본 논문은 비 슬롯 모드 인지 무선망에서 기회적 스펙트럼 접속 방식의 성능을 시뮬레이션을 통해 비교 분석한다. 비교 분석할 두 가지 기회적 스펙트럼 방식은 다음과 같다. 첫 번째 방식은 어떤 채널에서 전송을 성공한 경우 동일한 채널을 다시 센싱하고, 실패한 경우 가장 오래전에 선택했던 채널을 센싱하는 방식이다. 두 번째 방식은 어떤 채널에서 전송에 실패한 경우 동일한 채널을 다시 센싱하고, 성공한 경우 가장 오래전에 선택했던 채널을 센싱하는 방식이다. 본 논문에서는 일차 사용자가 채널을 점유하는 기간에 따라 두 방식 사이의 성능을 비교한다.
인지 무선(CR: Cognitive Radio) 시스템은 SDR(Software Defined Radio) 기술을 기반으로 주변 환경을 인지하여 가용한 주파수를 선정하고 통신하는 기본적인 기능과 여러 가지 환경 파라미터를 지속적으로 업데이트하는 학습 알고리즘이 합쳐진 기술이다. CR기술은 최근 무선 통신 서비스의 발전으로 주파수의 수요가 증가하면서 사용하지 않는 주파수 자원을 효율적으로 이용하기 위한 기술로써 각광받고 있다. CR시스템을 단말에 적용 및 구현하기 위해 선행되어야 하는 연구 분야는 크게 하드웨어 분야와 소프트웨어 분야로 나누어 생각할 수 있다. 하드웨어 분야에 관련된 연구는 다시 RF 처리부와 디지털 신호 프로세스부로 나눌 수 있다. 본 논문에서는 CR 시스템을 단말에 적용하기 위해 필요한 선행 기술들을 살펴보고, 실제 단말에 적용 했을 때의 단말 형태에 대해 알아본다.
인지무선네트워크(Cognitive Radio Networks, CRNs)는 네트워크 환경을 인지하고 적응적으로 운용할 수 있는 지능형 무선 네트워킹을 제공하기 위한 기술로 인지되고 있다. CRN은 FCC(Federal Communications Commission)의 최근 정책으로 인해 비인가된 사용자가 네트워크의 주사용자를 방해하지 않는 한 유휴 스펙트럼을 활용할 수 있도록 허락하는 기술이다. 그러므로 CRNs의 보안 특성은 다른 네트워크와 달라야만 한다. 본 논문의 목적은 Tsai등의 위임기반 인증 프로토콜(TDAP)로부터 CRN상의 비인가된 사용자를 위한 보안의 특성을 추출함으로서 새로운 위임기반 인증 프로토콜(NDAP)을 제안하는데 있다. 먼저 TDAP에 대한 보안분석을 제시하고 비인가 사용자 인증을 위한 프로토콜 설계 목표를 설정한다. 그런 후 TDAP에 대한 보안 해결책과 CRNs를 위한 새로운 프로토콜로서 NDAP을 제안한다. 본 논문에서 제안한 NDAP은 CRNs과 다양한 융합응용의 보안 기반 구조로 활용될 수 있을 것이다.
무선 센서 네트워크는 센서 테크놀로지의 발전으로 인하여 급속히 개발되고 있으며, 여러 분야에서 다양하게 응용될 것으로 예측된다. 무선 센서 네트워크에서 가장 중요한 요소는 네트워크를 에너지 효율적으로 운용하는 것이다. 이러한 목적을 충족시키기 위해 여러 라우팅 프로토콜이 제시되었다. 그러나 기존의 연구들은 모든 센서 노드들이 센싱 데이터를 갖고 있다는 이상적인 상황을 가정하고 있다. 본 논문에서는 일부 센서 노드들만이 데이터를 갖고 있는 센서 네트워크 상에서 클러스터 헤드를 선정하는 센싱 인지 클러스터 선정 알고리즘을 LEACH-C 기반으로 설계 및 구현하였다. 또한 제안된 알고리즘을 여러 네트워크 상황에서 시뮬레이션하여 센싱 인지 기법이 가장 효율적인 네트워크 상황을 분석하였다. 시뮬레이션 결과에서 데이터를 센싱한 노드군(群)을 중심으로 클러스터 헤드를 선정하는 것이 가장 효율적임을 알 수 있었으며, 일부 센서들만이 데이터를 갖고 있는 경우에는 센싱 인지 개념을 클러스터 헤드 선정에 적용하는 것이 중요하다는 점을 보여주었다.
유비쿼터스 환경의 등장으로 스마트폰이 보급되고 다양한 콘텐츠에 대한 수요가 급증하게 되었다. 따라서 한정된 자원을 효율적으로 활용하기 위한 방안 중 하나로 차세대 무선통신 기술인 인지무선 기술이 그 대안으로 여겨지고 있다. 스펙트럼 감지나 접근 기술뿐만 아니라 한정된 스펙트럼 자원에서 VoIP 트래픽 서비스를 부사용자들에게 만족스럽게 제공하는 것도 매우 중요한 이슈이다. 본 논문에서는 인지무선 네트워크에서 VoIP QoS 보장을 위한 자원 할당 및 제어 시스템을 제안하였다. 먼저 네트워크 구조를 고려한 시간 구조를 시스템 모델로 제안하였고, 그 구조에 따라 대역 브로커를 결정하는 방법을 제안하였다. 또한, 대역 브로커가 추정한 가용 대역폭 정보를 바탕으로 대역 브로커가 부사용자들의 연결 요청을 수락 제어하는 방법을 제안하였다. 실험 결과, PU 채널 이용률과 PU 채널의 개수, 그리고 타임슬롯의 길이가 VoIP QoS 보장에 지대한 영향을 미치는 것을 확인할 수 있었다.
