수중환경에서는 전력 공급이 어렵기 때문에 통신 프로토콜 설계에 있어서 전력 효율은 중요한 고려사항들 중 하나이다. 본 논문에서는 UUV(Unmanned Underwater Vehicle)와 AUV(Autonomous Underwater Vehicle) 같은 이동 노드를 갖는 수중통신망에 대해 에너지 효율적인 매체접속제어(MAC : Medium Access Control) 프로토콜을 연구하였다. 이동 노드간의 통신에서는 데이터 교환 중에 노드 이동으로 인해 서로의 전파 반경을 벗어나 전송 중인 데이터를 완료하지 못하고 에너지만 낭비하는 경우가 발생할 수 있다. 특히, 수중 통신 채널 환경에서는 지상보다 약 $10^5$ 배의 느린 전파 지연을 가지므로 데이터의 전송 완료 전에 서로의 전파 반경을 벗어날 확률이 지상보다 커서 이로 인한 에너지 낭비가 더 많게 된다. 제안한 mobility-MAC 프로토콜은 수신노드의 위치와 노드의 이동 속도를 고려하여 Dropping Zone을 정의하고 데이터 전송 시도를 제어한다. 데이터 전송시도는 Dropping Zone에서 무조건 데이터 전송을 드롭(drop)을 하는 것이 아니라, 데이터 전송 중 노드가 전파 반경을 이탈할 확률을 예측하여 드롭하는 방법이다. 결과적으로, 조건적 드롭을 통해 잘못된 드롭을 감소시켜 전송지연과 통신수율의 향상을 가져왔고 유효한 데이터 드롭으로 에너지 낭비를 방지하여 에너지 효율도 증가되었다.
본 논문에서는 IEEE 802.11 매체 접속 제어 표준안인 CSMA/CA 프로토콜과 무선 단말기간 직접 통신을 불가능할 경우 접속점이 프레임을 중계해주는 브리지 기능을 갖는 CSMA/CA 프로토콜에 대하여 성능을 평가하고 비교하였다. 시뮬레이션 결과 브리지형 CSMA/CA 프로토콜은 기본의 비브리짓형 CSMA/CA에 비하여 전송 효율은 비슷하였지만 브릿지형 CSMA/CA이 전송 지연이 단축되어 성능이 개선됨을 확인하였다.
본 논문에서는 가입자망의 광대역화 및 고속화를 실현하는 방안으로 개발되고 있는 광대역 무선접속망의 기지국 MAC 프로토콜 소프트웨어를 설계하였다. MAC 프로토콜은 제한된 우선자원을 효율적으로 사용하기 위한 프로토플로서, 무선매체를 이용하여 통신 서비스를 제공하는 시스템에 필수적이다. 본 논문에서 설계한 기지국 MAC 프로토롤은 상/하향링크상의 대역폭 스케줄링, MAC 제어메시지의 생성 및 해석. 상하향 MAC 프레임의 전송제어 및 송신제어, 그리고 상위계층 인터페이스를 위한 망접속 인터페이스를 포함한다. 본 논문에서 설계된 기지국 MAC 프로토콜 S/W 는 향후, 광대역 무선접속망 테스트베드에 이식하여 시스템의 전체적인 성능을 검증할 수 있다.
본 논문에서는 무선 애드혹 네트워크에서 복수개 채널을 이용한 효율적인 매체접속제어 프로토콜로써 DM-MMAC (Doze Mode Multi-Chanel MAC)을 제안한다. 기존의 IEEE 802.11 프로토콜의 경우 물리계층에서 복수개의 가용 채널이 주어지나 MAC 계층에서는 오직 고정된 단일채널을 통한 접속만이 가능하다. 이를 보완하기 위한 프로토콜로써 여러 가지 멀티채널 MAC 프로토콜이 제안되었으나 대부분의 경우 채널수가 적고 호스트의 수가 많아지면 전송 처리율(throughput)이 급격히 저하되는 문제점이 있다. 본 연구에서는 기존 MMAC 프로토콜의 채널 할당 및 채널점유 과정을 단순화하고 호스트 간 충돌가능성을 줄임으로써 절전효과와 함께 전송률 향상을 도모하였다.
