• 융합신호처리학회논문지
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• 제12권2호
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• pp.119-127
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• 2011

The paper surveys various analytical models for IEEE 802.11 medium access control protocols and critically discusses recent issues developing in wireless mobile ad hoc networks and their MACs. The surveyed MAC protocols include the standard IEEE 802.11 MAC suites such as IEEE 802.11 DCF, IEEE 802.11 PCF, IEEE 802.11e EDCA, and IEEE 802.11 ad hoc mode; and also the newer, de facto MAC protocols. We study the analytic models of the standard MAC suites followed by the newer analytic models that have been published in recent years. Also, the paper tries to include most of current literatures discussing analytic modeling of MAC in conjunction to some critical issues such as contention among ad hoc nodes, hidden terminal problems, and real-time service support.

• KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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• 제11권3호
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• pp.1462-1476
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• 2017

The current literature on discrete-time Markov chain (DTMC) based analysis of IEEE 802.15.6 MAC protocols for wireless body area networks (WBANs), do not consider the ACK timeout state, wherein the colliding nodes check the ill fate of their transmissions, while other contending nodes perform backoff check that slot as usual. In this paper, our DTMC model accurately captures the carrier sense multiple access with collision avoidance (CSMA/CA) mechanism of IEEE 802.15.6 medium access control (MAC) and allows the contending nodes performing backoff to utilize the ACK timeout slot during collisions. The compared rigorous results are obtained by considering a non-ideal channel in non-saturation conditions, and CSMA/CA parameters pertaining to UWB PHY of IEEE 802.15.6 MAC protocols.

• KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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• 제11권2호
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• pp.764-784
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• 2017

Energy efficiency is an essential requirement in designing a MAC protocol for wireless sensor networks (WSNs) using battery-operated sensor nodes. We proposed a new receiver-initiated MAC protocol, RIX-MAC, based on the X-MAX protocol with asynchronous duty cycles. In this paper, we analyzed the performance of RIX-MAC protocol in terms of throughput, delay, and energy consumption using the model. For modeling the protocol, we used the Markov chain model, derived the transmission and state probabilities, and obtained the equations to solve the performance of throughput, delay, and energy consumption. Our proposed model and analysis are validated by comparing numerical results obtained from the model, with simulation results using NS-2.

• 한국통신학회논문지
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• 제38B권11호
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• pp.924-933
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• 2013

본 논문은 차량 네트워크에 적용되는 IEEE 802.11p MAC 프로토콜에서의 브로드캐스팅 동작을 모델링하였다. 도로상의 안전 서비스 구현에 필요한 beacon 메시지는 브로드캐스팅 방식으로 교환되는데 최적의 안전 서비스 구축을 위해 브로드캐스팅 동작의 해석적 모델링이 필요하다. 모델링에 반영된 IEEE 802.11p 고유의 특성은, CCH(Control Channel)와 SCH(Service Channel) 간의 채널 스위칭 동작과 이로 인해 beacon 메시지를 교환하는 CCH 구간이 시간적 제한을 갖는다는 점, 그리고 재전송이 없다는 점이다. 이러한 고유 특성이 반영된 모델링 설계에서 본 논문은 beacon 메시지의 발생 패턴에 대한 제한을 두지 않았다. 즉, CCH 구간 내 분산된 발생 및 브로드캐스팅을 모델링하였다. 시뮬레이션 결과와의 비교를 통해 본 논문에서 제안한 모델링의 정확성을 확인하였다. 또한, beacon 메시지 발생 및 브로드캐스팅을 분산시킴으로써 전달률, 전송 지연 및 지연의 변동성 등 모든 성능지표가 개선되는 것을 확인하였다.