Ad-hoc 네트워크는 음영지역, 재난지역, 전쟁 시와 같은 통신 인프라가 구축되기 어려운 상황에서 유용하게 사용 될 수 있다. 그러나 음성 및 데이터 서비스 등과 같은 무선 서비스의 제공을 위해 많은 양의 네트워크 용량이 필요하게 되지만 기존의 제한된 주파수 자원에 따른 주파수 부족 상황 및 주파수 자원정책의 규제에 따라 원활한 주파수 사용이 어려운 상황이다. 이에 따라 높은 주파수 활용을 제공하는 인지 무선 시스템을 ad-hoc 네트워크에 적용하여 보다 다양하고 확장된 네트워크 서비스를 제공할 수 있다. 하지만 인지무선 기반 ad-hoc 네트워크에서 1차 사용자의 센싱 정보를 취합해서 1차 사용자의 존재 유무를 판단하는 클러스터 헤드의 선정에 대한 연구는 아직 미비한 상태이다. 따라서 본 논문에서는 인지 무선 기반 ad-hoc 네트워크 시스템에서 각 ad-hoc 단말기내의 클러스터 헤드 선정 방법과 그에 따른 신호 검출 성능을 보여준다.
인지무선네트워크에서 기 사용자(primary user)의 위치를 정확하게 파악하는 것은 2차 사용자(secondary user)들의 스펙트럼 이용 효율 향상 및 적절한 전력제어를 통한 기 사용자에 대한 간섭을 야기하는 것을 회피하는데 사용될 수 있기 때문에 인지무선네트워크에서 매우 중요한 연구 주제이다. 노드의 위치를 추정하는 다양한 기법들 중, 수신신호세기(RSS) 기반의 위치 추정 기법은 추가적인 하드웨어 자원 없이 쉽게 구현할 수 있어 일반적으로 가장 많이 사용되는 기법으로 인지무선네트워크에서도 사용될 수 있다. 하지만, 수신신호세기 기반의 위치 추정에서 노드간 거리 측정은 수신된 신호 세기를 기반으로 이루어져 무선 채널 환경의 페이딩, 쉐도잉 그리고 장애물 등으로 인해서 거리 추정의 오차가 생긴다. 따라서 본 논문에서는 수신신호세기 기반으로 기 사용자의 위치 측정의 정확도를 향상시키기 위하여 전송 손실 지수(path loss exponent) 추정기반의 기 사용자 위치 검출 기법을 제안한다. 시뮬레이션 결과를 통해 제안된 방식이 기존 방식보다 기 사용자 위치 측정의 오차를 줄어 기 사용자에 대한 간섭률을 더 줄일 수 있음을 보였다.
Ad-hoc 네트워크는 음영지역, 재난지역, 전쟁 시와 같은 통신 인프라가 구축되기 어려운 상황에서 유용하게 사용될 수 있다. 그러나 음성 및 데이터 서비스 등과 같은 무선 서비스의 제공을 위해 많은 양의 네트워크 용량이 필요하게 되지만, 기존의 제한된 주파수 자원에 따른 주파수 부족 상황 및 주파수 자원 정책의 규제에 따라 원활한 주파수 사용이 어려운 상황이다. 이에 따라 높은 주파수 활용을 제공하는 인지 무선 시스템을 ad-hoc 네트워크에 적용하여 보다 다양하고 확장된 네트워크 서비스를 제공할 수 있다. 하지만 인지 무선 시스템을 통해 센싱한 1차 사용자의 유휴 대역을 모든 CR 사용자들이 공평하게 사용할 수 없다는 문제점이 있다. 이러한 문제점을 해결하고자 본 논문에서는 CDMA 방식의 다중 orthogonal sequence를 이용하여, 하나의 주파수 대역 내에서도 여러 명의 CR user가 간섭 없이 효율적인 주파수 대역을 활용할 수 있는 기법을 제안하였으며, 이를 통해 인지 무선 시스템에서의 성능 향상을 보여 준다.
스펙트럼의 자원의 부족으로 인하여 자원을 효율적으로 사용하는 기술이 중요한 기술이 되었고, 이에 따른 연구가 활발히 이루어지고 있다. 스펙트럼 자원을 효율적으로 사용하기 위한 방법으로 인지무선통신이 제안되었으며 부 사용자들은 주 사용자가 채널을 점유하지 않을 때 채널을 할당받게 된다. 따라서 인지무선 네트워크에서 부 사용자들간의 불공평성 문제가 발생할 수 있으며 멀티채널에서 각 채널들은 주 사용자의 트래픽 패턴에서 따라 서로 다른 채널 품질을 갖게 된다. 본 논문에서는 부 사용자간의 공평성을 보장하면서도 가용한 스펙트럼 자원의 채널 품질을 고려한 MAC 프로토콜을 제안하고 시뮬레이션을 통해 제안된 MAC 프로토콜의 성능을 비교 분석하였다.
무선인지기술은 환경에 능동적으로 적응하여 스펙트럼 이용을 효율적으로 할 수 있도록 하는 기술이다. 무선인지 기술의 가장 중요한 첫 단계는 센싱 부분으로서 본 논문에서는 주파수 상관관계를 이용한 방법을 제안하였다. 통신신호의 주기적인 특성을 기반으로 잡음과 간섭의 효과를 최소화하기 위해 주파수 상관함수를 사용하였다. 이미 알려진 에너지 측정 방법의 동작특성을 보이고 시뮬레이션을 통하여 제안된 측정 방법과 기존의 방법을 비교하여 무선인지환경을 이용한 스펙트럼 센싱의 효율성을 보인다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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