초록

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TDMA(Time-Division Multiple Access)는 한정된 채널을 시간상에서 여러 개의 구간으로 분할하고, 자신에게 할당된 시간 구간에서 정보를 전송하는 기법이다. 본 논문은 TDMA 알고리즘의 한 종류인 DESYNC 알고리즘을 소규모 네트워크에 적용하여 별도의 동기화 작업 없이 간단한 규칙으로 동기화를 유지하는 기법을 소개 한다. 기존의 DESYNC 알고리즘은 모든 노드들이 전송 영역 안에 있어야 하고, 전부 연결되어있어야 한다는 단점이 있다. 이 문제점을 해결하고자 중앙제어장치인 CU(Central Unit)을 네트워크에 배치하여 2-홉 형태의 중앙 집중방식 네트워크가 운영되도록 하였다. 제시하는 알고리즘은 기존의 DESYNC 알고리즘과 마찬가지로 복잡한 동기화 과정 없이 단순한 방식으로 TDMA가 동작할 수 있도록 하면서, 전송 범위는 기존의 DESYNC 알고리즘의 성능에 비해 우수하다.

TDMA(Time-Division Multiple Access)는 한정된 채널을 시간상에서 여러 개의 구간으로 분할하고, 자신에게 할당된 시간 구간에서 정보를 전송하는 기법이다. 본 논문은 TDMA 알고리즘의 한 종류인 DESYNC 알고리즘을 소규모 네트워크에 적용하여 별도의 동기화 작업 없이 간단한 규칙으로 동기화를 유지하는 기법을 소개 한다. 기존의 DESYNC 알고리즘은 모든 노드들이 전송 영역 안에 있어야 하고, 전부 연결되어있어야 한다는 단점이 있다. 이 문제점을 해결하고자 중앙제어장치인 CU(Central Unit)을 네트워크에 배치하여 2-홉 형태의 중앙 집중방식 네트워크가 운영되도록 하였다. 제시하는 알고리즘은 기존의 DESYNC 알고리즘과 마찬가지로 복잡한 동기화 과정 없이 단순한 방식으로 TDMA가 동작할 수 있도록 하면서, 전송 범위는 기존의 DESYNC 알고리즘의 성능에 비해 우수하다.

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• 연구 주제
• 연구 방법
• 연구 결과

문제 정의

• 2-홉 이상의 무선 네트워크는 이동통신 시스템의 BS(Base Station), WLAN의 AP(Access Point)와 같은 중앙제어장치를 이용한 중앙 집중 방식과 애드 혹 네트워크에서 노드들이 직접 라우터 역할을 담당하는 다중 홉 방식의 분산 방식의 네트워크가 있다. 본 논문에서는 2-홉 형태의 중앙 집중방식 네트워크에 DESYNC 알고리즘을 적용하여 별도의 장치나 복잡한 동기화 과정 없이 단순한 방식으로 TDMA가 동작할 수 있는 알고리즘을 제안한다.
• 무선 이동 네트워크와 같이 무선 주파수를 이용하여 통신을 하는 다수의 노드들이 효율적으로 통신하기 위해서는 한정된 채널을 공유하여 사용할 수 있도록 하는 다중 접속(Multiple Access)기술이 필요하다. 본 논문에서는 한정된 통신자원을 효율적으로 공유하기 위해 DESYNC 기반 비동기 TDMA(Time Division Multiple Access) 알고리즘을 제시하고자 한다.
• 본 논문은 기존의 DESYNC 알고리즘에 다른 노드들보다 전송범위가 넓은 노드를 하나 배치하고 기반시설 네트워크의 AP와 유사한 역할을 수행하게 하여, 전송범위 밖에 있는 다른 노드들과도 DESYNC 상태를 유지할 수 있는 알고리즘을 제안했다. 즉, N_CU를 통하여 기존의 1-홉 전송방식의 네트워크를 중앙 집중 방식 네트워크화 시킴으로써, 모든 노드들이 전부 연결되어있지 않아도 통신을 할 수 있도록 하였다.

가설 설정

• (그림 1)-(a)는 N₀,N₁,N₂,N₃가 초기화된 상태를 나타낸다. 네 개의 노드는 시간의 흐름에 따라 큰 원 위에서 시계방향으로 회전한다고 가정하고, 12시 방향에 위치하면 firing한다. 즉, (그림 1)-(a)에서 N₃는 주기 T의 15%에 해당하는 지점에 위치한다.