• 한국정보통신학회논문지
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• 제11권1호
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• pp.28-33
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• 2007

802.15.4 네트워크의 성능 분석에 대한 연구가 활발히 진행되었는데 기존의 연구는 시뮬레이션이나 수학적 모델링에 의한 분석이 대부분이며 실제 동작 환경에서의 실험을 통한 성 능 평가는 미미 하였다. 본 논문에서는 802.15.4 MAC을 탑재한 센서 노드 장비를 사용하여 다양한 환경에서 그 성능을 실측하였다. 실험을 통해 1) 802.15.4 MAC의 최대 처리율, 2) 여러 개의 노드들이 경쟁할 경우의MAC 공정성, 3) 동일한 대역폭을 사용하는 무선랜 공존 시 충돌에 따른 성능 변화를 측정하고 패킷손실률과 최대처리율로 분석하였다.

• 한국콘텐츠학회논문지
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• 제16권10호
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• pp.299-310
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• 2016

본 논문에서는 사물인터넷 환경에서 사용되는 저전력 통신 기술인 IEEE 802.15.4 MAC (Media Access Control) 프로토콜의 성능 분석을 수행한다. 사물인터넷 환경에서는 기기 종류가 다양하고 생성되는 트래픽 특성도 상이하기 때문에 기존 연구와는 달리 트래픽이 혼재되어 있는 heterogeneous traffic 환경을 고려한다. 마코프 체인을 통해 프로토콜의 성능을 MAC 파라미터의 함수로 도출하였고 이를 기반으로, 사용되고 있는 애플리케이션을 위한 에너지 효율적인 최적 MAC 파라미터를 실시간으로 찾는 프레임워크를 설계하였다. 제안 방식은 기존의 파라미터를 고정시켜 운용하는 방법 대비 에너지 이득이 있음을 애플리케이션 시나리오별 비교를 통해 보였고, 제안된 프레임워크가 연산 능력의 한계를 가지는 소형 기기에서도 충분히 사용될 수 있음을 정확도와 속도 측면에서 검증하였다.

• KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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• 제6권2호
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• pp.683-701
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• 2012

IEEE 802.11 standard has achieved huge success in the past decade and is still under development to provide higher physical data rate and better quality of service (QoS). An important problem for the development and optimization of IEEE 802.11 networks is the modeling of the MAC layer channel access protocol. Although there are already many theoretic analysis for the 802.11 MAC protocol in the literature, most of the models focus on the saturated traffic and assume infinite buffer at the MAC layer. In this paper we develop a unified analytical model for IEEE 802.11 MAC protocol in ad hoc networks. The impacts of channel access parameters, traffic rate and buffer size at the MAC layer are modeled with the assistance of a generalized Markov chain and an M/G/1/K queue model. The performance of throughput, packet delivery delay and dropping probability can be achieved. Extensive simulations show the analytical model is highly accurate. From the analytical model it is shown that for practical buffer configuration (e.g. buffer size larger than one), we can maximize the total throughput and reduce the packet blocking probability (due to limited buffer size) and the average queuing delay to zero by effectively controlling the offered load. The average MAC layer service delay as well as its standard deviation, is also much lower than that in saturated conditions and has an upper bound. It is also observed that the optimal load is very close to the maximum achievable throughput regardless of the number of stations or buffer size. Moreover, the model is scalable for performance analysis of 802.11e in unsaturated conditions and 802.11 ad hoc networks with heterogenous traffic flows.

• 한국정보과학회논문지:정보통신
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• 제32권6호
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• pp.723-731
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• 2005

