 간섭 상황을 C 프로그램으로 모델링했다. 시뮬레이션 모델은 와이파이 상용칩을 개발하기 위해 RTL (Register Transfer Level)처럼 설계한 C 프로그램 환경에서 클록 수와 고정 소숫점을 RTL과 동일하게 구현했다. 즉, 상용 칩셋과 동일한 성능과 기능을 갖는 시뮬레이션 모델로 성능 평가를 수행했다.
시뮬레이션 모델은 와이파이 상용칩을 개발하기 위해 RTL (Register Transfer Level)처럼 설계한 C 프로그램 환경에서 클록 수와 고정 소숫점을 RTL과 동일하게 구현했다. 즉, 상용 칩셋과 동일한 성능과 기능을 갖는 시뮬레이션 모델로 성능 평가를 수행했다.

성능/효과

간섭 신호는 랜덤한 인터벌로 생성이 되지만, 비대칭적인 간섭 네트워크 상황을 위해 주어진 SINR 조건에 맞춰 송신 장치에만 영향을 준다. 수신 장치는 30 dB로 Fig 7 에서 보는 바와 같이 시뮬레이션 결과에 따르면10 dB 영역에서 기존의 방식 대비 스루풋 성능 향상이 9 Mbps 정도로 가장 컸고, SINR 이 10 dB 보다 더 낮아지거나 더 높아지면 개선 효과가 줄어들었다. 그 이유는SINR이 작은 구간에서는 간섭에 강한 변조 방식으로 전송하지만 채널 점유 시간이 길어져서 간섭에 영향 받는 경우가 더 늘어나기 때문이고, SINR 이 좋아지는 영역에서는 SINR이 좋아질 수 록 응답 프레임의 고속 전송 효과가 점점 줄어들기 때문인 것으로 분석된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	비대칭 간섭 네트워크 환경이 의미하는 것은 무엇인가?	Fig 1은 비대칭 간섭 네트워크 환경을 보여준다. 비대칭 간섭 네트워크 환경은 송신 장치와 수신 장치가 겪는 간섭이 송수신 쪽이 서로 다른 경우를 의미한다. 예를 들면, 송신 장치가 숨겨진 노드 (Hidden node)에 의해 간섭을 받고 있지만, 수신 장치는 간섭이 없거나, 수신 장치가 숨겨진 노드에 의해 간섭을 받고 있지만, 송신 장치는 간섭을 받지 않는 경우이다.
	잡음이란 무엇인가?	잡음은 송신 장치에서 전송된 신호가 수신 장치에 도달할 때 원치 않게 발생되어 신호와 섞이는 불규칙적이고 예측할 수 없는 신호다. 이 잡음은 무선 장치 내부에서 발생할 수도 있고, 자연이나 인공적인 잡음과 같이 외부에서 발생하는 잡음일 수 있다.
	IEEE 802.11 무선랜 표준에서 정의하는 ACK프레임의 전송속도 기준은 무엇인가?	11 무선랜 표준은 변조 및 코딩 모드에 따라 데이터 전송 속도를 정의하고 있으며, 제어 응답 프레임의 전송 속도 선택 방법을 정의하고 있다[9,10]. 무선랜표준에 의하면 ACK 프레임의 전송 속도는 DATA 프레임의 전송 속도 이하이면서, 기본 전송 속도 중에서 가장 높은 속도로 전송해야 한다. 예를 들어 IEEE 802.

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저자의 다른 논문 :

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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