제안 방법

• 를 기반 시설 네트워크에서 AP나 BS와 같이 중앙제어기능을 수행하도록 하고 이를 CU(Central Unit)이라고 정의 한다.(N₀ = N_CU) 그리고 모든 노드들은 비동기 방식을 통하여 노드 간의 통신 시간을 주기적이고 공정하게 수행하도록 개선된 DESYNC 알고리즘을 수행한다.
• 본 논문에서 제시한 알고리즘의 성능은 시뮬레이션을 통해 평가하였다. 실험은 노드의 개수가 2개에서 최대 20개까지 증가할 때, 0.
• 실험은 노드 개수가 2개, 4개, 8개, 10개, 20개 일 때, 에러발생률을 달리 적용하여 10000번씩 반복하여 평균을 구하였다. 실험결과는 각 실험에서 DESYNC 상태가 되기까지 걸리는 주기의 수와, 전체 지연으로 평가 하였다. 실험에서 에러발생률은 DESYNC 알고리즘 수행 중에 어떤 노드가 N_CU의 정보를 듣지 못하는 경우로 충돌이나, 노드의 수명이 다했을 때를 말한다.
• 004%까지의 에러발생률을 적용한 경우와 그렇지 않은 경우로 실험을 하였다. 실험은 노드 개수가 2개, 4개, 8개, 10개, 20개 일 때, 에러발생률을 달리 적용하여 10000번씩 반복하여 평균을 구하였다. 실험결과는 각 실험에서 DESYNC 상태가 되기까지 걸리는 주기의 수와, 전체 지연으로 평가 하였다.
• 본 논문에서 제시한 알고리즘의 성능은 시뮬레이션을 통해 평가하였다. 실험은 노드의 개수가 2개에서 최대 20개까지 증가할 때, 0.001~0.004%까지의 에러발생률을 적용한 경우와 그렇지 않은 경우로 실험을 하였다. 실험은 노드 개수가 2개, 4개, 8개, 10개, 20개 일 때, 에러발생률을 달리 적용하여 10000번씩 반복하여 평균을 구하였다.
• (그림 3)-(a)에서 N₁, N₂, N₃은 각각 N₀와 통신할 수 있지만, N₁, N₂, N₃은 서로 전송범위서 벗어나 있기 때문에 통신이 불가능하다. 이 문제를 해결하기 위해 본 논문에서는 일반 노드의 전송범위보다 넓은 N_CU를 배치하여 1-홉 형태의 무선 네트워크 뿐만 아니라 2-홉 형태의 무선 네트워크에서 동작하도록 확장하였다. N_CU는 중앙제어기능이 있어 N_CU의 전송범위 내에 있는 모든 노드들이 DESYNC를 유지할 수 있다.
• 본 논문은 기존의 DESYNC 알고리즘에 다른 노드들보다 전송범위가 넓은 노드를 하나 배치하고 기반시설 네트워크의 AP와 유사한 역할을 수행하게 하여, 전송범위 밖에 있는 다른 노드들과도 DESYNC 상태를 유지할 수 있는 알고리즘을 제안했다. 즉, N_CU를 통하여 기존의 1-홉 전송방식의 네트워크를 중앙 집중 방식 네트워크화 시킴으로써, 모든 노드들이 전부 연결되어있지 않아도 통신을 할 수 있도록 하였다. 그 결과 모든 노드들이 전부 연결되어 있어야만 했던 전송범위에서, N_CU의 전송 범위 내에 있는 모든 노드들과 N_CU가 통신을 할 수 있는 전송범위로 전송 범위가 확장되었다.

데이터처리

• 본 논문에서는 이러한 상태를 DESYNC 상태라고 한다. DESYNC 상태를 판별하기 위해서 전체 주기를 전체 노드수로 나눈 평균값을 사용한다. DESYNC 상태를 판별하는 방법은 식(4)와 같다.

이론/모형

• (그림 3)-(b)는 기존의 DESYNC 알고리즘에 N_CU를 배치한 예이다. N₁, N₂, N₃는 서로 전송범위 안에 있지 않지만 N_CU를 통해 DESYNC 알고리즘이 수행되도록 하였다. N_CU를 제외한 모든 노드들은 firing할 때 자신의 정보를 N_CU를 통해 다른 노드들에게 전송한다.
• 동기화 방식은 동기를 위한 작업이 어렵고, 소규모 네트워크에는 적합하지 않다. 그렇기 때문에 본 논문에서는 소규모 네트워크에서 별도의 동기화 작업 없이 간단한 규칙으로 동기화를 유지시킬 수 있는 비동기 방식의 TDMA 기술인 DESYNC 알고리즘을 이용한다.

성능/효과

• 즉, N_CU를 통하여 기존의 1-홉 전송방식의 네트워크를 중앙 집중 방식 네트워크화 시킴으로써, 모든 노드들이 전부 연결되어있지 않아도 통신을 할 수 있도록 하였다. 그 결과 모든 노드들이 전부 연결되어 있어야만 했던 전송범위에서, N_CU의 전송 범위 내에 있는 모든 노드들과 N_CU가 통신을 할 수 있는 전송범위로 전송 범위가 확장되었다.
• (그림 6) 은 노드의 개수와 에러발생률에 따라 DESYNC 상태를 이루기까지 걸리는 총 지연시간을 그래프로 표현한 것이다. 그래프에서 에러발생률이 낮을수록 DESYNC 상태가 되기까지 총 지연의 증가폭이 작고, 에러발생률이 높을수록 증가 폭이 큰 것을 알 수 있다.

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질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
TDMA	TDMA은 무엇인가?	TDMA(Time-Division Multiple Access)는 한정된 채널을 시간상에서 여러 개의 구간으로 분할하고, 자신에게 할당된 시간 구간에서 정보를 전송하는 기법이다. 본 논문은 TDMA 알고리즘의 한 종류인 DESYNC 알고리즘을 소규모 네트워크에 적용하여 별도의 동기화 작업 없이 간단한 규칙으로 동기화를 유지하는 기법을 소개 한다.
TDMA	TDMA에는 어떤 방식이 있는가?	그렇기 때문에 다른 사용자와 시간구간을 겹치지 않게 통신하여 채널을 공유할 수 있기 때문에, 자신에게 주어진 시간구간에서 전체 주파수 대역을 사용할 수 있다. TDMA는 동기화 방식과 비동기화 방식이 있다. 동기화 방식은 동기를 위한 작업이 어렵고, 소규모 네트워크에는 적합하지 않다.
TDMA	TDMA 중 동시화 방식의 단점은?	TDMA는 동기화 방식과 비동기화 방식이 있다. 동기화 방식은 동기를 위한 작업이 어렵고, 소규모 네트워크에는 적합하지 않다. 그렇기 때문에 본 논문에서는 소규모 네트워크에서 별도의 동기화 작업 없이 간단한 규칙으로 동기화를 유지시킬 수 있는 비동기 방식의 TDMA 기술인 DESYNC 알고리즘을 이용한다.

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