오늘날 인프라 무선 랜은 많은 사용자들이 사용하는 중요한 인터넷 접속 기술이다. 지금까지 무선 랜에 관한 연구들은 물리 계층의 채널 다양성으로 인하여 발생하는 모델링 부정확성에 대해 충분히 고려하지 않고, MAC 프로토콜의 향상 및 분석 그리고 시뮬레이션을 통한 성능 평가에만 초점을 맞추어 왔다. 본 논문에서는 계층 상호 간의 의존성의 중요성에 주목하는 새로운 시각으로 IEEE 802.11 무선 랜의 특성을 고찰한다. 실제 무선 랜 시스템 상에서 실험을 수행하여 물리 계층에서 발생하는 불평등성을 관찰하였다. 그리고, 그것이 노드들 간의 혼잡 수준을 떨어뜨리는 역할을 하여 경쟁 기반의 MAC 처리율이 혼잡 상태에서도 서서히 감소하는 것을 보인다. 반면에 노드들 간의 공평성과 노드 처리율의 안정성은 시스템 입력 로드가 특정 수준을 넘으면 크게 저하되는 것을 보인다. 이와 같은 결과를 통하여, 처리율을 높이기 위해 링크 계층에서 제어를 할 필요성은 적은 반면에, 공평한 자원 분배나 서비스의 품질을 보장하기 위해서는 트래픽 제어가 필요하다는 것을 알 수 있다. 시스템의 성능 평가를 위하여 시뮬레이션과 실험을 병행하였다.

• 한국콘텐츠학회논문지
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• 제16권11호
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• pp.83-90
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• 2016

본 논문에서는 저전력 통신 기술인 IEEE 802.15.4 MAC (Media Access Control) 프로토콜에서 지원하는 Collision Free Period(CFP)에서의 전송 성능 분석을 수행한다. 분석을 위해 CFP의 서비스 타겟인 주기적 트래픽을 고려하고 Quality of Service 요구사항에 따라 MAC 계층에 전달되는 패킷전달 형태를 batch와 non-batch로 구분하여 throughput, delay, energy 측면에서 성능을 분석한다. 도출된 분석 결과를 토대로 Pedometer, ECG, EMG와 같이 주기적인 트래픽을 생성하는 헬스케어 애플리케이션에 대해 Collision Avoidance Period(CAP)에서의 전송과 성능 비교를 수행한다. 성능 평가를 통해 헬스케어와 같이 주기적이며 time-critical 트래픽을 생성하는 애플리케이션은 CFP 전송이 에너지 효율적이며 대역폭 요구 사항이 큰 애플리케이션에서는 CAP 대비 최대 46%의 에너지가 절감됨을 확인하였다.

• 대한전자공학회논문지SD
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• 제45권4호
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• pp.94-104
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• 2008

본 논문에서는 고속의 곱셈-누적 연산을 수행할 수 있는 새로운 MAC의 구조를 제안한다. 곱셈과 누적 덧셈 연산을 통합하고 하이브리드 형태의 CSA 구조를 고안하여 임계경로를 감소시키고 출력율을 개선하였다. 즉, 가장 큰 지연시간을 갖는 누적기 자체를 제거하고 누적기의 기능을 CSA에 포함시킴으로써 전체적인 성능을 향상시킨다. 제안된 CSA 트리는 1의 보수 기반의 MBA 알고리즘을 이용하고, 연산자의 밀도를 높이고자 부호비트를 위한 수정된 배열형태를 갖는다. 또한 최종 덧셈기의 비트수를 줄이기 위해서 CSA 트리 내에 2비트 CLA를 사용하여 하위 비트의 캐리를 전파하고 하위 비트들에 대한 출력을 미리 생성한다. 또한 파이프라인의 효율을 최적화시켜 출력율을 증가시키고자 최종 덧셈기의 출력이 아닌 합과 캐리 형태의 중간 연산결과들을 누적시킨다. 제안한 하드웨어를 설계한 후에 $250{\mu}m,\;180{\mu}m,\;130{\mu}m$, 그리고 90nm CMOS 라이브러리를 이용하여 합성하였다. 이론 및 실험적인 결과를 토대로 제안한 MAC의 하드웨어 자원, 지연시간, 그리고 파이프라인 등의 결과에 대해 분석하였다. 지연시간은 수정된 Sakurai의 alpha power low를 이용하였다. 결과를 살펴보면 제안한 MAC은 표준 설계에 대해서는 여러 측면에서 매우 우수한 특성을 보였고, 최근 연구와 비교할 때 클록속도는 거의 유사하면서 성능은 두 배로 우수하였다.