본 논문에서는 수중환경에서의 거리에 따른 전파 손실 특성을 이용한 직교 주파수 분할 다중 접속 방식(Orthogonal Frequency Division Multiple Access, OFDMA) 기반의 새로운 에너지 효율적인 매체 접속 제어(Medium Access Control, MAC) 프로토콜을 제안한다. 제안하는 방식은 센서 노드들을 싱크 노드를 중심으로 싱크 노드와의 거리에 따라 그룹을 나눈 후, 그룹에 서로 다른 주파수 대역을 각각 할당하여 사용하도록 한다. 이러한 방식으로 네트워크 전체의 전송 전력 소모를 줄이고 각 센서 노드에게 최소 허용 신호 대 잡음비 (Accepted Minimum SNR, AMS)를 보장한다. 추가적으로 싱크 노드는 동적 인 부채널 할당 (dynamic sub-channel allocation)으로 데이터 전송률을 향상한다. 모의실험을 통해 제안하는 매체 접속 제어 프로토콜의 수중 센서 네트워크에서의 성능을 확인할 수 있었다.
본 논문은 분산된 가입자 댁내 ATM 망 및 소규모 사업장 ATM 망의 고속 멀티미디어 서비스응용에 적용하기 위한 공유매체 접속 프로토콜의 구조와 프로토콜의 성능 분석 및 집적회로 구현에 관한 것으로서 본 논문은 제 I부에서 제안된 HCR 프로토콜의 집적회로(Integrated Circuit)설계에 관하여 다룬 제 II부이다. 설계된 HCR용 IC는 기존의 ATM 프로토콜 IC들과 호환되도록 설계하였으며 입출력 인터페이스는 UTOPIA 접속 규격에 따랐다. 시뮬레이션 결과 본 집적회로는 현재의 쿼타 상태, 우선순위, 데이터의 유무에 따라 실시간 또는 비실시간 데이터를 효과적으로 처리함을 보였으며, 설계 변경없이 기존의 ATM IC와 사용되어 멀티미디어 서비스 응용에 유용하게 사용될 수 있다.
본 논문에서는 다수의 ATM 액세스망 사용자들간에 대역폭을 공유하면서도 등시성 트래픽과 비등시성 트래픽을 동시에 수용할 수 있도록 개발된 DMR-II (Dynamic Monitor Ring - II) 공유매체 접속 제어 프로토콜의 성능을 해석적 방법과 시뮬레이션을 통해 분석하고자 한다. 성능 분석 결과 DMR-II 프로토콜은 ATM 액세스망 환경에서 등시성 트래픽의 지연시간 편차를 일정치 이내로 유지시켜 주며, 비등시성 트래픽에 대해서는 우선 순위 서비스를 통해 높은 우선 순위 트래픽의 지연 시간을 만족시켜 줄 수 있었다. 아울러 DMR-II 프로토콜은 수신측 제거 기법을 사용하므로 130% 정도의 높은 통신망 사용 효율을 보였다.
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.
차량 간 통신에서는 무선 랜을 기반으로 한 연구가 활발히 진행되고 있으며, IEEE 802.11p WAVE(Wireless Access in the Vehicular Environment)에서도 802.11a를 기반으로 한 방식을 채택하고 있다. 하지만 무선 랜 방식은 하나의 채널을 경쟁 모드로 사용하기 때문에 빠른 접속을 요구하는 차량 환경에서 경쟁을 회피하기 위해 CSMA/CA(Carrier Sense multiple Access/Collision Avoidance) 알고리즘을 사용하는 것은 찾은 충돌로 인한 통신 지연을 유발 할 수 있다. 본 논문에서는 차량 간 통신에서 이러한 문제점을 해결하고 신뢰성 있는 데이터 전송을 지원하기 위하여 차량 환경에 적합한 클러스터링 기반의 멀티채널 매체접속제어 프로토콜을 설계하고 설계된 프로토콜을 바탕으로 차량 간 통신에 적합한 채널 조건을 확인하였다 클러스터 헤드를 통해 각 채널을 관리하고 채널을 할당함으로써 기존 경쟁 기반의 싱글 채널을 사용함에 따라 생기는 패킷 충돌 및 통신 지연을 60%이상 줄이는 것을 시뮬레이션을 통해 확인 하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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